Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng chính đến hệ số truyền nitơ từ môi trường thấm thể khí đến bề mặt thép thấm

LÊ THANH BÌNH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ THANH BÌNH KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU(KIM LOẠI) NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG CHÍNH ĐẾN HỆ SỐ TRUYỀN NITƠ TỪ MƠI TRƯỜNG THẤM THỂ KHÍ ĐẾN BỀ MẶT THÉP THẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Khoa học Kỹ thuật vật liệu (Kim loại) Mã số: 10BVLKL-KT07 KHOÁ 2010B Hà Nội – Năm 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ THANH BÌNH NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG CHÍNH ĐẾN HỆ SỐ TRUYỀN NITƠ TỪ MƠI TRƯỜNG THẤM THỂ KHÍ ĐẾN BỀ MẶT THÉP THẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Khoa học Kỹ thuật vật liệu (Kim loại) Mã số: 10BVLKL-KT07 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN VĂN HIỂN Hà Nội – Năm 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân, hình thành phát triển từ quan điểm cá nhân tôi, hướng dẫn thầy giáo TS Nguyễn Văn Hiển có tham khảo thêm tài liệu đáng tin cậy, có nguồn gốc rõ ràng Các số liệu, kết luận văn hoàn toàn xác trung thực Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Tác giả luận văn LÊ THANH BÌNH i LỜI CẢM ƠN Tơi xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Văn Hiển, Bộ môn Vật liệu học, xử lý nhiệt bề mặt – Viện Khoa học kỹ thuật vật liệu – Trường đại học Bách Khoa Hà Nội trực tiếp hướng dẫn tơi thực hồn thành đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể thầy giáo, cô giáo Bộ môn Vật liệu học, xử lý nhiệt bề mặt, thầy cô giáo Phịng thí nghiệm kim loại học Xưởng nhiệt luyện, bạn sinh viên lớp Vật liệu học, xử lý nhiệt bề mặt K51 K52 tạo điều kiện giúp tơi hồn thành đề tài Tác giả luận văn ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN I Tổng quan hóa nhiệt luyện Định nghĩa đặc điểm Sự hình thành tổ chức lớp thấm .3 Động học trình hóa nhiệt luyện .4 Môi trường thấm 5 Các công nghệ hóa nhiệt luyện thơng dụng II Cơng nghệ thấm nitơ thể khí 12 Đặc điểm 12 Cơ sở nhiệt động học 13 Tổ chức lớp thấm 14 Các q trình xảy thấm nitơ thể khí 17 III Hệ số truyền nitơ β N 18 Đặc điểm 18 Hoạt độ nitơ môi trường thấm (a N ) .18 Hoạt độ nitơ thép .19 IV Ảnh hưởng yếu tố đến trình thấm 19 Ảnh hưởng thời gian lưu τ 19 Ảnh hưởng nhiệt độ thấm T 20 Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim 21 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 I Đối tượng nghiên cứu 22 iii II Địa điểm nghiên cứu .22 III Sơ đồ nghiên cứu thực nghiệm 23 IV Thiết bị thí nghiệm 23 Lị thấm Nitơ thể khí 23 Thiết bị phân