nghiên cứu ứng dụng thấm nitơ nâng cao chất lượng bề mặt bánh răng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP



LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY




NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THẤM NITƠ
NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT BÁNH RĂNG



ĐẶNG QUANG MINH








THÁI NGUYÊN 2010
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

đại học tháI nguyên

Tr-ờng đại học kỹ thuật công nghiệp



LUN VN THC S K THUT


Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thấm nitơ
nâng cao chất l-ợng bề mặt bánh răng
Ngành : công nghệ chế tạo máy
Mã số: 60.52.04
Học viên: NG QUANG MINH
Ng-ời h-ớng dẫn khoa học : pgs.TS. trần vệ quốc


Ng-ời h-ớng dẫn khoa học học viên thực hiện



Pgs. TS. trần vệ quốc đặng quang minh

Ban giám hiệu khoa sau đại học


S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn
- 0 -


Lời cam đoan

- Tôi xin cam đoan rằng tất cả các số liệu và kết quả thí nghiệm nghiên cứu trong
luận văn này đều đ-ợc thực nghiệm và kiểm tra đánh giá trung thực, không có trong
bất cứ tài liệu nào và ch-a hề đ-ợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
- Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã đ-ợc
cảm ơn, mọi thông tin đ-ợc sử dụng trong luận văn nếu sử dụng trong tài liệu nào thì
đề đ-ợc trích dẫn đầy đủ và chỉ rõ nguồn gốc.

Tác giả luận văn


Đặng Quang Minh















Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 1 -
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần

Vệ Quốc, Trường Cao đẳng thiết bị y tế đã trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện và hoàn
thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy cô giáo trong khoa Cơ khí trường
Cao đẳng công nghiệp Phúc Yên đã tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin cảm ơn công ty Việt Hoàng đã giúp tôi thực nghiệm đề tài này.
Xin chân thành cảm ơn!

Học viên thực hiện



Đặng Quang Minh












DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG VÀ ẢNH
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 2 -
Hình 1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hệ số khuyếch tán
Hình 3.1 Hệ toạ độ cầu của chất điểm
Hình 3.2 Sự thay đổi thế năng theo khoảng cách nguyên tử

Hình 3.3 Ô mạng lập phương thể tâm
Hình 3.4 Ô mạng lập phương tâm mặt
Bảng 3.1 Hệ số mật độ và và hệ số phối trí của ô mạng tinh thể
Hình 3.6 Sự phụ thuộc của chiều sâu lớp khuyếch tán vào nhiệt độ, thời gian và nồng
độ.
Hình 3.7 Ảnh hưởng của khuyếch tán đến nồng độ và chiều sâu lớp thấm
Hình 3.8 Sự phân bố nguyên tố khuyếch tán trong lớp thấm khi hai nguyên tố hoà tan
vô hạn vào nhau ở trạng thái rắn
Hình 3.9 a) Giản đồ trạng thái hai nguyên A – B
b) Sự thay đổi nồng độ B trong lớp khuyếch tán
Hình 3.10 a) Giản đồ trạng thái
b) Sự thay đổi nồng độ nguyên B trong lớp thấm.
Hình 3.11 Sơ đồ biểu thị các cơ chế khuyếch tán
Hình 3.12 Sự phụ thuộc của hệ số khuyếch tán D vào nhiệt độ
Hình 3.13 Sự phụ thuộc của chiều dày lớp thấm vào thời gian của quá trình
Hình 4.1 Giản đồ pha Fe – N
Hình 4.2 Tổ chức tế vi lớp thấm Nitơ
Hình 4.3 Sơ đồ thiết bị thấm Nitơ thể khí
Hình 4.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến chiều sâu lớp thấm
Hình 4.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến độ cứng lớp thấm Nitơ
Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý tạo thành Plasma
Hình 4.7 Quá trình thấm Nitơ plasma
Hình 4.8 Tổ chức lớp thấm và dự báo chiều sâu lớp thấm.
Hình 4.9 Cơ chế thấm Cacbon plasma
Hình 5.1 Bánh răng gia công.
Hình 5.2 Nguyên công tiện lỗ.
Hình 5.3 Nguyên công tiện mặt ngoài.
Hình 5.4 Nguyên công xọc rãnh then.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 3 -

Hình 5.5 Gia công bánh răng bằng phương pháp định hình.
Hình 5.5 Gia công bánh răng bằng phương pháp bao hình.
Hình 5.6 Nguyên công vê đầu răng.
Hình 6.1. Hình ảnh của lò thấm Nitơ thể khí.
Hình 6.2 Hình ảnh lò thấm Nitơ thể lỏng.
Hình 6.3 Hình ảnh lò thấm Nitơ plasma.
Hình 6.4 Hình ảnh lò thấm Nitơ plasma của Đức và Mỹ.
Hình 6.5 Hình ảnh lò thấm Nitơ plasma tại viện nghiên cứu cơ khí Việt Nam.
Hình 6.6 Hình ảnh quá trình thấm nitơ plasma điều khiển bằng máy tính.
Hình 6.7 Hình ảnh máy đo độ cứng AFFRI (Italy).
Hình 6.8 Mẫu bánh răng làm từ thép 20X, 20XM, 18XT.
Hình 6.9. Hình ảnh của mẫu bánh răng làm từ thép 20X sau khi thấm.
Hình 6.10. Hình ảnh của mẫu bánh răng làm từ thép 20XM sau khi thấm.
Hình 6.11 Hình ảnh của mẫu bánh răng làm từ thép 18XT sau khi thấm.
Hình 6.12 Hình ảnh bánh răng trong lò thấm plasma.
Hình 6.13 Quan hệ độ cứng, chiều sâu thấm và thời gian thấm
Hình 6.14 Tổ chức tế vi của mẫu thép 45X sau khi thấm (500x)
Hình 6.15 Ảnh SEM mẫu 45X sau khi thấm (5000x).
Hình 6.16 Sản phẩm bánh răng sau khi thấm nitơ plasma.
Bảng 6.1 Độ cứng của bánh răng thép 20X sau khi thấm Cacbon thể rắn
Bảng 6.2 Độ cứng của bánh răng thép 20XM sau khi thấm Cácbon thể rắn
Bảng 6.3 Độ cứng của thép bánh răng thép 18XT sau khi thấm Cácbon thể rắn
Bảng 6.4 Độ cứng của bánh răng thép 20X sau khi thấm Cacbon thể khí
Bảng 6.5 Độ cứng của bánh răng thép 20XM sau khi thấm Cácbon thể khí
Bảng 6.6 Độ cứng của bánh răng thép 18XT sau khi thấm Cácbon thể khí.
Bảng 6.7 Độ cứng của bánh răng thép 20X sau khi thấm Nitơ thể khí
Bảng 6.8 Độ cứng của bánh răng thép 20XM sau khi thấm Nitơ thể khí
Bảng 6.9 Độ cứng của bánh răng thép 18XT sau khi thấm Nitơ thể khí
Bảng 6.10 Bảng chương trình điều khiển quá trình thấm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 4 -
MỤC LỤC
Trang
Mở đầu
Chƣơng 1. Tổng quan đề tài 11
1.1 Tình hình và xu hướng phát triển của công nghệ xử lý bề mặt kim loại … 12
1.2 Những nét chung về hóa nhiệt luyện 14
1.2.1 Sự hình thành tổ chức lớp thấm 17
1.2.2 Động học của quá trình thấm 17
1.2.3 Môi trường thấm 17
1.3 Khái quát chung về phương pháp hóa nhiệt luyện 17
1.3.1 Thấm Cacbon ( C ) 18
1.3.2 Thấm Xyanua 19
1.3.3 Thấm Lưu huỳnh (S) 20
1.3.4 Thấm Bo (B) 20
1.3.5 Thâm Crom (Cr) 20
1.3.6 Thấm Nhôm (Al) 20
1.3.7 Thấm Silic (Si)
21
1.3.8 Thấm Kẽm (Zn) 21
1.3.9 Thấm Titan (Ti) 21
1.3.10 Thấm Nitơ (N) 21
1.4. Mục đích và yêu cầu của đề tài 22
Chƣơng 2 Phƣơng pháp nghiên cứu
2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 23
2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 23
2.3 Xác định và xử lý số liệu thực nghiệm 23
2.4 Phương pháp kiểm tra 24
2.4.1 Kiểm tra độ cứng 24

