Chương 4: Nhiệt luyện thép.

cu u du o ng th an co ng c om Chương Nhiệt luyện thép CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chương 4: Nhiệt luyện thép cu u du o ng th an co ng c om 4.1 Khái niệm nhiệt luyện thép 4.2 Các chuyển biến nung nóng & làm nguội thép 4.2.1 Chuyển biến nung nóng – Sự tạo thành Austenit 4.2.2 Chuyển biến giữ nhiệt 4.2.3 Chuyển biến làm nguội chậm 4.2.4 Chuyển biến làm nguội nhanh (tôi) – Chuyển biến Mactenxit 4.2.5 Chuyển biến nung nóng thép sau tơi (ram) 4.3 Các công nghệ nhiệt luyện 4.3.1 Ủ thép 4.3.2 Thường hóa 4.3.3 Tơi thép 4.3.4 Ram thép 4.4 Hóa bền bề mặt 4.4.1 Tôi bề mặt 4.4.2 Thấm C 4.4.3 Thấm N 4.4.4 Thấm C-N 4.5 Các khuyết tật xảy nhiệt luyện thép CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om Nội dung ng 4.1 Khái niệm nhiệt luyện thép an co 4.2 Các chuyển biến nung nóng & làm nguội thép ng th 4.3 Các công nghệ nhiệt luyện du o 4.4 Hóa bền bề mặt cu u 4.5 Các khuyết tật xảy nhiệt luyện thép CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.1 Khái niệm nhiệt luyện thép c om co ng Giữ nhiệt ng th an - Chi tiết trạng thái rắn; - Hình dạng, kích thước chi tiết thay đổi khơng đáng kể (trừ nhiệt luyện); Nhiệt độ (toC) Nhiệt luyện: công nghệ nung nóng KL, HK đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt làm nguội với tốc độ thích hợp để thay đổi tổ chức → biển đổi tính chất theo yêu cầu du o Các tiêu đánh giá kết quả: Thời gian () cu u - Tổ chức tế vi (cấu tạo pha, kích thước hạt, chiều sâu lớp hoá bền…); - Độ cứng → độ bền, dẻo, dai; - Độ cong, vênh, biến dạng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Phân loại nhiệt luyện thép: c om Nhiệt luyện: dùng tác động nhiệt làm biến đổi tổ chức tính chất, gồm phương pháp (ủ, thường hóa, tơi (tơi thể tích, tơi bề mặt), ram); co ng Hố - Nhiệt luyện: Kết hợp thấm nguyên tố làm thay đổi thành phần hóa học bề mặt & nhiệt luyện → biến đổi tính chất mạnh (Thấm C, N, C-N, Al, B,…); cu u du o ng th an Cơ - Nhiệt luyện: Kết hợp biến dạng dẻo trạng thái γ nhiệt luyện tạo tổ chức nhỏ mịn, tính tổng hợp cao CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ý nghĩa Nhiệt luyện sản xuất khí c om - Tăng độ cứng, tính chống mài mòn độ bền thép: phát huy triệt để tiềm tính vật liệu → Tăng tuổi thọ, giảm kích thước, khối lượng kết cấu, tăng sức chịu tải máy an Nhiệt độ (toC) co ng - Cải thiện tính cơng nghệ: nhiệt luyện sơ tạo tính phù hợp với điều kiện gia cơng ng th Các yếu tố đặc trưng: cu u du o - Nhiệt độ nung nóng Tn; - Thời gian giữ nhiệt gn; - Tốc độ nguội, Vng Giữ nhiệt Thời gian () CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.1 Khái niệm nhiệt luyện thép c om Nội dung 4.2 Các chuyển biến nung nóng & làm nguội thép an 4.2.2 Chuyển biến giữ nhiệt co ng 4.2.1 