tích thành phần hóa học 24 Thiết bị đo độ phân hủy NH .25 Thiết bị đo độ cứng tế vi 26 Kính hiển vi quang học 26 Cân phân tích .27 V Nghiên cứu thực nghiệm .27 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 27 Thí nghiệm thấm nitơ 30 Phân tích mẫu sau thấm 32 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 34 I Ảnh hưởng thời gian lưu đến hệ số truyền nitơ β N .34 Ảnh hưởng thời gian lưu nhiệt độ thấm 500 oC .34 Ảnh hưởng thời gian lưu nhiệt độ thấm 520 oC .35 Ảnh hưởng thời gian lưu nhiệt độ thấm 550 oC .36 Nhận xét .37 II Ảnh hưởng nhiệt độ thấm đến hệ số truyền nitơ β N 37 Ảnh hưởng nhiệt độ thấm thời gian lưu phút .37 Ảnh hưởng nhiệt độ thấm thời gian lưu phút .39 Ảnh hưởng nhiệt độ thấm thời gian lưu phút .40 Nhận xét .41 III Ảnh hưởng nguyên tố Cr đến hệ số truyền nitơ β N 41 IV Tổ chức tế vi mẫu sau thấm nitơ .42 Ảnh tổ chức tế vi 42 Dự đoán tỷ phần tổ chức lớp thấm 43 Nhận xét .50 iv V Độ cứng mẫu sau thấm nitơ .50 Độ cứng mẫu sau thấm nhiệt độ khác 50 Độ cứng mẫu sau thấm thời gian lưu khác 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56 I Kết luận 56 II Kiến nghị 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHỤ LỤC 60 v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Hoạt độ nitơ (a N ) môi trường thấm 19 Bảng 2.1 Thành phần hóa học mẫu thép C20 .28 Bảng 2.2 Thành phần hóa học mẫu thép 20Cr 28 Bảng 2.3 Các chế độ thấm nghiên cứu ảnh hưởng thời gian lưu .31 Bảng 2.4 Các chế độ thấm nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ thấm 32 Bảng 3.1 Các kết thu sau nhiệt độ thấm 500 oC .34 Bảng 3.2 Các kết thu sau nhiệt độ thấm 520 oC .35 Bảng 3.3 Các kết thu sau nhiệt độ thấm 550 oC .36 Bảng 3.4 Các kết thu sau thời gian lưu τ = phút 38 Bảng 3.5 Các kết thu sau thời gian lưu τ = phút 39 Bảng 3.6 Các kết thu sau thời gian lưu τ = phút 40 Bảng 3.7 Tỷ phần tổ chức thép C20 trước sau thấm 500 oC .43 Bảng 3.8 Tỷ phần tổ chức thép C20 trước sau thấm 520 oC .44 Bảng 3.9 Tỷ phần tổ chức thép C20 trước sau thấm 550 oC .44 Bảng 3.10 Tỷ phần tổ chức thép C20 trước sau thấm τ = phút 45 Bảng 3.11 Tỷ phần tổ chức thép C20 trước sau thấm τ = phút 45 Bảng 3.12 Tỷ phần tổ chức thép C20 trước sau thấm τ = phút 46 Bảng 3.13 Tỷ phần tổ chức thép 20Cr sau thấm 500 oC 46 Bảng 3.14 Tỷ phần tổ chức thép 20Cr sau thấm 520 oC 47 Bảng 3.15 Tỷ phần tổ chức thép 20Cr sau thấm 550 oC 47 Bảng 3.16 Tỷ phần tổ chức thép 20Cr trước sau thấm τ = phút 48 Bảng 3.17 Tỷ phần tổ chức thép 20Cr trước sau thấm τ = phút 49 vi Bảng 3.18 Tỷ phần tổ chức thép 20Cr trước sau thấm τ = phút 49 Bảng 3.19 Độ cứng mẫu sau thấm 500 oC 50 Bảng 3.20 Độ cứng mẫu sau thấm 520 