2.4.3 Kiểm tra tổ chức tế vi lớp thấm 26
Chƣơng 3: Nghiên cứu lý thuyết 27
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 5 -
3.1 Cấu tạo kim loại và bản chất mối liên kết trong kim loại 27
3.1.1 Cấu trúc tinh thể và sự hình thành mạng tinh thể 28
3.1.2 Cấu tạo kim loại 31
3.1.3 Bản chất mối liên kết trong kim loại 35
3.2 Lý thuyết về ăn mòn và mài mòn kim loại 36
3.2.1 Tìm hiểu chung về mài mòn kim loại 37
3.2.2 Các quá trình ăn mòn và mài mòn kim loại 37
3.3 Các chỉ tiêu đánh giá mức độ mòn của kim loại 38
3.3.1 Các chỉ tiêu định tính 38
3.3.2 Các chỉ tiêu định lượng 39
3.4 Hoá nhiệt luyện 40
3.4.1 Khái niệm chung 40
3.4.2 Các quá trình hoá nhiệt luyện 41
3.4.3 Cơ sở của hoá nhiệt luyện 43
Chƣơng 4: Thấm Nitơ
4.1 Định nghĩa và mục đích 53
4.2 Lý thuyết về Nitơ hoá, tổ chức và tính chất của lớp thấm Nitơ 53
4.3 Thép để thấm Nitơ 55
4.4 Công nghệ thấm Nitơ 56
4.5 Các phương pháp thấm Nitơ 58
4.5.1 Thấm Nitơ thể khí 58
4.5.1 Thấm Nitơ thể lỏng 60
4.5.3 Công dụng của thấm Nitơ 61
4.6 Thấm Nitơ - Cácbon plasma 67
Chƣơng 5: Quy trình gia công bánh răng 74
5.1 Chọn vật liệu bánh răng 74

5.2 Quy trình gia công bánh răng 77
Chƣơng 6: Nghiên cứu thực nghiệm 82
6.1 Thiết bị thấm Nitơ 82
6.2 Mẫu bánh răng thí nghiệm 85
6.2.1 Vật liệu chế tạo mẫu 87
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 6 -
6.2.2. Số lượng mẫu thí nghiệm 87
6.3 Kết quả thí nghiệm 89
6.3.1 Chuẩn bị thí nghiệm khi thấm Nitơ thể khí 90
6.3.2. Quy trình công nghệ thấm nitơ plasma 94
6.3.3 Kết quả thấm Nitơ plasma trên mẫu 94
6.4 Kết luận 96
6.5 Kiến nghị 96
Tài liệu tham khảo 97

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 7 -
LỜI NÓI ĐẦU
Chất lượng bề mặt của chi tiết máy với các đặc tính như khả năng chịu mài
mòn, độ cứng chịu nhiệt, chống gỉ, tính trơ hóa học, có ý nghĩa quyết định đến tuổi thọ
và độ tin cậy của chúng vì qua nghiên cứu người ta thấy rằng hầu hết các chi tiết máy
bị hư hỏng bắt đầu từ việc phá hủy bề mặt ngoài (Bị cào xước, bị mòn, biến dạng bề
mặt và thay đổi kích thước, bị ăn mòn hóa học bề mặt).
Hiện nay việc không ngừng nâng cao năng suất lao động và khai thác tối đa
khả năng làm việc của máy móc thiết bị đã tạo ra điều kiện làm việc khắc nghiệt cho
các máy, đặc biệt là lớp mặt ngoài của nó phải được làm bền bằng những công nghệ
mới thích hợp như làm bền bằng laze, làm bền bằng siêu âm. Mặt khác, nhu cầu sử
dụng thiết bị ngày càng nhiều trong khi giá thành chế tạo cao. Do đó, việc tạo nên một
lớp kim loại có độ bền cao trên bề mặt chi tiết là cần thiết.
Công nghệ xử lý bề mặt kim loại là một trong những công nghệ cơ bản được
áp dụng rộng rãi trong việc chế tạo sản phẩm từ phôi kim loại. Nó làm tăng độ bền,
bảo vệ chống mòn, trang trí để làm tăng vẻ đẹp và giá trị thương phẩm cho mỗi sản
phẩm được hoàn thiện trước khi xuất xưởng.
Tùy thuộc vào điều kiện của chi tiết bề mặt kim loại phải có các tính chất cơ
- lý – hóa phù hợp như: Độ bền chống mài mòn, chống ma sát, độ bền nhiệt, độ bền
chống ăn mòn trong khí quyển và trong các môi trường hóa chất.
Ở các nước phát triển, tuy đầu tư cho việc chống ăn mòn ngày càng tăng, các
công việc chống ăn mòn ngày càng hiện đại nhưng thiệt hại do ăn mòn không vì thế
mà giảm đi. Ngược lại, nó vẫn không ngừng tăng lên do vật liệu ngày càng được sử
dụng nhiều, giá trị của vật liệu trong nền kinh tế quốc dân ngày càng lớn vì môi
trường ngày càng ô nhiễm. Vì vậy các biện pháp bảo vệ chống ăn mòn và hạn chế quá
trình ăn mòn kim loại đóng vai trò rất quan trọng. Nhất là đối với nước ta, điều kiện
khí hậu nhiệt đới nóng và ẩm làm cho quá trình ăn mòn kim loaị nói chung mãnh liệt
hơn. Những năm 90 trong sự tăng trưởng kinh tế, nhiều ngành công nghiệp ra đời và
phát triển: Dầu khí, đóng tàu, sửa chữa. Nhiều công trình và thiết bị phải làm việc

