ĐỀ CƯƠNG XỬ LÝ VẬT LIỆU ( MỚI NHẤT)

PHOTO NGÂN SƠN

ĐỀ CƯƠNG XỬ LÝ VẬT LIỆU ( MỚI
NHẤT)
ĐỀ CƯƠNG XỬ LÝ VẬT LIỆU ( MỚI NHẤT)...................................................1
Câu 2: Em hãy cho biết mục đích và phạm vi áp dụng của phương pháp nhuộm
đen thép và gang? Trình bày các phương pháp nhuộm đen thép và gang?.............3
Câu 3 : Trình bày đặc điểm công nghệ xử lý nhiệt bề mặt bằng chùm tia năng
lượng cao? Giải thích tại sao trước khi xử lý tạo lớp hợp kim hóa bề mặt cho kết
cấu khuôn dập bằng chùm tia lase, người ta phải tiến hành phủ lớp grafit lên vùng
diện tích bề mặt cần phủ?........................................................................................4
Câu 4 : Trình bày các phương pháp hóa bền hợp kim bằng cơ-nhiệt luyện? Cho
biết phạm vi ứng dụng hiện nay của phương pháp?................................................4
Câu 6: Em hãy dựa vào thành phần hóa học của thép để phân tích và lựa chọn
phương pháp nhiệt luyện sơ bộ: ủ hay thường hóa, nhằm cải thiện tính cắt gọt tạo
hình chi tiết trước khi nhiệt luyện kết thúc? Lấy ví dụ minh họa?..........................6
Câu 7: Phân tích ưu và nhược điểm của hai môi trường làm nguội: nước và dầu
khi tiến hành tôi thép, để từ đó rút ra kết luận về phạm vi ứng dụng của chúng khi
nhiệt luyện?.............................................................................................................6
Câu 8: Để nâng cao tính chống mài mòn cho bề mặt chi tiết được làm từ vật liệu
có hàm lượng cacbon thấp, người ta tiến hành thấm cacbon cho lớp bề mặt của
chi tiết đó. Hỏi sau khi thấm cacbon, chi tiết có cần tiếp tục đem đi nhiệt luyện
không? Nếu có nhiệt luyện thì nhiệt luyện như thế nào?........................................7
Câu 9: Trình bày nguyên lý tôi bề mặt bằng dòng điện cảm ứng có tần số cao?
Cho biết loại thép được sử dụng để tôi bề mặt bằng tần số cao?............................8
Câu 10: Phân tích các nguyên nhân có thể dẫn tới chi tiết sau khi tôi có độ cứng
thấp (độ cứng không đạt)? Cho biết cách phòng ngừa và sửa chữa?......................8

1

PHOTO NGÂN SƠN

PHOTO NGÂN SƠN
Câu 1: Trình bày khái niệm và nguyên lý cơ bản của quá trình tạo lớp
phủ bề mặt chi tiết bằng pha khí trong công nghệ CVD (Chemical
Vapour Deposition)?
1. Định nghĩa: CVD là công nghệ tạo lớp phủ trên bề mặt các chi tiết
máy đã nung nóng từ hơi của các hợp chất chứa kim loại (dễ bay hơi) do các
phản ứng hoá nhiệt.
- Các hợp chất chứa kim loại dễ bay hơi được tao thành từ:
+ Á kim nhóm halogen ( F, Cl, Br, I)
+ Kim loại chuyển tiếp nhóm IV (Ti, Zr); nhóm V(V, Nb, Ta);
nhóm VI (Cr,Mo, W)
Ví dụ: TiCl4, WF6...
- Nhiệt độ: 200 -10000C (không dùng các tia kích hoạt)

3.Các phản ứng xẩy ra trên bề mặt:
Gồm 2 nhóm phản ứng:
- Phản ứng tạo nguyên tử hoạt (W, Ti, C, N...)
- Phản ứng tạo lớp phủ ( WC, TiN...)
Gồm 3 loại phản ứng:
- Phản ứng khử (hoàn nguyên): WF6 + 3H2 => W + 6HF
- Phản ứng phân huỷ:

Ni(CO)4 => Ni + 4CO
2

PHOTO NGÂN SƠN

PHOTO NGÂN SƠN
- Phản ứng trao đổi:

CrCl3 + Fe => Cr + FeCl3

TiCl4 + CH4 => TiC + 4HCl
Câu 2: Em hãy cho biết mục đích và phạm vi áp dụng của phương
pháp nhuộm đen thép và gang? Trình bày các phương pháp
nhuộm đen thép và gang?
Quá trình nhuộm đen tạo thành trên bề mặt màng ôxit sắt từ (Fe3O4)
có màu đen hoặc xanh đen. Chiều dày màng oxit : 0,6 – 1,5 µm, tương đối
xít chặt, có khả năng nâng cao độ bền ăn mòn,tăng chịu mài mòn nhưng
không cao, trang trí...( xích líp, dụng cụ đo, vũ khí...)
Nhuộm đen thép và gang được sử dụng cho các chi tiết máy, dụng cụ
đo, dụng cụ cầm tay, đồng hồ, vũ khí … chống lại sự ăn mòn của ko khí.
Các phương pháp Oxy hóa nhuộm đen thép và gang:
- Oxy hóa thép và gang trong môi trường hơi nước: chi tiết được oxy
hóa trong thùng quay bằng hơi nước ở nhiệt độ nhỏ hơn 500*C. Phương
pháp này đơn giản, rẻ tiền và ít gây ô nhiễm. Tuy nhiên màng oxit có tính
bảo vệ kém và ko đẹp.
- Oxy hóa chi tiết trong hỗn hợp muối NaNO2 + NaNO3: tác nhân
oxy hóa chủ yếu là NaNO2 do phản ứng phóng thích oxy khi nung:
NaNO3 => NaNO3 + O2
Các muối khác như NaOH, Na2CO3 được sử dụng để tạo môi trường muối
nóng chảy có nhiệt độ xác định 400 – 500*C. Phương pháp này cho màng
oxit màu sắc đẹp từ nâu đỏ đến xanh đen tùy thuộc vào nhiệt dộ oxy hóa.
Phương pháp này đơn giản nhưng màng oxit kém bền, dễ chuyển màu và
tính bảo vệ không cao.
- Oxy hóa bằng dung dịch kiềm: Phương pháp này rất thông dụng, cho màng
oxit đẹp, bóng và tính bảo vệ cao.

Để nâng cao tính bảo vệ chi tiết sau khi oxy hóa nhuộm đen cần xử lý trong
dung dịch xà phòng 3- 5%, nhiệt độ 80 -90 %, trong 10 – 15 phút. Sau khi
xử lý cần rửa sạch rồi sấy khô hoặc thổi khô rồi nhứng vào dầu biến thế
nóng ở nhiệt độ 105 – 110*C trong 5 – 10 phút.

3

PHOTO NGÂN SƠN


PHOTO NGÂN SƠN
Câu 3 : Trình bày đặc điểm công nghệ xử lý nhiệt bề mặt bằng chùm
tia năng lượng cao? Giải thích tại sao trước khi xử lý tạo lớp
hợp kim hóa bề mặt cho kết cấu khuôn dập bằng chùm tia lase,
người ta phải tiến hành phủ lớp grafit lên vùng diện tích bề mặt
cần phủ?
Đặc điểm:
+ Nguồn nhiệt cần có mật độ năng lượng cao => nung nóng
nhanh
+ Chỉ sử dụng đối với các sản phẩm có khả năng tôi cứng
+ Tốc độ làm nguội bề mặt đủ lớn (Vng > Vth)
+ Lớp nung nóng rất nhỏ so với chiều dày mẫu (d ng << D sp)
- Lớp nóng chảy rất mỏng so với chiều dày mẫu.
- Tốc độ làm nguội cao 106 – 108 K/s
- Áp dụng với cả thép không có khả năng tôi, thép không rỉ
- Lớp phủ có độ cứng cao => chống ăn mòn
Nung bằng tia laser => tổ chức lớp bề mặt không đều
Grafit hoà tan vào gang nóng chảy => tổ chức đúc dạng nhánh cây siêu min

Câu 4 : Trình bày các phương pháp hóa bền hợp kim bằng cơ-nhiệt

luyện? Cho biết phạm vi ứng dụng hiện nay của phương pháp?
Cơ nhiệt là công nghệ kết hợp sự hóa bền cơ học và hóa bền do nhiệt luyện
cho chi tiết thép. Tùy thuộc vào nhiệt độ biến dạng dẻo, quá trình cơ – nhiệt
luyện được chia ra làm hai loại cơ – nhiệt luyện nhiệt độ cao và cơ – nhiệt
luyện nhiệt độ thấp.