oC 51 Bảng 3.21 Độ cứng mẫu sau thấm 550 oC 52 Bảng 3.22 Độ cứng mẫu sau thấm thời gian lưu phút .53 Bảng 3.23 Độ cứng mẫu sau thấm thời gian lưu phút .54 Bảng 3.24 Độ cứng mẫu sau thấm thời gian lưu phút .54 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Quá trình hình thành lớp thấm 12 Hình 1.2 Giản đồ Fe-N 15 Hình 1.3 Tổ chức lớp thấm nitơ 16 Hình 1.4 Sự phụ thuộc hệ số khuếch tán D vào nhiệt độ thấm T .21 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình nghiên cứu thực nghiệm 23 Hình 2.2 Lị thấm nitơ thể khí 23 Hình 2.3 Hệ thống van điều khiển lưu lượng khí thấm 24 Hình 2.4 Thiết bị phân tích thành phần hóa học Metalab 75/80J MVU 24 Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống đo độ phân hủy NH 25 Hình 2.6 Sensor Hydro 26 Hình 2.7 Thiết bị đo độ cứng tế vi Duramin 26 Hình 2.8 Kính hiển vi quang họcAxiovert 25A 27 Hình 2.9 Cân phân tích 27 Hình 2.10 Mẫu mỏng dùng thí nghiệm 29 Hình 2.11 Sơ đồ chuẩn bị mẫu thí nghiệm 29 Hình 2.12 Quy trình thấm nitơ 30 Hình 3.1 Hệ số truyền nitơ β N nhiệt độ thấm 500°C .34 Hình 3.2 Hệ số truyền nitơ β N nhiệt độ thấm 520°C .35 Hình 3.3 Hệ số truyền nitơ β N nhiệt độ thấm 550°C .37 Hình 3.4 Hệ số truyền nitơ β N thời gian lưu phút .38 Hình 3.5 Hệ số truyền nitơ β N thời gian lưu phút .39 Hình 3.6 Hệ số truyền nitơ β N thời gian lưu phút .40 viii Sau thấm 550 oC, tổ chức nhận gồm có α, θ (Fe C), (Fe,Cr)N γ’ (Fe N) Khi tăng thời gian lưu từ phút lên phút, phút, hàm lượng γ’ giảm, (Fe,Cr)N không đổi, α tăng, θ thay đổi Trước sau thấm với thời gian lưu τ = phút, nhiệt độ thấm T - STT Chế độ thấm Trước thấm Tỷ phần tổ chức, % α 98.53 θ (Fe C) (Fe,Cr) C (Fe,Cr)N 0.38 1.09 - γ’ (Fe N) - τ = phút, 63.40 1.95 2.96 31.69 T = 500 oC τ = phút, 68.02 1.98 2.96 27.04 T = 520 oC τ = phút, 78.91 2.14 2.98 15.97 T = 550 oC Bảng 3.16 Tỷ phần tổ chức thép 20Cr trước sau thấm τ = phút Sau thấm nitơ với thời gian lưu τ = phút, bề mặt thép có xuất pha γ’ (Fe N), (Fe,Cr)N, đồng thời khơng cịn (Fe,Cr) C , hàm lượng α giảm mạnh, θ tăng gần % Khi tăng nhiệt độ thấm từ 500 oC lên 520 oC, 550 oC, hàm lượng γ’ giảm, (Fe,Cr)N gần không thay đổi, α tăng, θ thay đổi Nguyên nhân nhiệt độ thấm tăng, lượng nitơ hấp thụ vào thép giảm; đồng thời nhiệt độ tăng làm cho nitơ khuếch tán dễ dàng vào phía trong, làm cho hàm lượng γ’ bề mặt giảm 48 Trước sau thấm với thời gian lưu τ = phút, nhiệt độ thấm T - STT Chế độ thấm Trước thấm Tỷ phần tổ chức, % α 98.53 θ (Fe C) (Fe,Cr) C (Fe,Cr)N 0.38 1.09 - γ’ (Fe N) - τ = phút, 69.59 2.06 2.96 25.39 T = 500 oC τ = phút, 77.33 2.17 2.96 17.55 T = 520 oC τ = phút, 79.95 2.16 2.98 14.91 T = 550 oC Bảng 3.17 