trong các môi trường khắc nghiệt: Môi trường biển, môi trường các khí hóa chất ăn
mòn mạnh(Cl, HCl, SO
2
, SO
3
, NH
3
, NO, CO,). Trong điều kiện như vậy hàng vạn tấn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 8 -
kim loại đã bị phá hủy hàng năm. Do đó việc bảo vệ chống ăn mòn và mài mòn kim
loại càng có ý nghĩa quan trọng.
Khi thiết kế các chi tiết của các thiết bị công nghiệp hiện đại ngoài việc lựa
chọn vật liệu cơ bản đáp ứng được các chỉ tiêu về kỹ thuật – kinh tế cần thiết, công
nghệ xử lý bề mặt kim loại đóng một vai trò quan trọng và trong nhiều trường hợp là
một công nghệ không thể thiếu được trong việc đảm bảo độ bền và tuổi thọ cần thiết
đối với các thiết bị tổng thành. Lựa chọn một cách tối ưu biện pháp công nghệ xử lý
bề mặt cho từng chi tiết đã góp phần mở rộng khả năng thiết kế và chế tạo nhiều
chủng loại thiết bị, chi tiết máy với tính năng công nghệ cao phục vụ đắc lực cho
nhiều ngành công nghiệp mũi nhọn của đất nước như công nghiệp dầu khí khai thác
mỏ, công nghệ hóa chất.
Những công nghệ xử lý bề mặt kim loại nhằm chống ăn mòn và nâng cao cơ
- lý tính là những công nghệ đóng vai trò quan trọng và không thể thiếu được trong
sản xuất công nghiệp hiện nay.
Tuy nhiên, trong sự phát triển chung của ngành cơ khí nước ta đòi hỏi phải
đẩy mạnh cả về sản lượng và chất lượng sản phẩm. Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện có
tác dụng rất mạnh trong việc nâng cao chất lượng sản phẩm.
Hóa nhiệt luyện là phương pháp nhiệt luyện có kèm theo sự cải thiện thành
phần hóa học lớp bề mặt do đó làm thay đổi tổ chức và tính chất lớp bề mặt mà vẫn
bảo tồn được các tính chất ở trong lõi của vật liệu.

Thấm nitơ là phương pháp nhiệt luyện làm bão hoà (thấm, khuếch tán) nitơ
vào bề mặt thép, nhằm mục đích chủ yếu là nâng cao độ cứng vững và tính chống mài
mòn (về mặt này thấm nitơ tốt hơn là thấm cacbon). Cũng như thấm cacbon, thấm nitơ
tạo lên lớp ứng suất nén dư ở bề mặt, do đó làm tăng giới hạn mỏi. Ngoài ra thấm nitơ
có bề mặt bóng mờ, chống ăn mòn tốt trong khí quyển và có thể dùng để trang sức.
Từ những yêu cầu thực tế trên, được sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS
Trần Vệ Quốc Trường Cao đẳng nghề thiết bị y tế, tôi đã đi vào nghiên cứu thực hiện
đề tài:
“Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thấm Nitơ nâng cao chất lượng bề mặt
bánh răng”.
Yêu cầu thực hiện của đề tài:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 9 -
Địa điểm thực hiện đề tài:
+ Khoa cơ khí – Trường CĐCN Phúc Yên.
+ Công ty Việt Hoàng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 10 -
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
Từ khi con người bắt đầu biết sử dụng kim loại làm công cụ lao động và các
phương tiện lao động khác thì vấn đề chống mòn cho kim loại cũng đồng thời được
đặt ra. Như vậy, cách thời đại chúng ta khoảng 4,5 ngàn năm thì vẫn đề bảo vệ kim
loại là mối quan tâm.
Ngày nay, sự phát triển của tất cả các ngành kỹ thuật như chế tạo cơ khí, luyện
kim, công nghệ hóa học, xây dựng, kỹ thuật điện tử, giao thông vận tải, công nghiệp
thực phẩm, kỹ thuật hàng không và đời sồng hàng ngày đều gắn với vật liệu và cần
đến các vât liệu có tính năng đa dạng với chất lượng càng cao.
1.1. Tình hình và xu hƣớng phát triển công nghệ xử lý bề mặt kim loại.
Từ cuối thế kỉ 18 đã bắt đầu xuất hiện những công nghệ xử lý bề mặt như: Mạ,
tráng men, bọc lót cao su. Để chống ăn mòn và những phương pháp để cải thiện bề
mặt kim loaị như nhiệt luyện (Tôi, ram, ủ, thường hóa, thấm C, thấm N ). Ngoài ra
người ta nhuộm đen thép hoặc ôxy hóa, nhuộm mầu nhôm, phốt phát hóa trước khi
sơn. Bước sang thế kỉ 20 cùng với sự phát triển theo yêu cầu của các nghành công
nghiệp các công nghệ xử lý bề mặt phát triển rất nhanh, những công nghệ trên ngày
càng hoàn thiện: Từ mạ thủ công, mạ hóa học đã chuyển sang cơ khí hóa quá trình mạ
điện như mạ quay, mạ chuyển dịch Anốt, các khâu nâng, vận chuyển được cơ giới
hóa, đã cải thiện từng bước về chất lượng mạ điện và điều kiện lao động. Một số nước
tiên tiến, công nghệ mạ trang trí đẵ chuyển sang bán tự động va tự động hóa dây