4

PHOTO NGÂN SƠN


PHOTO NGÂN SƠN
- Cơ nhiệt luyện nhiệt độ cao: tiến hành biến dạng thép trên AC3, sau
đó tôi ngay để tránh kết tinh lại tại ostest. Cơ nhiệt – luyện nhiệt độ cao có
một số đặc điểm sau:
Có thể áp dụng cho mọi loại thép.
Dễ tiến hành vì trên AC3, ostenit dẻo và ổn định.
So với cơ – nhiệt luyện nhiệt độ thấp, cơ – nhiệt luyện nhiệt độ
cao thép có độ bền hơn 1 chút nhưng lại dẻo dai hơn.
Cơ nhiệt luyện nhiệt độ cao được áp dụng trong các phân xưởng
luyện kim như phân xưởng cán nóng các bán thành phẩm.
- Cơ nhiệt luyện nhiệt độ thấp : quá trình biến dạng tiến hành ở nhiệt
độ kết tinh lại ( 400 – 500*C) nhưng cao hơn điểm Md. Cơ nhiệt luyện nhiệt
độ thấp có 1 số đặc điểm sau:
Chỉ áp dụng cho các loại thép hợp kim có tính ổn định ostest
quá nguội cao.
Quá trình tiến hành khó khăn do phải làm nguội nhanh từ nhiệt
độ trên AC3 xuống nhiệt độ biến dạng, phải khống chế thời gian biến dạng
sao cho không chạm vào đường cong bắt đầu chuyển biến, ostenit quá nguội
kém dẻo nên khó biến dạng.

Đạt được độ bền cao 2600 – 2800 Mpa, nhưng độ dẻo dai của
thép kém cơ nhiệt luyện nhiệt độ cao.
- Hiện nay các nước tiên tiến đang áp dụng công nghệ cơ nhiệt luyện
trong các nhà máy luyện kim nhằm chế tạo các bán thành phẩm, đặc biệt là
các loại thép hình dùng trong xây dựng có độ bền cao mà không phải sử
dụng các loại thép hợp kim đắt tiền.

5

PHOTO NGÂN SƠN


PHOTO NGÂN SƠN
Câu 6: Em hãy dựa vào thành phần hóa học của thép để phân tích
và lựa chọn phương pháp nhiệt luyện sơ bộ: ủ hay thường hóa,
nhằm cải thiện tính cắt gọt tạo hình chi tiết trước khi nhiệt
luyện kết thúc? Lấy ví dụ minh họa?
Ủ và thường hóa đều có chung mục đích là làm mềm thép để dễ cắt gọt và
tăng độ dẻo để dễ tiến hành biến dạng. Tuy nhiên, với 1 số laoij thép có hàm
lượng C <= 0,25%, nếu ủ sẽ quá mềm, quá dẻo. Khi cắt gọt tạo phoi dây
quấn lấy dao làm giảm năng suất cắt. Thường hóa sẽ có độ cứng cao hơn,
thích hợp với gia công cắt hoăn do phoi giòn hơn, dễ gãy hơn.

Câu 7: Phân tích ưu và nhược điểm của hai môi trường làm nguội:
nước và dầu khi tiến hành tôi thép, để từ đó rút ra kết luận về
phạm vi ứng dụng của chúng khi nhiệt luyện?
- Nước là môi trường tôi mạnh, àn toàn (ko gây bốc cháy và mùi khó chịu),
rẻ tiền, dễ kiếm nên thường dùng nhiều.
+ Nước lạnh (10 ÷ 300C) có tốc độ nguội khá lớn (6000C/s), nên dễ
gây cong vênh, nứt và biến dạng;

+ Khi tôi nước bị nóng lên thì tốc độ nguội lại giảm mạnh, nước nóng
đền 500C, thì còn lại chỉ 1000C/s;
+ Là môi trường tôi cho thép Cacbon hay thép hợp kim thấp, nhưng
không thích hợp cho các chi tiết phức tạp.
- Dầu là môi trường tôi thường dùng có tốc độ nguội nhỏ, gồm các
loại dầu máy, dầu khoáng vật.
+ Tốc độ nguội đạt 1000C/s ÷ 1500C/s;
+ Khi tôi dầu dễ bị bốc cháy;
+ Tốc độ nguội ở 2000C ÷ 3000C khoảng 200C/s ÷ 250C/s nên tránh
được cong vênh, nứt;