Tỷ phần tổ chức thép 20Cr trước sau thấm τ = phút Sau thấm với thời gian lưu τ = phút, tổ chức nhận gồm có α, θ (Fe C) γ’ (Fe N) Khi tăng nhiệt độ thấm từ 500 oC lên 520 oC, 550 oC, hàm lượng γ’ giảm, (Fe,Cr)N gần không thay đổi, α tăng, θ thay đổi a Trước sau thấm với thời gian lưu τ = phút, nhiệt độ thấm T Sau thấm với thời gian lưu τ = phút, tổ chức nhận gồm có α, θ (Fe C) γ’ (Fe N) với tỷ phần sau: STT Chế độ thấm Trước thấm Tỷ phần tổ chức, % α 98.53 θ (Fe C) (Fe,Cr) C (Fe,Cr)N 0.38 1.09 - γ’ (Fe N) - τ = phút, 73.38 2.13 2.96 21.54 T = 500 oC τ = phút, 79.05 2.20 2.96 15.79 T = 520 oC τ = phút, 84.10 2.26 2.98 10.66 T = 550 oC Bảng 3.18 Tỷ phần tổ chức thép 20Cr trước sau thấm τ = phút Khi tăng nhiệt độ thấm từ 500 oC lên 520 oC, 550 oC, hàm lượng γ’ giảm, (Fe,Cr)N gần không thay đổi, α tăng, θ thay đổi 49 Nhận xét Sau thấm, nitơ hấp thụ vào bề mặt thép tạo bề mặt lớp thấm có xuất pha γ’ (Fe N) Với thép 20Cr xuất pha (Fe,Cr)N Trong khoảng nhiệt độ thấm T = 500 ÷ 550 oC, thời gian lưu τ = ÷ phút, hàm lượng γ’ tỉ lệ nghịch với thời gian lưu τ thời gian thấm T Cụ thể tăng nhiệt độ thấm từ 500 lên 550 oC thời gian lưu từ phút lên phút, hàm lượng γ’ giảm mạnh Bên cạnh đó, tỷ lệ γ’ (Fe N) lớp thấm thép 20Cr cao nhiều so với thép C20 crôm có lực hóa học với nitơ mạnh sắt, làm tăng lượng nitơ hấp thụ vào bề mặt thép V Độ cứng mẫu sau thấm nitơ Các mẫu sau thấm nitơ đo độ cứng bề mặt lớp thấm thiết bị đo độ cứng tế vi Duramin 2, thang đo Vicker, tải trọng 19.61 N Kết độ cứng thể Độ cứng mẫu sau thấm nhiệt độ khác a Thấm nhiệt độ thấm 500 oC STT Mẫu 20 τ lưu, phút %(Fe,Cr)N %γ’ (Fe N) - 24.25 Độ cứng, HV 335 20 - 18.61 315 20 - 17.73 308 20Cr 2.96 31.69 632 20Cr 2.96 25.39 605 20Cr 2.96 21.54 Bảng 3.19 Độ cứng mẫu sau thấm 500 oC 50 579 700 600 HV 500 400 C20 300 20Cr 200 100 Thời gian lưu, phút Hình 3.9 Độ cứng mẫu sau thấm 500 oC b Thấm nhiệt độ thấm 520 oC STT Mẫu 20 τ lưu, phút %(Fe,Cr)N %γ’ (Fe N) - 22.06 Độ cứng, HV 328 20 - 17.13 321 20 - 14.15 315 20Cr 2.96 27.04 624 20Cr 2.96 17.55 610 20Cr 2.96 15.79 Bảng 3.20 Độ cứng mẫu sau thấm 520 oC 700 600 HV 500 400 C20 300 20Cr 200 100 Thời gian lưu, phút Hình 3.10 Độ cứng mẫu sau thấm 520 oC 51 585 c Thấm nhiệt độ thấm 550 oC STT Mẫu 20 τ lưu, phút %(Fe,Cr)N %γ’ (Fe N) - 16.46 Độ cứng, HV 323 20 - 16.29 308 20 - 12.04 303 20Cr 2.98 15.97 607 20Cr 2.98 14.91 579 20Cr 2.98 10.66 Bảng 3.21 Độ cứng mẫu sau thấm 550 oC 570 700 600 HV 500 400 C20 300 20Cr 200 100 Thời gian lưu, phút Hình 3.11 Độ cứng mẫu sau thấm 550 oC d Nhận xét Từ kết độ cứng cho thấy sau thấm 500, 520 550oC, độ cứng mẫu thép 20Cr cao nhiều so với mẫu thép C20 Cụ thể thép C20 có độ cứng từ 303 ÷ 335 HV, thép 20Cr có độ cứng từ 570 ÷ 632 HV Qua cho thấy, khác với thép C20, thép 20Cr nhờ có mặt khoảng 1% Cr tăng khả hấp thụ nitơ vào bề mặt thép, mà tạo với nitơ cacbit (Fe,Cr)N làm tăng độ cứng cho mẫu Khi tăng thời gian lưu từ phút lên phút, phút, độ cứng mẫu thép C20 20Cr có xu hướng giảm Nguyên nhân tăng thời gian lưu, 52 lượng nitơ hấp thụ vào thép giảm, dẫn đến hàm lượng γ’ (Fe N) giảm, làm cho độ cứng giảm theo Độ cứng mẫu sau thấm thời gian lưu khác a Thấm thời gian lưu phút STT Mẫu 20 T thấm, o C 500 %(Fe,Cr)N %γ’ (Fe N) - 24.25 Độ cứng, HV 335 20 520 - 22.06 315 20 550 - 16.46 308 20Cr 500 2.96 31.69 632 20Cr 520 2.96 27.04 605 20Cr 550 2.98 15.97 579 Bảng 3.22 Độ cứng mẫu sau thấm thời gian lưu phút 700 600 500 HV 400 C20 300 20Cr 200 100 500 510 520 530 540 o Nhiệt độ thấm, C 550 Hình 3.12 Độ cứng mẫu sau thấm thời gian lưu phút 53 b Thấm thời gian lưu phút STT Mẫu 20 T thấm, o C 500 %(Fe,Cr)N %γ’ (Fe N) - 18.61 Độ cứng, HV 328 20 520 - 17.13 321 20 550 - 16.29 315 20Cr 500 2.96 25.39 624 20Cr 520 2.96 17.55 610 20Cr 550 2.98 14.91 585 Bảng 3.23 Độ cứng mẫu sau thấm thời gian lưu phút 700 600 HV 500 400 C20 300 20Cr 200 100 500 510 520 530 540 o Nhiệt độ thấm, C 550 Hình 3.13 Độ cứng mẫu sau thấm thời gian lưu phút c Thấm thời gian lưu phút STT Mẫu 20 T thấm, o C 500 %(Fe,Cr)N %γ’ (Fe N) - 17.73 Độ cứng, HV 323 20 520 - 14.15 308 20 550 - 12.04 303 20Cr 500 2.96 21.54 607 20Cr 520 2.96 15.79 579 20Cr 550 2.98 10.66 570 Bảng 3.24 Độ cứng mẫu sau thấm thời gian lưu phút 54 700 600 HV 500 400 C20 300 20Cr 200 100 500 510 520 530 540 o Nhiệt độ thấm, C 550 Hình 3.14 Độ cứng mẫu sau thấm thời gian lưu phút d Nhận xét Từ kết độ cứng cho thấy sau thấm thời gian lưu phút, phút phút, độ cứng mẫu thép 20Cr cao nhiều so với mẫu thép C20 Khi tăng nhiệt độ thấm từ 500 oC lên 520 oC, 550 oC, độ cứng mẫu thép C20 20Cr có xu hướng giảm Nguyên nhân tăng nhiệt độ thấm, lượng nitơ hấp thụ vào thép giảm; đồng thời nhiệt độ thấm tăng tạo điều kiện cho nitơ khuếch tán dễ dàng vào phía thép hơn, dẫn đến hàm lượng γ’ (Fe N) giảm, làm cho độ cứng giảm theo 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I Kết luận Qua kết thu sau thí nghiệm thấm nitơ cho thép C20 thép 20Cr chế độ khác (thời gian thấm giờ, áp suất 1,03 at, nhiệt độ 500, 520, 550 oC, thời gian lưu phút, phút phút), đề tài đưa số kết luận sau: Thời gian lưu có tác động ảnh hưởng chiều với hệ số truyền nitơ β N , cụ thể nhiệt độ thấm từ 500, 520 550 oC, tăng thời gian lưu từ phút lên phút, hệ số truyền nitơ β N tăng Nguyên nhân tăng thời gian lưu (giảm lượng khí