chuyền thiết bị mạ, nâng cao sản lượng va chất lượng lớp mạ ổn định, bền, bóng, đẹp.
bên cạnh mạ điện còn xuất hiện mạ phun (Al-Zn hợp kim Al-Zn, tráng Sn, tráng Pb,),
mạ xoa. Do đó đã mạ được những chi tiết hình thù phức tạp, các cấu kiện lớn như cầu,
cột điện cao thế, đường ống các loại, tôn tấm phục vụ cho việc chế tạo tấm lợp và
phục vụ sinh hoạt, đáp ứng kịp thời những nhu cầu sản xuất và đời sống. Hiện nay
trên thế giới có rất nhiều hãng sản xuất thiết bị mạ đạt trình độ công nghệ cao: Hãng
Canning của Anh, Sumee của Trung Quốc.
Trong sản xuất cơ khí không thể thiếu được công nghệ nhiệt luyện vì đây là
biện pháp hữu hiệu để nâng cao chất lượng sản phẩm kim loại nói chung và sản phẩm
thép nói riêng. Do vậy tại tất cả các xí nghiệp sản xuất cơ khí lớn hay nhỏ đều có bộ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 11 -
phận nhiệt luyện. Nhiệm vụ chính của bộ phận nhiệt luyện là tham gia chế tạo dụng
cụ cắt gọt như nhiệt luyện các loại dao tiện, phay, bào, chuốt, doa , nhiệt luyện cải
thiện chất lượng sản phẩm trước, trong và sau quá trình gia công cơ khí, ví dụ như: Ủ
trước khi gia công tiện, phay, bào, ram trong quá trình gia công cơ khí hoặc tôi trước
khi mài. Có thể nói trình độ công nghệ nhiệt luyện ảnh hưởng rất nhiều đến chất
lượng, tuổi thọ của sản phẩm cơ khí sản xuất ra. Ở các nước tiên tiến, khâu nhiệt
luyện được đặc biệt chú trọng, nhất là việc chế tạo các thiết bị công nghệ như lò nung
cho tôi, ram hoặc ủ có hiệu suất nhiệt cao, điều khiển nhiệt độ tự động chính xác. Ban
đầu là các lò rèn thủ công rồi tiến tới lò buồng. Hiện nay ở các cơ sở sản xuất hàng
loạt đã có các dây truyền nhiệt luyện kiểu Tunel, sản phẩm tốt, ổn định và năng suất
cao. Ngoài ra các lò tôi bằng năng lượng dòng điện cảm ứng cao tần cũng được sử
dụng khá phổ biến.
Cùng với sự phát triển cải tiến tính năng của lớp bề mặt, vật liệu kỹ thuật thể
hiện sự phát triển, tiềm năng, triển vọng của ngành công nghệ bề mặt trong việc phát
triển tính năng của vật liệu tạo sự đa dạng trong ứng dụng và sự phát triển của công
nghệ vật liệu. Công nghệ bề mặt giúp chúng ta tiết kiệm được nhiều vật liệu, đặc biệt
là vật liệu quý hiểm nhờ lớp bề mặt được cường hóa. Theo thống kê tổn thất do ăn
mòn vật liệu chiếm từ 2 - 4℅ GDP của các nước công nghiệp tiên tiến: 10℅ sản

lượng thép của toàn thế giới bị tổn thất do ăn mòn. Công nghệ bề mặt có vai trò quan
trọng trong việc chống ăn mòn bằng cách tạo nên những lớp phủ, thay đổi tính năng
của lớp bề mặt, cải thiện tính chống ăn mòn, chống mòn của vật liệu. Hiện nay, công
nghệ bề mặt thực hiện từ 70 - 80℅ những công trình có liên quan tới bảo vệ bề mặt
chống ăn mòn và điều khiển được 25 - 30℅ tổng khối lượng ăn mòn. Trong tương lai
công nghệ bề mặt còn phát triển theo hướng giảm mòn, nâng cao hiệu suất sử dụng
vật liệu. Ngoài ra, việc sử dụng bề mặt trong sửa chữa thiết bị theo hướng sửa chữa
những bề mặt quan trọng mau mòn, chống gỉ có thể tiết kiệm được rất nhiều.
Để nâng cao cơ tính bề mặt, cùng với nhiệt luyện có các phương pháp hóa nhiệt
luyện như sulfit hóa bề mặt, thấm cacbon, thấm nitơ, thấm crôm, thấm sillic, thấm
xyanua, Các phương pháp công nghệ này đều đã và đang được thực hiện với quy
mô khác nhau.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 12 -
Công nghệ nhiệt luyện là quá trình làm thay đổi tính chất của vật liệu( chủ yếu
là kim loại) bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong mà không làm thay đổi hình dạng
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 có những tính chất cần thiết như độ cứng, độ dẻo dai, khả
năng chống mòn, mà còn làm tăng tính công nghệ của vật liệu. Vì vậy nhiệt luyện là
một trong những yếu tố công nghệ quan trọng quyết định chất lượng của sản phẩm cơ
khí.
Nguyên công nhiệt luyện có thể nằm ở những vị trí khác nhau trong dây chuyền
sản xuất cơ khí, tùy thuộc vào vị trí có thể phân thành hai loại:
- Nhiệt luyện sơ bộ: Là dạng nhiệt luyện thường tiến hành trước khi gia công cơ
nhằm tạo ra độ cứng và tổ chức tế vi thích hợp cho các nguyên công gia công cơ và
nhiệt luyện tiếp theo.
- Nhiệt luyện kết thúc: Là dạng nhiệt luyện được tiến hành sau khi gia công cơ
nhằm tạo cho chi tiết có những tính chất cần thiết theo yêu cầu của kỹ thuật.
Nhiệt luyện quyết định đến 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 của ngành chế tạo cơ khí
phải căn cứ vào trình độ nhiệt luyện, vì rằng dù gia công cơ khí có chính xác đến đâu
nhưng nếu không qua nhiệt luyện hoặc chất lượng nhiệt luyện không đảm bảo thì tuổi
thọ của chi tiết cũng giảm và mức độ chính xác của máy móc không còn giữ được
theo yêu cầu.
Nhiệt luyện nâng cao chất lượng sản phẩm không chỉ 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 đánh giá trình độ phát triển khoa học- kỹ thuật của mọi quốc gia.
Ở nước ta từ lâu nhiệt luyện đã được áp dụng trong đời sống hàng ngày, ông cha
ta đã biết tôi dao, kéo, đục, dũa, thép mềm trở thành thép cứng để cắt gọt hay ngược
lại. Ngày nay nền công nghiệp của nước ta đang phát triển không ngừng và việc
nghiên cứu nâng cao chất lượng cho các chi tiết bằng phương pháp nhiệt luyện ngày
càng trở nên cấp thiết, mà việc đầu tiên là đào tạo đội ngũ cán bộ khoa học – kỹ thuật
trong lĩnh vực này.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 13 -
1.2. Những nét chung về hoá nhiệt luyện.
Hóa nhiệt luyện kim loại và hợp kim là quá trình nhiệt luyện bao gồm nung chi
tiết và giữ ở nhiệt độ nhất định trong môi trường hoạt tính nhằm thay đổi thành phần
hóa học, tổ chức và tính chất lớp bề mặt của chi tiết.
Hóa nhiệt luyện là phương pháp nhiệt luyện có kèm theo sự cải thiện thành phần
hóa học lớp bề mặt do đó làm thay đổi tổ chức và tính chất ở trong lõi của vật liệu.
Hóa nhiệt luyện bao gồm hai quá trình:
- Thay đổi thành phần lớp bề mặt bằng cách bão hòa và khuếch sâu bề mặt một
hay nhiều nguyên tố khác nhau theo mục đích nhất định( còn gọi là tạo lớp thấm)
- Nhiệt luyện tiếp theo( ủ, tôi, ram ) nhằm cải thiện hơn nữa tổ chức và tính chất
của lớp bề mặt cũng như toàn bộ chi tiết.
Trong quá trình hóa nhiệt luyện thể tích riêng của lớp bề mặt tăng gây ra ứng suất
nén dư. Ứng suất này có tác dụng giảm giá trị ứng suất kéo của ngoại lực trong quá