6

PHOTO NGÂN SƠN


PHOTO NGÂN SƠN
+ Là môi trường tôi gây hại cho sức khoẻ và môi trường;
+ Thường được dùng để tôi thép hợp kim và thép Cacbon có tiết diện
phức tạp.
Câu 8: Để nâng cao tính chống mài mòn cho bề mặt chi tiết được
làm từ vật liệu có hàm lượng cacbon thấp, người ta tiến hành
thấm cacbon cho lớp bề mặt của chi tiết đó. Hỏi sau khi thấm
cacbon, chi tiết có cần tiếp tục đem đi nhiệt luyện không? Nếu có
nhiệt luyện thì nhiệt luyện như thế nào?
Sự khuếch tán cacbon chỉ là tạo nên sự phân bố cacbon hợ lý trên tiết
diện, tạo điều kiện cho tôi tiếp theo đạt yêu cầu: bề mặt cứng nhờ cacbon
cao, lõi bền dai nhờ cacbon thấp. Vì vậy sau khi thấm cacbon, thép bắt buộc
phải qua tôi + ram thấp.
NHIỆT LUYỆN SAU KHI THẤM

a) Tôi trực tiếp:
- Sau khi thấm hạ nhiệt độ xuống đến 850 – 860*C và tôi trực tiếp
- Đối với thép di truyền hat nhỏ (Ti. Mo) => không cần làm nhỏ hạt
b) Tôi một lần:
- Sau khi thấm làm nguội trong không khí (thường hoá - làm nhỏ hạt)
- Tôi ở nhiệt độ 820 – 850*C khi cần độ cứng bề mặt cao hoặc
- Tôi ở nhiệt độ 860 – 880*C khi cần độ bền của nền cao
c) Tôi hai lần: Đảm bảo chất lượng bề mặt và nền (ít dùng, đắt )
- Sau khi thấm làm nguội trong không khí (thường hoá - làm nhỏ hạt)
- Tôi lần một ở nhiệt độ 880 – 900*C nâng cao độ bền của nền và
- Tôi lần hai ở nhiệt độ 760 – 780*C nâng cao độ cứng bề mặt

7

PHOTO NGÂN SƠN


PHOTO NGÂN SƠN
Câu 9: Trình bày nguyên lý tôi bề mặt bằng dòng điện cảm ứng có
tần số cao? Cho biết loại thép được sử dụng để tôi bề mặt bằng
tần số cao?
Khi vật dẫn có dòng điện xoay chiều chạy qua xung quanh nó sẽ xuất
hiện từ trường biến thiên. Nếu đặt trong từ trường này 1 chi tiết bằng kim
loại thì do sự biến thiên của từ trường sinh ra sức điện động cảm ứng, trong
chi tiết kim loại sẽ có dòng điện cùng tần số. Trong thực tế người ta dùng
dòng điện có tần số rất cao (hàng chục vạn Hz) . Do đó dòng điện cảm ứng
cũng có tần số cao như vậy. Đặc tính nổi bật của dòng điện tần số cao là nó
có mật độ lớn nhất ở bề mặt và giảm mạnh về phía lõi vật dẫn, nhờ đó có
khả năng nung nóng nhanh bề mặt đến nhiệt độ tôi.
Dòng điện cảm ứng cũng là dòng điện xoay chiều nên nó phân bố

không đều trong tiết diện dây dẫn, tần số dòng điện càng cao thì dòng điện
tập trung ở lớp bề mặt càng mỏng.
Thép dùng để tôi tần số cao là những thép có hàm lượng cacbon trung
bình 0,4 – 0,6 %C. Người ta thường dùng thép hóa tốt có độ thấm tôi
thường hoặc thấp: C40 C45 C 50 C55 C60 … Ngày nay người ta còn tôi tần
số cao cho cả các loại thép có độ thấm tôi tương đối cao bằng thép hóa tót
hợp kim thấp : 40Cr, 40CrV, thậm chí cả thép CD100, OL100Cr2, gang
xám
Câu 10: Phân tích các nguyên nhân có thể dẫn tới chi tiết sau khi tôi
có độ cứng thấp (độ cứng không đạt)? Cho biết cách phòng ngừa
và sửa chữa?
Độ cứng không đạt là hiện tượng độ cứng cao hặc thấp hơn so với độ cứng
mà thép có thể đạt được tương ứng với loại thép và phương pháp nhiệt luyện
đó .
Độ cứng thấp : Sau tôi, độ cứng đạt được thấp hơn yêu cầu của mác
thép.
+ Thiếu nhiệt : Nhiệt độ chưa đủ, thời gian giữ nhiệt chưa lâu;
+ Làm nguội chưa đủ nhanh theo yêu cầu để tạo mactenxit;
+ Thoát cacbonbề mặt.

8

PHOTO NGÂN SƠN


PHOTO NGÂN SƠN
Sau khi xác định nguyên nhân, khắc phụ bằng cách làm lại, song sẽ tăng
biến dạng

9

PHOTO NGÂN SƠN