thấm cấp vào), độ phân hủy NH tăng, dẫn đến hoạt độ nitơ môi trường thấm (a N ) giảm Trong hoạt độ nitơ thép thay đổi ít, làm cho hệ số truyền nitơ β N tăng Nhiệt độ thấm có tác động ảnh hưởng ngược chiều với hệ số truyền nitơ β N , cụ thể với thời gian lưu phút, phút phút, tăng nhiệt độ thấm từ 500 lên 550 C, hệ số truyền nitơ β N giảm Nguyên nhân tăng nhiệt độ thấm, cân o phản ứng phân hủy NH dịch chuyển theo chiều nghịch (vì phản ứng phân hủy NH phản ứng tỏa nhiệt), độ phân hủy NH giảm, dẫn đến hoạt độ nitơ môi trường thấm (a N ) tăng Trong hoạt độ nitơ thép thay đổi ít, làm cho hệ số truyền nitơ β N giảm Hàm lượng khoảng 1% nguyên tố hợp kim crôm thép 20Cr khơng có tác động đến hệ số truyền nitơ β N Hệ số truyền nitơ β N thép 20Cr ngang với hệ số truyền nitơ β N củathép C20 Nguyên nhân crơm có lực hóa học với nitơ mạnh sắt, khả hấp thụ nitơ vào bề mặt thép lớn hơn, yếu tố làm tăng hoạt độ nitơ thép hệ số truyền nitơ β N , crôm lại cản trở trình khuếch tán nitơ vào sâu thép, tức yếu tố làm giảm hoạt độ nitơ thép hệ số truyền nitơ β N Hai yếu tố có vai trị ảnh hưởng nhỏ, lại triệt tiêu lẫn nên hệ số truyền nitơ β N thép C20 20Cr 56 Tỷ phần lớp thấm nitơ thép phụ thuộc vào thời gian lưu, nhiệt độ thấm nguyên tố hợp kim Cr Cụ thể nhiệt độ thấm từ 500, 520 550 oC, tăng thời gian lưu từ phút lên phút, hàm lượng lớp trắng γ’ (Fe N) giảm, α tăng Nguyên nhân thời gian lưu tăng, độ phân hủy NH tăng tổng lượng NH cần thiết để phân hủy trực tiếp bề mặt thép tạo nguyên tử nitơ hoạt tính giảm, dẫn đến lượng nitơ hấp thụ vào thép giảm theo, làm cho hàm lượng γ’ giảm Tương tự, với thời gian lưu phút, phút phút, tăng nhiệt độ thấm từ 500 oC lên 550 oC, hàm lượng γ’ giảm, α tăng Nguyên nhân nhiệt độ thấm tăng, lượng nitơ nguyên tử hoạt tính giảm, dẫn đến lượng nitơ hấp thụ vào thép giảm theo; đồng thời nhiệt độ tăng làm cho nitơ khuếch tán dễ dàng vào phía trong, làm cho hàm lượng γ’ giảm Sự có mặt khoảng % nguyên tố hợp kim Cr thép 20Cr làm cho lớp thấm nitơ thép xuất pha cacbit (Fe,Cr)N với hàm lượng gần % Độ cứng lớp thấm nitơ thép phụ thuộc vào thời gian lưu, nhiệt độ thấm nguyên tố hợp kim Cr Cụ thể nhiệt độ thấm từ 500, 520 550 oC, tăng thời gian lưu từ phút lên phút, độ cứng mẫu thép có xu hướng giảm Nguyên nhân tăng thời gian lưu, lượng nitơ hấp thụ vào thép giảm, dẫn đến hàm lượng γ’ (Fe N) giảm, làm cho độ cứng giảm theo Tương tự, với thời gian lưu phút, phút phút, tăng nhiệt độ thấm từ 500 oC lên 550 oC, độ cứng mẫu thép C20 20Cr có xu hướng giảm Nguyên nhân tăng nhiệt độ thấm, lượng nitơ hấp thụ vào thép giảm; đồng thời nhiệt độ thấm tăng tạo điều kiện cho nitơ khuếch