trình làm việc của chi tiết.
Việc tăng tốc độ chống mòn bề mặt tạo nên khả năng tăng tốc độ quay của máy,
tăng năng suất và tuổi bền của máy.
Tăng độ bền bề mặt chi tiết có thể đạt được bằng các phương pháp khác nhau
như tôi cao tần, tôi ngọn nửa. Xong việc tăng bền bề mặt bằng hóa nhiệt luyện có
nhiều mặt ưu việt, tạo cho nó khả năng ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực của
ngành cơ khí.
Hóa nhiệt luyện tạo nên khả năng thay thế vật liệu trong chế tạo máy một lợi ích
rất hiệu quả trong điều kiện khan hiếm vật tư hiện nay.
Hiện nay nhiều công nghệ hóa nhiệt luyện được nghiên cứu có ứng dụng rộng rãi
và hiệu quả trong sản xuất gồm có: thấm cacbon, nitơ, lưu huỳnh, thấm bo, thấm
crôm, thấm nhôm, thấm silic. Mỗi phương pháp hóa nhiệt luyện có đặc điểm riêng,
công dụng riêng, áp dụng cho từng loại đối tượng.
Các quá trình đều xảy ra trên cơ sở khuếch tán. Vì thế việc giải thích các đặc
điểm công nghệ cũng xuất phát từ quy luật chung của quá trình khuếch tán. Hiện
tượng khuếch tán chỉ xảy ra khi nguyên tố khuếch tán có khả năng tạo với kim loại
chính dung dịch rắn. Tốc độ khuếch tán phụ thuộc vào dung dịch rắn.
Quá trình bão hòa khuếch tán chỉ xảy ra trong những điều kiện nhất định:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 14 -
Điều kiện 1: Phải có nguyên tử hoạt tính. Những nguyên tử này được tạo nên
trong thời điểm phân ly hợp chất có chứa nguyên tố này.
Điều kiện 2: Cần thiết cho quá trình bão hòa khuếch tán là sự hấp thụ, các
nguyên tử được hấp thụ trên bề mặt kim loại khuếch tán sâu vào bên trong kim loại.
Điều kiện 3: Cần thiết để thực hiện bão hòa bề mặt là sự khuếch tán cần có nhiệt
độ tương đối cao, bảo đảm độ linh động của các nguyên tử của nguyên tố khuếch tán.
Phân ly, hấp thụ và khuếch tán là ba giai đoạn liên tục của một quá trình xác định
diễn ra và kết quả thu được. Vì thế, nếu tác động biến đổi của điều kiện phân ly, hấp
thụ và khuếch tán có thể tác dụng tích cực lên quá trình hóa nhiệt luyện.
Tốc độ khuếch tán được xác định bằng hệ số khuếch tán. Sự thay đổi hệ số

khuếch tán vào nhiệt độ tuân theo hàm số mũ.
Kích thước của nguyên tử của nguyên tố khuếch tán có ảnh hưởng lớn đến quá
trình khuếch tán. Bán kính nguyên tử cả nguyên tố khuếch tán càng nhỏ thì hệ số
khuếch tán càng lớn.
D: Hệ số khuếch tán.
t: Nhiệt độ.

H×nh 1.1. ¶nh h-ëng cña nhiÖt ®é ®Õn hÖ sè khuÕch t¸n.
1.2.1. Sự hình thành tổ chức lớp thấm.
Để tạo lớp thấm, đặt chi tiết vào môi trường đặc biệt (ở trạng thái khí, lỏng hoặc
rắn) có khả năng phân hóa ra nguyên tử hoạt tính của nguyên tố cần thấm vào ở nhiệt
độ thích hợp. Sự hình thành các pha mới và tổ chức tế vi của lớp thấm phụ thuộc vào
giản đồ pha, khả năng khuếch tán của các nguyên tố thấm, tương tác giữa chúng với
nhau và với kim loại nền. Sự phân bố nồng độ của nguyên tố thấm phụ thuộc vào giản
đồ pha. Ngoài ra khi thấm một nguyên tố nên bề mặt của một hợp kim, do tương tác
D

t
c

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 15 -
lẫn nhau giũa các nguyên tố có sẵn trong thép và nguyên tố thấm nên có sự phân bố lại
nồng độ nguyên tố thấm trong mẫu.
1.2.2. Động học của quá trình thấm.
Trong ba quá trình nối tiếp nhau khi tạo lớp thấm bề mặt: Khuếch tán thể khí để
cung cấp chất thấm lên bề mặt, phản ứng trên bề mặt, phản ứng trên bề mặt và khuếch
tán thể rắn để thấm sâu vào bên trong. Nếu quá trình nào chậm nhất sẽ quyết định
động học của qúa trình thấm do đó, có thể giả thuyết ba khả năng:
- Nếu khuếch tán thể khí là quá trình chậm nhất thì phản ứng hóa học và khuếch