Chuyển biến nung nóng – Sự tạo thành Austenit th 4.2.3 Chuyển biến làm nguội chậm ng 4.2.4 Chuyển biến làm nguội nhanh (tôi) – Chuyển biến Mactenxit du o 4.2.5 Chuyển biến nung nóng thép sau tơi (ram) cu u 4.3 Các công nghệ nhiệt luyện 4.4 Hóa bền bề mặt 4.5 Các khuyết tật xảy nhiệt luyện thép CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.2.1 Chuyển biến nung nóng - tạo thành Austenit Thép TCT: (α +  )  hoàn toàn qua Ac3 ng Thép CT: Nung qua Ac1 co  hoàn toàn Thép SCT: qua Ac1 Nung th ( + XeII) qua Ac3  hoàn toàn ng Nung du o (P + XeII) an 100% P P[+Fe3C] qua Ac1 Nung c om (α + P) Nung cu u • T < Ac1 : khơng có chuyển biến; • T = Ac1: chuyển biến P  : [Fe(C) + Fe3C]0,8%C  Fe(C)0,8%C • Trên GSE: tổ chức pha  P   :Là chuyển biến quan trọng nhiệt luyện thép CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 100% P(88%α [C]=0,2 + 12%Fe3C[C]= 6,67) → 100% γ[C] = 0,8 Cơ chế chuyển biến P  Austenit: c om Tạo mầm Phát triển mầm trình kết tinh - Mầm sinh biên giới α/Fe3C th an co - Mỗi mầm phát triển thành hạt ng Sự khuếch tán C: từ nơi giàu C (Fe3C) đến nơi C (Ferit) du o ng XeP cu u αP As Hạt P ban đầu As hình thành Chuyển biến P  Austenit làm nhỏ hạt thép CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nhiệt độ chuyển biến Đặc điểm chuyển biến P  : Kích thước hạt Austenit c om ng Bắt đầu chuyển biến P   V2 V1 an co Kết thúc chuyển biến P   th Nhiệt độ (0C) Nhiệt độ chuyển biến: phụ thuộc vào tốc độ nung du o ng 727 Thời gian (phút) cu u Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt P   nung ↑Vnung → ↑T chuyển biến; ↑Tnung → ↓ τ chuyển biến; Tnung > Ac1 (20-300C) 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Vòng cảm ứng: Bộ phận tạo dòng cảm ứng bề mặt chi tiết Vật liệu đồng, rỗng c om Hình dạng phù hợp với biên dạng ngồi chi tiết ng Khoảng cách với chi tiết: 1,5 – mm (giảm tổn hao) co Đặc điểm thép cảm ứng an Thép cảm ứng: %C = 0,35 – 0,55 ng th Thép C thép có thành phần NTHK thấp (độ thấm thấp) du o Trước tơi bề mặt: Nhiệt luyện hóa tốt cu u Ttơi (cảm ứng) = Ttơi (thể tích) + 100-150oC HRC (tơi cảm ứng) = HRC (tơi thể tích) + 3-5 HRC 50 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tổ chức tính thép sau bề mặt c om - Lõi: tổ chức xoocbit ram (nhiệt luyện hóa tốt); Tổ chức: - Bề mặt: Mactenxit hình kim nhỏ mịn (tơi+ram thấp); th u du o ng Ưu điểm: - Năng suất cao; - Chất lượng tốt; - Dễ khí hố, tự động hố; an co ng - Bề mặt có độ cứng cao chịu mài mịn tốt, Cơ tính: - Bề mặt có khả chống mỏi tốt; - Lõi có độ dai va đập, giới hạn chảy cao; cu Nhược điểm: - Khó thực với chi tiết hình dáng phức tạp 51 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.4.2 Hóa nhiệt luyện cu u du o Phân loại: Thấm C Thấm N Thấm C-N Thấm kim loại Lớp thấm ng