tán dễ dàng vào phía thép hơn, dẫn đến hàm lượng γ’ (Fe N) giảm, làm cho độ cứng giảm theo II Kiến nghị Do điều kiện thời gian hạn chế, đề tài khảo sát số yếu tố ảnh hưởng đến hệ số truyền nitơ từ mơi trường thấm thể khí đến bề mặt thép β N gồm thời gian lưu, nhiệt độ thấm nguyên tố hợp kim Cr hai đối 57 tượng thép C20 thép 20Cr, chế độ định: nhiệt độ thấm T = 500, 520 550 oC, thời gian lưu τ = phút, phút phút với áp suất p = 103 kPa, thời gian thấm t = Người thực đề tài mong Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Khoa học & Kỹ thuật Vật liệu, Bộ môn Vật liệu học Xử lý nhiệt & Bề mặt thầy cô quan tâm, giúp đỡ, tạo điều kiện để khảo sát ảnh hưởng sâu hơn, đồng thời mở rộng nghiên cứu thêm yếu tố ảnh hưởng khác đến hệ số truyền nitơ β N áp suất, ảnh hưởng nguyên tố hợp kim khác, xử lý bề mặt trước thấm …, để kết thu xác bao quát Xin chân thành cảm ơn! 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO A A Smưcôv (1973) Sách tra cứu nhiệt luyện, Nxb Khoa học Kỹ thuật André Paulo Tschiptschin (2002) Predicting Microstructure Development During High Temperature Nitriding of Martensitic Stainless Steels Using Thermodynamic Modeling, Science vol 299 32 ASM Handbook Committee (1991) Volume 4: Heat Treating Arzamaxov B.N (2001) Vật liệu học, Nxb Giáo dục David Pye (2003) Practical Nitriding and Ferritic Nitrocarburizing, ASM International Jerome Darbellay, Drs D.Embury and H Zurob (2006) Gas nitriding: An industrial perspective, MES 701 Seminar Department of Materials Science and Engineering McMaster University Lê Công Dưỡng (2000), Vật liệu học, NXB Khoa học Kỹ thuật Linde Gas Division, Furnace Atmospheres No Gas Nitriding and Nitrocarburising Nguyễn Thị Minh Phượng, Tạ Văn Thất (2000), Công nghệ nhiệt luyện, NXB Giáo dục 10 Nguyễn Văn Tư (1999) Xử lý bề mặt, NXB Khoa học kỹ thuật 11 Nguyễn Văn Tư (2012) Các công nghệ hóa nhiệt luyện CVD 12 S S Akhtar & A F M Arif & Bekir Sami Yilbas (2009) Evaluation of gas nitriding process with in-process variation of nitriding potential for AISI H13 tool steel 13 USSR State Standard (1988) Sized bars made of high-quality structural carbon steel with a special surface finish General technical specifications 14 USSR State Standard (1971)Structural alloy steel bars Specifications 59 PHỤ LỤC A Phụ lục 1: Sử dụng phần mềm Thermo-Calc tính hoạt độ nitơ thép dự đoán tỉ phần pha SYS: gotodatabase (Khởi động sở liệu) TDB_PKP: switch-database user (Mở cở sở liệu USER) (Chọn sở liệu TCFE ) TDB_USER: Define-system C Fe Cr N (Định nghĩa nguyên tố ) TDB_USER: Get (Kích hoạt cở sở liệu TCFE) TDB_USER: Goto Poly-3 (Chuyển tới modul tính tốn Poly-3) POLY_3: Set-condition t=*** p=1.03e5 w(c)=*** w(cr) =*** w(n)=*** n=1 (Nhập điều kiện nhiệt độ thấm [K], áp suất tổng mơi trường lị p [Pa], thành phần nguyên tố thép) POLY_3: List-Conditions (Kiểm tra lại điều kiện cân bậc tự tính tốn tiếp) POLY_3: Compute-Equilibrium (Tính tốn cân bằng) POLY_3: Show-value ac(n) (Tính hoạt độ nitơ thép nhiệt độ thấm) POLY_3: List-Equilibrium ( Xem thành phần pha) 60 B Phụ lục 2: Phương pháp sử dụng Hệ thống đo độ phân hủy NH Sơ đồ hệ thống đo độ phân hủy NH Bình làm lạnh để đưa khí điều kiện tiêu chuẩn Cột nước điều chỉnh thước đo độ phân hủy Van xả khí Van ngả dẫn khí từ lị vào để phân tích dẫn sang phận lọc khí Ống thơng để xục khí cần phân tích Bình tạo áp để hút đẩy khí hệ thống đo Chuẩn bị dụng cụ đo - Cho nước vào bình (5), khoảng mực nước bình - Cho nước vào bình (6), khoảng 3/4 bình - Cho đường nước tuần hoàn qua ống (1) để làm nguội khí ĐKTC - Nối ống lấy khí từ lị 61 Quy trình đo Bước 1: Đuổi hết khí khỏi hệ thống đo - Mở van (3), đóng van (4), nhấc bình (6) cho cột nước ống (2) vị trí cao nhất, sau đóng van (3), nối thông van (4) sang ống (b) hạ bình (6) xuống Như cột nước ống thơng nâng lên hết bình thơng bên trái, khơng khí bị đuổi hết bình đo bên trái - Đóng van (3), nối thơng van (4) sang ống (a) nhấc bình (6) lên để cột nước nâng lên vị trí (I) Như khơng khí bị đuổi hết ống (2) - Đóng van (4) Như hệ thống ống đo hồn tồn kín Bước 2: Mở van (4) để lấy khí từ đường (a) sang đường (c), đồng thời hạ bình (6) xuống ngang vị trí (II) để lấy khí từ lị vào Khi khí vào tới vị trí (II) khóa van (4) lại Bước 3: Mở van (4) để khí từ đường (c) sang đường (b), đồng thời nâng bình (6) lên cao (cao van số (4)) để lấy khí sang bình (5) Lặp lại thao tác nâng hạ bình (6) đến thể tích khí khơng đổi Bước 4: Hạ bình (6) xuống cho khí hết ống (2), khóa van (4) điều chỉnh để mực nước bình (6) ống (2) ngang Đọc kết độ phân hủy 62 ... thể lỏng Trong khuôn khổ đề tài này, tác giả tập trung nghiên cứu sâu công nghệ thấm nitơ thể khí để nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hệ số truyền nitơ từ mơi trường thấm nitơ thể khí đến bề mặt. .. - Nghiên cứu ảnh hưởng thời gian lưu đến hệ số truyền β N - Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ thấm đến hệ số truyền β N - Nghiên cứu ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến hệ số truyền β N II Địa điểm nghiên. .. Bảng 2.4 Các chế độ thấm nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ thấm Nghiên cứu ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến hệ số truyền nitơ β N : nghiên cứu ảnh hưởng nguyên tố hợp kim Cr đến hệ số truyền nitơ β