tán thể rắn vào sâu bề mặt chi tiết ở cân bằng. Khi đó động học quá trình thấm sẽ
tuyến tính theo thời gian.
- Nếu phản ứng hóa học trên bề mặt (bao gồm cả hấp thụ và phản ứng xảy ra trên
bề mặt) chậm nhất và quyết định động học quá trình thấm, tương tự như trên khuếch
tán thể khí và khuếch tán thể rắn phải ở trạng thái cân bằng. Khi đó động học quá trình
thấm cũng tuyến tính theo thời gian và sự hình thành các hợp chất hóa học trên bề mặt
chi tiết.
- Nếu khuếch tán thể rắn là quá trình chậm nhất và khống chế động học tạo lớp
thấm bề mặt (đây là trường hợp hay gặp nhất trong thực tế) thì khuếch tán thể khí và
phản ứng hóa học đều ở trạng thái cân bằng. Khi đó động học quá trình thấm được
biểu diễn bằng đường parabol theo thời gian thấm.
1.2.3. Môi trường thấm.
Để thực hiện quá trình thấm trước tiên ta phải tạo ra môi trường thấm. Môi
trường thấm dù ở thể rắn, thể lỏng hay thể khí cũng đều dược tạo ra từ ba thành phần
chính là: chất thấm, chất độn và chất xúc tác.
Chất thấm: Là chất có chứa các nguyên tố cần thấm có thể ở dạng nguyên chất
hoặc hỗn độn với các nguyên tố khác. Dạng hợp chất thường gặp trong thực tế vì có
thể điều chỉnh hoạt động của nguyên tố cần thấm. Tùy theo công nghệ thấm mà chất
thấm ở thể rắn ,lỏng hay khí.
Chất độn (phụ gia): Nhằm tạo môi trường và tốc độ thấm thích hợp, giảm tiêu
hao nguyên liệu đắt tiền. Ngoài ra chất độn còn để tránh tạo ra các phản ứng phụ
không cần thiết trong quá trình thấm.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 16 -
Chất xúc tác: Được đưa vào nhằm tạo ra các nguyên tử hoạt tính của nguyên tố
cần thấm. Các nguyên tử cần hoạt tính này có thể hình thành trực tiếp từ phản ứng hóa
học giữa chất xúc tác và chất thấm, cũng có thể hình thành từ sự phân hủy các sản
phẩm phản ứng trong một điều kiện cụ thể. Trong trường hợp chất thấm có thể tự phân
hủy để tạo nguyên tử hoạt tính thì không cần dùng chất xúc tác. Ngoài ra chất xúc tác,
trong từng trường hợp cụ thể có thể điều chỉnh quá trình thấm theo hướng có lợi.

Hóa nhiệt luyện được dùng phổ biến đối với các chi tiết bằng thép nhằm tạo độ
bền, độ cứng và tính chống mài mòn hay nâng cao tính chịu ăn mòn.
1.3. Khái quát chung về các phƣơng pháp hoá nhiệt luyện.
1.3.1. Thấm cacbon (C)
Thấm cacbon là quá trình bão hòa bề mặt chi tiết nguyên tố cacbon để sau khi
thấm và nhiệt luyện thu được bề mặt chi tiết có độ cứng cao, độ chống mài mòn cao,
độ chống xâm thực, độ bền mòn cao. Các tính chất trên đạt trong khi vẫn giữ nguyên
được phần lõi.
Thấm cacbon được tiến hành theo các phương pháp:
+ Thấm cacbon thể rắn:
Được áp dụng rộng rãi ở nước ta. Thấm cacbon thể rắn đơn giản, vạn năng có thể
áp dụng cho chi tiết có hình dạng, kích thước khác nhau, không đòi hỏi thiết bị chuyên
dùng.
Thành phần hỗn hợp thấm cacbon bao gồm: BaCO
3
(baricacbonat), Na
2
CO
3
(natri
cacbonat), than củi, dầu mazut. Các chất này sẽ tạo ra các khí: O
2
, CO
2
, CO, CH
4
, N
2
.
Các phản ứng xảy ra:

CO
2
+ C ↔ 2CO
Cacbon nguyên tử được hấp thụ vào bề mặt kim loại và khuếch tán đi sâu vào chi
tiết.
+ Thấm cacbon thể khí:
Thấm cacbon thể khí có tính ưu việt hơn thấm C thể rắn vì nó giảm được thời
gian do không phải nung hộp thấm, giảm chi phí lao động chuẩn bị hỗn hợp thấm,
giảm vật tư làm hộp thấm, có khả năng điều chỉnh quá trình thấm dễ hơn, giảm biến
dạng chi tiết, cải thiện điều kiện lao động và vệ sinh công nghiệp, có thể cơ giới hóa
và tự động hóa trong quá trình sản xuất.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 17 -
Tuy vậy thấm cacbon thể khí đòi hỏi thiết bị phức tạp, trình độ công nhân cao.
Việc vận hành thiết bị làm kín nồi thấm, bảo đảm tuần hoàn khí lò, kỹ thuật an toàn
đòi hỏi phức tạp hơn làm cho giá thành đắt hơn.
Thấm cacbon thể khí ứng dụng có hiệu quả không chỉ ở nhà máy sản xuất loại
lớn, loại vừa mà cả nhà máy sản xuất đơn chiếc, sửa chữa.
+ Thấm cacbon thể lỏng:
Thấm cacbon thể lỏng được thực hiện trong môi trường muối nóng chảy. Thấm
cacbon thể lỏng áp dụng cho các chi tiết nhỏ cần lớp thấm mỏng 0,1 – 0,5mm. Các chi
tiết như trục, bạc, bulông, bánh răng nhỏ, cho chất lượng tốt. Thấm cacbon thể lỏng
xảy ra nhanh hơn, thu được lớp thấm theo yêu cầu, có thể tôi trực tiếp sau khi thấm và
bề mặt chi tiết sạch. Giá thành của thấm cacbon thể lỏng rẻ hơn thấm cacbon thể rắn
và thể khí.
Tuy nhiên, thấm cacbon thể lỏng không dùng được cho các chi tiết vừa và lớn,
nồi thấm chóng bị ăn mòn, cần có biện pháp an toàn tốt, thành phần cacbon trong chất
thấm chóng giảm cần bổ xung ngay.
Quá trình thấm cacbon thể lỏng áp dụng cho các chi tiết như phụ tùng xe đạp,
xích máy kéo cỡ nhỏ, dao, kéo, và các loại hàng tiêu dùng khác.