th an co - Nâng cao độ cứng, tính chống mài mịn độ bền mỏi cho chi tiết; - Nâng cao tính chống ăn mịn cho vật liệu; ng Mục đích: c om Đ/n: Làm bão hồ ngun tố hố học (C,N,…) vào bề mặt thép nhờ khuyếch tán trạng thái ngun tử từ mơi trường bên ngồi nhiệt độ cao Giai đoạn phân hoá Các giai đoạn: Giai đoạn hấp phụ Giai đoạn khuyếch tán CuuDuongThanCong.com Lớp 100 μm Lớp thấm N lên thép làm khuôn dập nguội SKD11 https://fb.com/tailieudientucntt 52 Các yếu tố ảnh hưởng: c om - Nhiệt độ; co ng - Thời gian; D = D0.e-(Q/kT) Chiều dày lớp thấm x th ng du o u cu Hệ số khuếch tán D an Ảnh hưởng nhiệt độ Ảnh hưởng thời gian T = const x = k.1/2 Thời gian () Nhiệt độ (T) Tăng chiều dày lớp thấm? CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 53 a Thấm Cacbon Bão hoà C lên bề mặt thép C thấp (0,1-0,25%C) sau tơi ram thấp - Bề mặt có độ cứng cao (HRC ~ 60-64) chống mài mòn, chịu mỏi tốt; - Lõi đảm bảo độ dẻo dai (HRC ~ 30-40); Phân loại: - Thấm thể khí - Thấm thể rắn -Thấm thể lỏng cu u du o ng th an co ng c om Mục đích: Độ cứng HRC CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 54 Yêu cầu lớp thấm: - Lõi: tổ chức hạt nhỏ, thành phần C thép ban đầu nên đảm bảo độ dai c om - Bề mặt: 0,8-1,0%C, tổ chức sau nhiệt luyện M ram cacbit nhỏ mịn phân tán ng Tổ chức tế vi thép sau thấm C Trạng thái sau + ram Lớp thấm th ng du o u cu Lớp an co Trạng thái sau ủ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 55 Nhiệt độ thấm: c om Tthấm > Ac3 để đảm bảo hoà tan nhiều C vào thép (900-9500C): - Thép chất hạt nhỏ: 930-9500C - Thép chất hạt lớn: 900-9200C th an Chiều dày lớp thấm x = (0,10-0,15)d = (0,5 -1,8mm) co ng Thời gian thấm: %C P + XeII P K/c từ bề mặt cu u du o ng Tốc độ thấm (công nghệ & nhiệt độ) P+F Tổ chức ban đầu x = (0,2-0,3)m CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 56 Chất thấm Thể rắn: 80-95% than gỗ + Thể khí: CO (95-97%); CnH2n+2 (khí đốt thiên thiên, CH4) Na2CO3/BaCO3 (xúc tác) Phản ứng: 2C + O2 → 2CO ( thiếu Oxy) 2CO → CO2 + Cngtử Cng.tử + Fe(C)  Fe(C)0,81,0 c om Phản ứng: 2CnH2n+2  (n+1)H2 + nCng.tử co ng 2CO  CO2 + Cng.tử an Cng.tử + Fe(C)  Fe(C)0,81,0 th Đặc điểm: ng Thời gian thấm ngắn du o Điều chỉnh để lượng C bề mặt 0,8-1% → chất lượng lớp thấm tốt u Dễ khí hóa-tự động hóa cu Áp dụng cho sản xuất hàng loạt Thể lỏng: (muối nóng chảy) dùng CuuDuongThanCong.com Tác dụng xúc tác: BaCO3 → BaO + CO2 CO2 + Cthan → 2CO 2CO → CO2+Cngtu Ưu điểm: Thiết bị đơn giản; Chất thấm dễ tìm Thao tác dễ dàng, thích hợp cho sở sản xuất Áp dụng cho sản xuất đơn lẻ Nhược điểm: Thời gian dài, bụi, khó khí-tự động hóa Chất lượng khơng cao (hạt lớn, lớp thấm khơng đồng đều; Khó điều chỉnh nồng độ C, thường đạt tới giới hạn bão hòa 1,2-1,3% → XeII → giòn) https://fb.com/tailieudientucntt 