+ Thấm cacbon dạng bột nhão:
Thấm cacbon dạng bột nhão ứng dụng cho sản xuất đơn chiếc, sửa chữa cơ điện.
So với thấm cacbon thể rắn, thấm cacbon dạng bột nhão có những ưu điểm: Rút ngắn
thời gian nung , tăng số chi tiết trong hộp thấm, giảm lao động, tiết kiệm năng lượng,
giảm được phát triển hạt.
Nhược điểm của thấm cacbon dạng bột nhão: Kết quả thấm và nồng độ cacbon
không ổn định, lớp thấm không giữ được ở nhiệt độ cao hơn 200
0
C.
Thép dùng để thấm cacbon ngoài những thép cacbon thường, còn sử dụng thép
hợp kim.
1.3.2. Thấm xyanua
Thấm xyanua là quá trình làm bão hòa bề mặt chi tiết đồng thời hai nguyên tố
cacbon (C) và ni tơ (N) trong môi trường muối nóng chảy có chứa xyanua nhằm tăng
dộ cứng, độ chống mài mòn, độ chống ăn mòn và độ bền nóng của chi tiết. Viện công
nghệ đã nghiên cứu áp dụng thấm xyanua nhiệt độ thấp cho dụng cụ cắt bằng thép gió.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 18 -
Để tiến hành thấm xyanua cho dụng cụ cắt tại nhà máy dụng cụ số I đã xây lắp dây
chuyền thấm xyanua.
Thấm xyanua nhiệt độ cao được viện công nghệ nghiên cứu áp dụng cho chi tiết
máy kéo Bông sen 12. Các chi tiết như trục, xích, bạc trong, bạc ngoài, chế tạo bằng
thép 20X.
Nhược điểm của quá trình thấm xyanua: Phải dùng muối gốc xyanua là loại hóa
chất độc do đó phải có biện pháp giải quyết triệt để vấn đề khí độc, xử lý các chất thải
và duy trì việc bảo đảm vệ sinh công nghiệp.
1.3.3. Thấm lưu huỳnh (S).
Thấm lưu huỳnh là quá trình bão hòa bề mặt các chi tiết bằng nguyên tố lưu
huỳnh nhằm nâng cao tính chống mài mòn và tránh tạo vết xước của các bề mặt làm
việc của các chi tiết.

Thấm lưu huỳnh có thể tiến hành trong chân không, trong môi trường lưu huỳnh
nóng chảy sử dụng các đĩa ma sát của ô tô, cho dụng cụ cắt gọt.
1.3.4. Thấm Bo (B)
Thấm Bo là quá trình làm bão hòa bề mặt chi tiết bằng nguyên tố Bo nhằm tăng
độ cứng bề mặt, độ chống mài mòn và độ chống ăn mòn của chi tiết.
Các phương pháp thấm Bo: Thấm Bo thể rắn, thấm Bo thể lỏng điện phân, thấm
Bo thể khí, thấm Bo dạng bột nhão.
1.3.5. Thấm Crôm (Cr)
Thấm Crôm là qúa trình bão hòa bề mặt của chi tiết bằng nguyên tố Crôm nhằm
tăng độ cứng, độ chống mài mòn bề mặt, độ chống ăn mòn, chống xâm thực và chống
gây ôxy hóa ở nhiệt độ cao.
Chi tiết chế tạo bằng thép cacbon sau khi thấm Crôm có thể thay thế chi tiết thép
hợp kim hoặc kim loại màu tạo nên hiệu quả kinh tế.
Thấm Crôm có tác dụng tăng tuổi bền các loại khuôn dập, các chi tiết búa máy,
ống dẫn nồi hơi, chi tiết trong máy gặt
Các phương pháp thấm Crôm: Thấm Crôm thể rắn, thể lỏng, thể khí, dạng bột
nhão, thấm trong chân không.
1.3.6. Thấm nhôm (Al)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 19 -
Thấm nhôm là qúa trình bão hòa bề mặt bằng nguyên tố nhôm nhằm tăng độ
chống ăn mòn và độ bền nhiệt của chi tiết.
Lớp thấm nhôm có khả năng chống ăn mòn trong các môi trường muối ăn 5%,
axitnitric 50%. Độ bền nhiệt của lớp nhôm thép cacbon đạt tới nhiệt độ 800 – 900
0
C
Thấm nhôm được áp dụng cho các chi tiết máy hóa chất, thiết bị nung nóng, chi
tiết động cơ máy bay phản lực làm việc trong môi trường khí ở nhiệt độ cao.
1.3.7. Thấm Silic (Si)
Thấm silic là quá trình bão hòa bề mặt chi tiết bằng nguyên tố silic nhằm tăng

tính chống ăn mòn của chi tiết trong môi trường axit và trong nước biển, đồng thời
tăng độ bền nóng của chi tiết ở nhiệt độ 700 -750
0
C thấm silic được áp dụng trong
chế tạo máy, hóa chất, giấy và dầu hỏa, các phương pháp thấm silic thể rắn, thấm silic
thể lỏng, thấm silic thể khí.
1.3.8 Thấm kẽm (Zn)
Thấm kẽm là quá trình bão hòa bề mặt chi tiết bằng nguyên tố kẽm nhằm tăng
độ chống ăn mòn của chi tiết trong môi trường không khí hoặc khí nóng (300-550
0
C )
có chứa HCl .
Các phương pháp công nghệ thấm kẽm: Thấm kẽm nóng chảy, thấm kẽm thể
rắn, thấm kẽm thể khí, phủ kẽm và thấm kẽm điện phân.
1.3.9. Thấm titan (Ti)
Thấm titan lá quá trình làm bão hòa bề mặt chi tiết bằng nguyên tố titan nhằm
nâng cao độ chống ăn mòn, độ chống xâm thực, độ cứng của bề mặt và độ chống mài
mòn, độ bền nóng của chi tiết. Thấm titan áp dụng cho các loại thép các bon và hợp
kim gang , các hợp kim mầu trên cơ sở đồng (Cu) và nhôm (Al). các phương pháp
thấm titan: thấm titan thể rắn, thấm titan thể khí , thấm titan thể lỏng.
1.3.10. Thấm nitơ (N)
Thấm nitơ là một quá trình hóa nhiệt luyện nhằm bão hòa bề mặt chi tiết bằng
nguyên tố nitơ nhằm mục đích nâng cao độ cứng, chống mài mòn, độ bền nóng, độ
chống ăn mòn của chi tiết. Thấm nitơ tạo nên lớp ứng suất nén dư ở bề mặt, do đó làm
tăng mạnh giới hạn mỏi. Ngoài ra thấm nitơ có bề mặt bóng mờ, chống ăn mòn tốt
trông khí quyển có thể dùng để trang trí, lớp thấm có cơ tính ổn định tới nhiệt độ 500 -
600
0
C.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

- 20 -
Thấm nitơ áp dụng cho các chi tiết máy quan trọng như xecmăng, sơmi, trục
chính, lò xo, supat, trục khuỷu, trục vít, dụng cụ cắt gọt, khuân dập nóng, khuân đúc
áp lực .
Đặc điểm của phương pháp này là: Bề mặt chi tiết được bão hòa bằng nitơ
nguyên tử tách ra từ amôniăc.
2NH
3
→ 3H
2
+ 2N
Ưu điểm của phương này là; lượng Nitơ hoạt tính hấp thụ trên mặt kim kết hợp
với các nguyên tố Cr, Mo, Al, có trong kim loại tạo lớp nitrit kim loại nhỏ mịn nên
làm tăng độ cứng, tính chống mòn tạo ứng suất dư ở bề mặt làm nâng cao độ bền mỏi
của chi tiết.
Nhược điểm: Chiều sâu lớp thấm mỏng, thời gian thấm lâu, giá thành chi tiết
thấm nitơ đắt.
1.4. Mục đích và yêu cầu của đề tài
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thấm Nitơ vào việc nâng cao chất lượng bề
mặt một số vật liệu dụng trong chế tạo máy, mở rộng khả năng công nghệ thấm Nitơ
trong nước .
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ như: Vật liệu, nhiệt độ
thấm và thời gian thấm đến chất lượng thấm Nitơ.
Thực hiện thấm nitơ thể khí trên nền của thép 20XM, 20X, 18 đã được nhiệt
luyện sơ bộ ram, thấm cỏc bon, thực hiện thấm Nitơ plasma trên thép 45X, xây dựng
quy trình công nghệ thấm Nitơ và Nitơ plasma với các vật liệu đã chọn.



`

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 21 -



CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết
Với mục đích nghiên cứu của đề tài là: “ Nghiên cứu ứng dụng thấm nitơ nâng
cao chất lượng bề mặt bánh răng”, chúng tôi đã ứng dụng một số phương pháp nghiên
cứu sau:
Nghiên cứu cơ sở quá trình thấm Nitơ, sơ lược nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng
đến chất lượng lớp thấm. Nghiên cứu, phân tích lý thuyết công nghệ thấm nitơ của các
tài liệu trong và ngoài nước để vận dụng xác định ảnh hưởng của các thông số đến
chất lượng bề mặt bánh răng.
2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm
Từ những cơ sở lý thuyết của công nghệ thấm Nitơ, chúng tôi đã tiến hành tìm
hiểu thiết bị thấm nitơ, các yếu tố công nghệ: Nhiệt độ, thời gian, độ phân giải khí
NH
3
để thấy được ảnh hưởng của chúng đến chất lượng lớp thấm từ đó xây dựng công
nghệ thấm Nitơ trên cơ sở lý thuyết và thực nghiệm.
Tiến hành làm phôi và chế tạo bánh răng phục vụ cho công tác thực nghiệm.
Tiến hành thí nghiệm thực hiện tại Khoa Cơ khí trường Cao đẳng công nghiệp Phúc
Yên, Trường đại học công nghiệp Hà Nội, công ty Việt Hoàng- Phổ Yên, Thái

Nguyên.
Thiết lập quy trình công nghệ thấm trong đó có nói về các bước cụ thể cho quá
trình thấm trên các mẫu thực nghiệm.
Thông qua các mẫu thí nghiệm, tiến hành kiểm tra các thông số của bề mặt
thấm như độ cứng, độ chạy mòn từ đó phân tích đánh giávà rút ra quy trình công nghệ
hợp lý về công nghệ thấm Nitơ với loại thép đã thực nghiệm.
2.3 Xác định và xử lý số liệu thực nghiệm
Các số liệu kiểm tra chất lượng của lớp thấm bề mặt mẫu thấm như độ cứng, độ
chạy mòn được kiểm tra theo tiêu chuẩn chung của Tổng cục đo lường chất lượng Việt
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 22 -
Nam và tại phòng thí nghiệm của trường Đại học công nghiệp Hà Nội và trường Cao
đẳng công nghiệp PhúcYên.
Số liệu thu được đo tại ít nhất 4 vị trí khác nhau trên mẫu để đảm bảo xác suất
tin cậy. Nếu trong quá trình đo có số liệu nghi ngờ không đáng tin cậy thì chúng tôi
tiến hành đo lại.
Các giá trị đo được: X
i
(i = 1 n)
Giá trị trung bình:
1
1
n
i
i
XX
n




Sai số:
 
2
1
1
n
i
i
XX
n







Sai số trung bình:
tb
n




Giá trị tin cậy được tính theo chuẩn Student với mức ý nghĩa  =0,05;
bậc tự do f =  - 1 nên ta có độ tin cậy
.
tb
Xt





Với các số liệu nghi ngờ: Kiểm tra bằng quy luật phân bố chuẩn (Quy luật 3

)
2.4 Phƣơng pháp kiểm tra
Mẫu kiểm tra bằng các thiết bị:
2.4.1 Kiểm tra độ cứng
2.4.1.1 Xác định độ cứng Brinen
Công thức:



Trong đó P: Tải trọng tính ra kG (1kG = 10N);
D là đường kính viên bi tính ra mm;
d là đường kính vết lõm tính ra mm;
Các vật liệu rèn và đúc có độ cứng từ 8 đến 450 đơn vị (kG/mm
2
) làm bằng kim laọi
màu và màu chủ yếu được thử bằng phương pháp này; trong đó 0,2 D < d < 0,6D.


22
2.

P
HB
D D D d


  