57 Nhiệt luyện sau thấm: Tôi trực tiếp: Nhiệt độ chọn theo ưu tiên cho bề mặt hay lõi co ng Thấm C c om Tôi + ram thấp: bắt buộc Ram th an Tôi u cu Tôi Thấm C Lần %C P + XeII P K/c từ bề mặt du o ng Tôi hai lần: Lần cho lõi T>Ac3 Lần cho bề mặt T>A1 Lần P+F Tổ chức ban đầu Ram 58 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ưu điểm thấm C so với cảm ứng c om - Thấm cacbon cho tính cơng dụng tơi bề mặt song mức độ cao → bảo đảm tính chống mài mòn & chịu tải tốt ng - Cũng tạo nên lớp ứng suất nén dư, làm tăng giới hạn mỏi co - Áp dụng cho chi tiết làm việc điều kiện nặng cu u du o ng th an - Áp dụng cho chi tiết hình dạng phức tạp, cho lớp thấm 59 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt b Thấm N ng th Nhiệt độ thấm: 480-6500C an co ng 2NH3  3H2 + 2Nng.tử Nng.tử + Fe  Fe(N) Nng.tử + Fe  ()Fe2-3N,(’)Fe4N c om Bão hoà N lên bề mặt thép → nâng cao độ cứng (65-70HRC) tính chống mài mịn, chịu mỏi cho chi tiết Chất thấm trình xảy ra: thường sử dụng khí NH3 cu u du o Tổ chức lớp thấm thấm: từ vào: ε,(ε + γ’), γ’, (γ’ + α), lõi thép (xoocbit ram); 60 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt b Thấm N - Thời gian thấm lâu; - Chỉ đạt lớp thấm mỏng (0,05-0,5mm); c om Đặc điểm: an co ng - Sau thấm không mà nguội chậm đến 2000C; - Lớp thấm giữ độ cứng cao đến 500 0C; - Thép chuyên dùng thấm N (Cr,Mo, Al) ng th Công dụng: chi tiết cần độ cứng tính cu u du o chịu mài mòn cao, làm việc nhiệt độ cao 61 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om Nội dung ng 4.1 Khái niệm nhiệt luyện thép an co 4.2 Các chuyển biến nung nóng & làm nguội thép ng th 4.3 Các công nghệ nhiệt luyện du o 4.4 Hóa bền bề mặt cu u 4.5 Các khuyết tật xảy nhiệt luyện thép 62 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 4.5 Các khuyết tật xảy nhiệt luyện thép Biến dạng nứt c om Nguyên nhân: ứng suất bên nguội Ngăn ngừa: - nung nóng làm nguội với tốc độ hợp lý co ng - làm nguội theo quy tắc: nhúng thẳng đứng, ……………phần dày trước… an - Tôi phân cấp, vật mỏng khuôn ép cu u du o ng th Khắc phục: biến dạng vừa phải nắn, ép nóng nguội 63 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Oxy hố C: Ngun nhân: Mơi trường nung có chứa chất oxy hóa Fe C c om Ngăn ngừa: - Cho chi tiết vào hộp than hoa - Dùng khí bảo vệ, khí trung tính: CO2/CO, H2O/H2, H2/CH4, N2, Ar2… th an Độ cứng không đạt: co Khắc phục: thấm lại C cho chi tiết ng - Nung môi trường chân khơng 10-2  10-4 mmHg u cu Tính giịn cao: du o ng - Độ cứng cao: ủ thường hóa thép HK tốc độ nguội lớn; - Độ cứng thấp: thiếu nhiệt, giữ nhiệt ngắn, nguội chậm, C Chi tiết sau tơi q giịn, khơng thể làm việc (do nung nhiệt) → đem thường hóa nhiệt luyện lại 64 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt