CHƯƠNG 4. NHIỆT LUYỆN – HÓA NHIỆT LUYỆN 105 4.1. Nhiệt luyện thép 106 4.2. Nhiệt luyện gang 152 4.3. Hóa bền bề mặt thép 154 CHƯƠNG 4 NHIỆT LUYỆN – HÓA NHIỆT LUYỆN 105 4 1 Nhiệt luyện thép 106 4 2 Nhiệt luyện gang 152 4 3 Hóa bền bề mặt thép 154 CHƯƠNG 4 NHIỆT LUYỆN – HÓA NHIỆT LUYỆN Nhiệt luyện thép chiếm địa vị chủ yếu tr.
CHƯƠNG NHIỆT LUYỆN – HÓA NHIỆT LUYỆN 4.1 Nhiệt luyện thép 4.2 Nhiệt luyện gang 4.3 Hóa bền bề mặt thép CHƯƠNG NHIỆT LUYỆN – HÓA NHIỆT LUYỆN Nhiệt luyện thép chiếm địa vị chủ yếu nhiệt luyện nói chung khâu quan trọng, khơng thể thiếu chế tạo khí, thép vật liệu thơng dụng sử dụng chủ yếu quan trọng số kim loại đồng thời áp dụng nhiều phương pháp nhiệt luyện khác để cải biến tính tính cơng nghệ nung nóng làm nguội tiếp theo, q trình nhiệt luyện nhiệt luyện nhiều * Tác dụng nhiệt luyện điểm sau: - Làm tăng độ bền, độ cứng, tính chống mài mòn chi tiết thép (gang), kéo dài tuổi thọ, tăng sức chịu tải, giảm kích thước cho chi tiết kết cấu máy mà bảo đảm yêu cầu độ dẻo độ dai Do làm cho chi tiết chịu tải trọng lớn làm nhỏ, gọn hơn, sử dụng bền, lâu hỏng Trong thực tế sản xuất khí thấy rõ tác dụng Nhiều loại thép sau nhiệt luyện cách + ram độ bền, độ cứng tăng lên - lần (tuy độ dẻo dai có giảm) có lợi việc hoá bền chi tiết này, chi tiết máy chịu ma sát bánh răng, trục Nếu khơng hố bền nhiệt luyện chóng mịn, hỏng (thời hạn làm việc giảm từ hàng chục đến hàng trăm lần) Đối với dao cắt, khuôn rập tác dụng nhiệt luyện lại có ý nghĩa định Các sản phẩm không qua tơi ram khơng thể làm việc Một yếu tố quan trọng định chất lượng sản phẩm khí trình độ nhiệt luyện - Cải thiện tính cơng nghệ Ngồi tác dụng hố bền kể trên, nhiệt luyện cịn có khả cải thiện tính cơng nghệ Khi thành hình sản phẩm khơng thể khơng ý đến tính thích ứng thép phương pháp gia công khác nhau: đúc, rèn hàn, cắt, gọt Cải thiện tính cơng nghệ làm q trình gia cơng chế tạo thuận lợi tiến hành với suất cao hơn, góp phần nâng cao suất lao động Trong chế tạo khí thường gặp tượng sau rèn, thép bị biến cứng phần khó (có trường hợp khơng thể cắt gọt, trường hợp phải tiến hành nhiệt luyện phương pháp thích hợp (ủ) độ cứng giảm đi, cắt gọt trở nên dễ dàng Đối với thép cacbon thấp, độ cứng trạng thái ủ thấp khó cắt gọt phải tiến hành thường hoá tăng thêm độ cứng để đảm bảo cắt gọt dễ Áp dụng phương pháp nhiệt luyện thích hợp khâu gia cơng khí biện pháp nâng cao suất lao động ngành khí (nhờ nâng cao tốc độ cắt gọt, khả rập sâu ) Do tác dụng quan trọng nên hầu hết chi tiết quan trọng máy qua nhiệt luyện Ví dụ chi tiết qua nhiệt luyện ô tô - máy kéo chiếm (70 - 80)% máy công cụ (60 - 70)%, tất dụng cụ phải nhiệt luyện 4.1 Nhiệt luyện thép 4.1.1 Khái niệm nhiệt luyện: 4.1.1.1.Định nghĩa: Nhiệt luyện phương pháp gia công kim loại cách nung nóng kim loại hợp kim tới nhiệt độ xác định, giữ nhiệt thời gian thích hợp sau làm nguội với tốc độ nguội xác định để thu sản phẩm có tổ chức tính theo yêu cầu 0C Nhiệt độ nung tgϕ = dT = Tốc độ nguội dτ (thời gian) Thời gian giữ nhiệt Hình 4.1 Đồ thị cơng nghệ tổng quát nhiệt luyện Đặc điểm nhiệt luyện : - Nhiệt luyện phương pháp gia công không làm thay đổi hình dáng, kích thước sản phẩm mà thay đổi tổ chức kim loại dẫn đến thay đổi tính sản phẩm - Mối quan hệ yếu tố công nghệ tính sản phẩm mối quan hệ nhân - Khơng nung nóng đến chảy lỏng hay chảy lỏng phận, trình nhiệt luyện kim loại trạng thái rắn - Được sử dụng giai đoạn tạo phôi giai đoạn gia công kết thúc Phạm vi áp dụng: tất nhà máy khí, khoảng 90% chi tiết phải qua nhiệt luyện 1.1.2 Phân loại nhiệt luyện: Người ta phân phương pháp nhiệt luyện chủ yếu thép làm hai nhóm lớn: Nhiệt luyện sơ nhiệt luyện kết thúc - Nhiệt luyện sơ Phương pháp nhiệt luyện tiến hành trước gia cơng khí, chi tiết bán thành phẩm Thuộc nhóm có ủ thường hóa - Nhiệt luyện kết thúc : phương pháp nhiệt luyện thực sau gia cơng khí, chi tiết thành phẩm Sau nhiệt luyện xong khơng cịn gia cơng khí Thuộc nhóm có Tơi ram Đối với thép bon thấp ủ thường hóa nhiệt luyện kết thúc 4.1.1.3 Các thơng số q trình nhiệt luyện Bất kỳ trình nhiệt luyện đặc trưng b ao gồm ba thông số sau: - Nhiệt độ nung (t no) : nhiệt độ lớn mà trình nhiệt luyện phải đạt tới giữ khoảng thời gian xác định Vai trị: định hình thành tổ chức kim loại ban đầu định chất lượng cấu trúc tổ chức sau nhiệt luyện - Thời gian giữ nhiệt ( τgn): khoảng thời gian giữ sản phẩm nhiệt độ nung nóng Vai trị: định đồng hố mặt tổ chức tồn thể tích sản phẩm nhiệt độ cao, qua đạt đồng tính sản phẩm Thời gian giữ nhiệt phụ thuộc vào khối lượng, kích thước chất vật liệu sản phẩm - Tốc độ nguội (V nguội): tốc độ giảm nhiệt độ sản phẩm sau giữ nhiệt Vai trò: định hình thành tổ chức khác sản phẩm sau nhiệt luyện tạo tổ chức hạt phù hợp Tốc độ nguội phụ thuộc vào mục đích nhiệt luyện chất vật liệu sản phẩm Ngồi ba thơng số tốc độ nung nóng có ảnh hưởng đến kết nhiệt luyện khơng đáng kể nên ta bỏ qua Kết trình nhiệt luyện đánh giá tiêu sau: + Độ cứng: yêu cầu quan trọng dễ dàng xác định được, liên quan đến tiêu khác độ bền, độ dẻo, độ dai Chi tiết nhiệt luyện có yêu cầu đạt giá trị định độ cứng phải kiểm tra theo tỷ lệ quy định + Tổ chức tế vi: Cấu tạo pha, kích thước hạt, chiều sâu lớp hóa bền Chỉ tiêu thường kiểm tra theo mẻ nhiệt luyện + Độ biến dạng, cong vênh: nói chung độ biến dạng, cong vênh nhiệt luyện thường nhỏ nằm giới hạn cho phép Tuy nhiên số trường hợp yêu cầu khắt khe, cần phải kiểm tra chúng 4.1.1.4 Sơ lược nhiệt luyện thép: Trong thực tế có phương pháp nhiệt luyện chủ yếu sau Ủ: phương pháp nung nóng đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt làm nguội chậm để nhận tổ chức gần với trạng thái cân có độ cứng, độ bền thấp nhất, độ dẻo cao Thường hóa: phương pháp nung nóng đến tổ chức hoàn toàn austenit, giữ nhiệt làm nguội ngồi khơng khí tĩnh để nhận tổ chức gần với trạng thái cân Tôi: phương pháp nung nóng đến cao nhiệt độ tới hạn, làm xuất tổ chức austenit giữ nhiệt làm nguội nhanh để nhận tổ chức khơng cần có độ cứng cao Ram: phương pháp nung nóng thép đến thấp nhiệt độ tới hạn, giữ nhiệt làm nguội để diều chỉnh tiêu tính (độ bền, độ cứng ) đạt yêu cầu làm việc Hóa nhiệt luyện: Là phương pháp bão hòa vào bề mặt chi tiết nguyên tố cho nhiệt độ xác định để làm biến đổi thành phần hóa học, tổ chức tính Cơ nhiệt luyện: Là phương pháp kết hợp q trình hóa bền nhiệt luyện biến dạng dẻo đồng thời ngun cơng Do nhận hóa bề mạnh nhiều nhiệt luyện đơn 4.1.2 Các chuyển biến xảy nung nóng thép 4.1.2.1 Đặc điểm chuyển biến pha thể rắn Mơ hình: có xuất pha lòng pha ban đầu (pha mẹ) thay đổi thể tích vật thể coi không đáng kể nên coi q trình đẳng tích Sự thay đổi lượng tự hệ xuất pha mới: ÄF = - ÄFv + ÄFBM + ÄFđh Trong đó: ÄF: Thay đổi lượng tự đẳng tích ÄFv: Năng lượng tiêu tốn để tạo thể tích pha ÄFBM: Năng lượng bề mặt pha tạo ÄFđh: Năng lượng đàn hồi chèn ép hai pha rắn Sự thay đổi lượng tự lớn dẫn đến trình chuyển biến xảy chậm so với trình kết tinh, đòi hỏi độ nung ∆T lớn Như vậy, nghiên cứu tạo mầm lớn lên mầm pha tương tự trình kết tinh thu hai đại lượng: - Tốc độ tạo mầm N (T-1) - Tốc độ phát triển mầm v (LT-1, L2T-1, L3T-1) N, v N v Biểu diễn nung v N ÄT Hình 4.2 Ảnh hưởng AT tới N v Trên đồ thị ta thấy tồn đoạn giảm N v theo ÄT, điều giải thích nhờ tương tác hai qúa trình toả lượng khuếch tán quy luật làm nguội Khi nung phụ thuộc N v vào độ nhiệt ÄT không tồn đoạn giảm N v Do ÄT tăng ÄF v tăng hệ số khuếch tán Do tăng dẫn đến N v tăng Công thức xác định lượng pha hình thành (phương trình Jhonson Mehl) V* π = − exp − Nv3 τ V (4.1) Trong đó: V*: Thể tích pha tạo thành V: Thể tích ban đầu N: Tốc độ tạo mầm v: Tốc độ phát triển mầm τ: Thời gian chuyển biến 4.1.2.2 Sự tạo thành Austenit nung Theo lý thuyết 7270C xảy phản ứng: Nung 7270C Austenit (γ) Peclit (P) Nung 7270C Ferit (α) + Xementit (Xe) Austenit (γ) Vấn đề cần nghiên cứu: 6,67%C 0.02% - Mầm Austenit tạo đâu ? - Quá trình phát triển Austenit chiếm hết pha trước (α hay Xe) ? - Xây dựng đường cong động học chuyển biến ? a Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp lý thuyết: dựa vào phương trình Jhonson – Mehl – Aravi cách cho giá trị N, v tương ứng với ∆T khác Lập dải τ từ τ1 đến τn (n → ∞), từ vẽ đường cong chuyển biến Song thực tế, qúa trình nung thép nhiệt luyện đa dạng, ta phải thực khối lượng tính tốn nhiều nên sử dụng phương pháp trở nên phức tạp không thực tế Thông thường để xây dựng đường cong động học chuyển biến, người ta thường dùng phương pháp thực nghiệm - Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành chuẩn bị hàng loạt mẫu có kích thước, tổ chức ban đầu hoàn toàn thành phần bon 0,8% Khi tổ chức ban đầu mẫu 100% Peclit Nung mẫu lị muối lị có cảm ứng để đảm bảo nung thật nhanh lên nhiệt độ Ac1 Giữ đẳng nhiệt nhiệt độ xác định (> Ac 1) với khoảng thời gian khác Sau làm nguội đo lượng chuyển biến Với mơ trên, kết thực nghiệm cho đường cong chuyển biến Peclit thành Austenit nung có dạng sau: 0C % Au Ac1 C O O D 100 a, B A b, Hình 4.3 Mơ hình nung mẫu (a) đường cong thực nghiệm (b) Trên đường cong động học thấy có bốn giai đoạn sau: Đoạn OA: giai đoạn phôi thai, độ dài giai đoạn phụ thuộc vào nhiệt độ nung (hay độ nung ÄT), nhiệt độ thực chuyển biến cao (ÄT lớn) thời gian phôi thai nhỏ ngược lại Đây giai đoạn khuếch tán tạo vùng có %C tương đương %C Austenit (0,8%C) gọi giai đoạn tạo ba động thành phần Đoạn AB: tốc độ chuyển biến tăng dần tăng trình tạo mầm ranh giới hạt pha Đoạn BC: giai đoạn tốc độ chuyển biến gần không đổi hầu hết dạng khuyết tật tham gia vào qúa trình tạo mầm pha Đoạn CD: giai đoạn tốc độ chuyển biến giảm dần tiến tới không, lúc lượng pha tăng lên, pha cũ giảm dần dẫn đến giảm tốc độ chuyển biến pha cũ hết tốc độ khơng Với việc thực qúa trình chuyển biến hàng loạt nhiệt độ khác nhau, ta có họ đường cong động học chuyển biến Peclit thành Austenit nung Trong thực tế, vấn đề cần xác định thời điểm bắt đầu kết thúc chuyển biến Peclit thành Austenit thời gian cần thiết để thực chuyển biến hoàn toàn nhiệt độ khác Chính để thuận tiện cho việc sử dụng ta biến đổi đường cong thực nghiệm thành dạng khác theo hệ toạ độ nhiệt độ - thời gian Việc biến đổi thực cách kẻ đường đẳng mức (% Austenit chuyển biến) sang hệ toạ độ nhiệt độ - thời gian, để đơn giản ta cần hai điểm bắt đầu kết thúc chuyển biến Nối điểm bắt đầu kết thúc chuyển biến nhiệt độ tương ứng ta hai đường bắt đầu kết thúc chuyển biến Peclit thành Austenit %A T1 T2 T3 T4 0C T5 v2 Austenit T2 T1 nung Ac1 0C T1 T2 P A T3 T4 P nung T5 Ac1 P A v1 Peclit b, T2 > T1 Austenit v2 > v1 2 9100C (điểm G giản đồ Fe Fe3C) điểm a b trùng Austenit trực tiếp hình thành từ Ferit theo chế trượt mạng Khi Austenit phát triển, tốc độ phát triển hai phía Ferit Xementit tính theo cơng thức sau: vγ →α D cγ = v1 = − K ∆C γ / α v γ → Fe3C = v = − K (4.2) γ c D ∆C γ / Fe3C (4.3) Trong đó: K: Hệ số phụ thuộc vào điều kiện chuyển biến Dcγ: Hệ số khuếch tán bon Austenit ÄCγ / α: Độ chênh nồng độ γ α thời điểm tính ÄCγ / Fe3C: Độ chênh nồng độ γ Fe3C thời điểm tính Rõ ràng ta thấy ÄCγ / Fe3C lớn so với ÄCγ / α v1 lớn v2 nhiều, Austenit phát triển tiến phía Ferit mạnh phía Xementit, Ferit hết trước Xementit qúa trình phát triển Austenit Các kết nghiên cứu thực nghiệm chứng minh đắn hoàn toàn kết luận Tóm lại, ta khái quát giai đoạn chuyển biến Peclit thành Austenit nung sau: Giai đoạn 1: Peclit → Austenit bao gồm tạo mầm, mầm lớn lên kết thúc hết Ferit Giai đoạn 2: Xementit lại tiếp tục hoà tan vào Austenit, kết thúc Xementit hết tạo pha Austenit chưa đồng nồng độ bon Giai đoạn 3: Đồng hoá thành phần bon nhờ qúa trình khuếch tán %C 6,67 chưa đồng 0,8 0,02 Xe (Fe3C) Fe3C Fe3C đồng Hình 4.6 Sơ đồ giai đoạn hình thành Austenit Chuyển biến xảy nung với thép trước sau tích: Các loại thép sử dụng kỹ thuật khơng có thép tích (0,8% C) mà cịn có loại thép trước sau tích, đường cong động học cần thêm q trình hồ tan Ferit (thép trước tích) Xementit (với thép sau tích) vào Austenit Do đường cong động học có thêm đường bắt đầu kết thúc q trình hồ tan pha thứ hai 0C ATM 0C ATM AC3 AC1 Peclit + Ferit ACm AC1 a, Peclit + Xementit II b, Hình 4.7 Đường cong động học chuyển biến nung thép trước tích (hình a)và sau tích (hình b); ATM: nhiệt độ xảy trượt mạng (3): Đường bắt đầu hoà tan Ferit Xementit vào Austenit (4): Đường kết thúc hoà tan Ferit Xementit vào Austenit d Độ hạt Austenit - Ý nghĩa: hạt γ độ hạt trung gian nhiệt luyện gián tiếp định độ hạt tổ chức kim loại sau nhiệt luyện - Yêu cầu: thép nung không tạo Austenit hạt lớn - Phân loại độ hạt: Hạt ban đầu: Là hạt tạo thành nung Hạt ban đầu phụ thuộc chủ yếu tổ chức ban đầu trước nung độ nung ÄT Tổ chức ban đầu nhỏ mịn, hạt ban đầu nhỏ, độ nung ÄT lớn, hạt ban đầu nhỏ Ý nghĩa hạt ban đầu chỗ sở để thu tổ chức hạt nhỏ tiến hành nhiệt luyện Hạt thực tế: Là kích thước hạt Austenit thu điều kiện nung thực tế trình nhiệt luyện thơng thường hạt thực tế lớn hạt ban đầu Hạt thực tế có ý nghĩa vơ quan trọng trực tiếp ảnh hưởng đến tính, chất lượng sản phẩm sau nhiệt luyện Hạt thực tế phụ thuộc vào hạt ban đầu, hạt ban đầu nhỏ mịn đồng hạt thực tế nhỏ; vào nhiệt độ nung thời gian giữ nhiệt, nhiệt độ nung thời gian giữ nhiệt lớn, hạt thực tế có kích thước lớn hạt thực tế cịn phụ thuộc mạnh 10 Từ hình vẽ ta thấy nhiệt độ yếu tố quan trọng làm tăng chiều dày lớp thấm tiến hành hóa nhiệt luyện Hình 4.45 Sự phụ thuộc hệ số khuếch tán vào nhiệt độ Ví dụ, Fe hệ số khuếch tán C tăng lên lần nhiệt độ tăng từ 9250C lên 11000C b.Thời gian : Ở nhiệt độ cố định, thời gian khuếch tán dài, chiều sâu lớp khuếch tán dày, quan hệ chúng tuân theo quy luật Parabol theo công thức : δ =K τ Trong : δ– chiều dày lớp khuếch tán K – hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào hệ số khuếch tán D τ – thời gian Hình 4.46 Sự phụ thuộc chiều dày lớp thấm vào thời gian trình Như thời gian kéo dài mức tăng chiều sâu lớp thấm chậm Biện pháp hiệu tôt tăng nhiệt độ tăng thời gian thấm + Để thay đổi x dùng phương pháp thay đổi thời gian giữ nguyên nhiệt độ 4.3.4.5 Các chế khuếch tán Hình 4.47 Sơ đồ biểu thị chế khuếch tán: nút trống; nút mạng; nút mạng cách đuổi; đổi chỗ;5 vòng (vòng đen biểu thị nguyên tử khuếch tán, vòng trắng biểu thị kim loại sở) Trong chế nút trống nguyên tử bên cạnh nhảy sang chiếm nút trống Năng lượng hoạt trình đổi chỗ nhỏ nên dễ xảy Trong chế nút mạng, nguyên tử khuếch tán cị trí xen nút mạng chuyển sang vị trí xen nút mạng khác Cơ chế thường thấy dung dịch rắn xen kẽ thấm cacbon, nitơ (là nguyên tử có đường kính nhỏ) vào thép 64 Cơ chế nút mạng cách đuổi xảy đường kính nguyên tử khuếch tán xấp xỉ đường kính nguyên tử kim loại sở Nguyên tử khuếch tán đuổi nguyên tử cạnh chiếm lấy nút mạng làm nguyên tử dịch chuyển vào nút mạng Trong chế dổi chỗ nguyên tử khuếch tán nguyên tử kim loại sở đổi cị trí cho chúng đứng cạnh Trong chế vòng, nguyên tử khuếch tán nguyên tử kim loại sở đổi chõ nối đuôi theo vịng trịn 4.3.4.6 Cơng nghệ thấm cacbon a Định nghĩa Thấm cacbon phương pháp nhiệt luyện làm bão hoà (thấm, khuếch tán) cacbon vào bề mặt thép cacbon thấp (thường 0,1 ÷ 0,25% cacbon) để tạo lớp bề mặt có tổ chức thép sau tích (P + Xe II) để nâng cao độ cứng tính chống mài mịn giữ ngun tính dẻo lõi b Mục đích yêu cầu lớp thấm, chọn loại thép để thấm Mục đích: Mục đích thấm cacbon làm cho bề mặt thép cứng tới 60 ÷ 64HRC, có tính chống mài mịn cao, chịu mỏi tốt, cịn lõi giữ tính dẻo, dai, độ cứng 30 ÷ 40 HRC thép ban đầu đem thấm, chịu uốn, xoắn Do đó, chi tiết đem thấm cacbon chi tiế chịu tải trọng va đập mà bề mặt chịu ma sát Mục đích đạt chi tiết ram thấp sau thấm Yêu cầu lớp thấm: Để đạt mục đích trên, lớp thấm cácbon lõi phải đạt yêu cầu sau: - Lớp thấm có nồng độ cacbon khoảng 0,8 ÷ 1% thấm giới hạn sau lớp thấm không đủ độ cứng tính chống mài mịn, cao giới hạn lớp thấm bị dịn, tróc Thực nghiệm cho thấy, với nồng độ cacbon lớp thấm chi tiết vừa có độ cứng, tính chống mài mịn tốt lại đạt độ bền lớn - Tổ chức tế vi bề mặt lõi sau thấm, ram thấp phải đạt: bề mặt mactenxit phần tử cacbit nhỏ mịn phân bố đều, lõi - mactenxit khơng có ferit Chọn loại thép để thấm: Thép để thấm cacbon sử dụng loại thép có hàm lượng cacbon thấp (< 0,25%C) c Chọn nhiệt độ thời gian thấm *) Nhiệt độ thấm: - Nguyên tắc chọn nhiệt độ thấm cacbon cho thép có tổ chức hồn tồn γ (vì có tổ chức có khả hồ tan nhiều cacbon) - Nhiệt độ cao, trình khuếch tán mạnh, nhanh đạt chiều sâu lớp thấm Do vậy, người ta sử dụng nhiệt độ thấm cacbon cao song nhiệt độ cao làm hạt γ lớn nên làm tăng tính dịn - Theo thực nghiệm Dcmax (900 ÷ 950)0C nên người ta thường chọn nhiệt độ thấm khoảng để có trình khuếch tán mạnh Trong thép có nguyên tố hợp kim làm nhỏ hạt 930 – 950 0C Thép C, hợp kim lại 900 – 9200C 65 - Sau thấm, nồng độ cacbon tăng từ C → C1 đồng thời làm thay đổi tổ chức bề mặt chi tiết Cụ thể A B E lõi, chi tiết tổ chức P + FeT0 (đảm bảo tính dẻo lõi) tiếp P G bề mặt chi tiết có tổ chức P + XeII (đảm bảo độ cứng bề mặt) S Hay nói khác đi, tổ chức thép thay đổi từ trước tích → tích → sau tích tương ứng từ lõi bề mặt chi tiết - Nồng độ cacbon lớp bề mặt đạt từ Q C0 0,8 C1 2,14 %C (0,9 ÷ 1,1)% chiều sâu lớp thấm đảm bảo tính chống mài mịn phải đạt từ (0,8 ÷ 1,2)mm Hình 4.48 Nồng độ trước sau thấm *)Thời gian thấm: Thời gian thấm cacbon phụ thuộc chủ yếu vào chiều dày lớp thấm yêu cầu, nhiệt độ thấm môi trường thấm C - Chiều dày lớp thấm yêu cầu lớn,C1 thời gian thấm dài, mức tăng thời gian 0,8 thấm lớn nhiều so với mức tăng chiều dày lớp thấm - Nhiệt độ tăng cao, thời gian thấm C0 ngắn Nhiệt độ thấm phụ thuộc vào loại dùng thép x P+F P P +XeII Hình 4.49 Tổ chức lớp thấm - Môi trường thấm khác thời gian thấm khác Thấm môi trường lỏng thời gian ngắn nhất, sau đến khi, dài thấm môi trường rắn Khi thấm cacbon nguyên tử cacbon tạo thành bề mặt thép có hoạt tính Cao bị hấp thụ khuếch tán vào lớp bề mặt đến chiều dày định Nguyên tử cacbon khuếch tán vào mạng tinh thể austenit làm thành phần pha tăng lên Nếu thấm cacbon tiến hành 900 0C thương nồng độ cacbon đạt đến 1.2% tức ứng với giới hạn hòa tan cacbon austenit 9000C Khi thấm với thời gian giữ nhiệt đủ lâu đạt giới hạn bão hòa cacbon austenit ( xác định đường SE giản đồ trạng thái Fe – C ) Thông thường nhiệt độ thấm , lớp khuếch tán có tổ chức austenit làm nguội chậm phân hủy thành hỗn hợp ferit Xementit Nồng độ bon lớp thấm 66 thay đổi từ bề mặt vào lõi, thay đổi rõ hình vẽ sau Nồng độ bon lớp thấm thường vào khoảng 0.8 – 1.0% nồng độ cacbon cao làm xấu tính lớp thấm 1539 A L 1499 H 1392 B J + N C G +XeII K P+XeII+Le P+XeII 0,8 Le=[P+Xe] [P] +XeIII Q Le+XeI S 0,02 1147 F Le++XeII P+ 1250 L+XeI E + R Fe D L+ Le=[+Xe] 910 L+ 2,14 727 Le+XeI 4,3 Fe3C 6,67 Hình 4.50 Sơ đồ biểu diễn thay đổi thành phần cac bon lớp bề mặt trình thấm 9500C G Nhiệt độ, 0C P S Q P Tổ chức ban đầu P + XêII P+ F 67 %C Hình 4.51 Sự thay đổi nồng độ cac bon lớp thấm d Các phương pháp thấm cacbon Tuỳ theo trạng thái chất thấm khác mà người ta phân làm phương pháp thấm khác nhau: Thấm thể rắn, thấm thể lỏng thấm thể khí *) Thấm cacbon thể rắn + Định nghĩa Là trình làm bão hòa (khuếch tán )vào lớp bề mặt chi tiết làm thép bon thấp ( b < 0.3% ) để làm tăng hàm lượng cacbon lớp bề mặt ( tới 1.2%) môi trường chất rắn thể rắn + ) Chất thấm: Hỗn hợp than hoa( than gỗ ) chất trợ dung (dùng muối cacbonat) Chất thấm phải thỏa mãn yêu cầu sau: - Có khả phân hủy mạnh để tạo thành cacbon hoạt - Ở nhiệt độ thấm bị co thể tích có độ bền đủ lớn - Nhẹ, truyền nhiệt tốt, khơng chứa tạp chất có hại - Sử dụng nhiều lần - Rẻ tiền - Than hoa đập vụn (cỡ hạt từ ÷ 5mm) chiếm 85 ÷ 90% trộn với chất trợ dung (BaCO3, Na2CO3, K2CO3) với tỷ lệ 10 ÷ 15% Các chất phụ khác CaCO3, CaO có tác dụng chống dính kết với chi tiết cần thấm đóng vào hộp kín, chi tiết cách cách thành hỗn hợp khoảng 25 ÷ 40mm Sau đưa hộp vào nung đến nhiệt độ thấm +) Nhiệt độ thấm thời gian thấm: Nguyên tắc chọn nhiệt độ thấm bon đến trạng thái hồn tồn austenit để có khả bão hịa lượng cacbon cao Với thép chất hạt lớn nhiệt độ thấm từ 900 ÷ 9200C thép chất hạt nhỏ nhiệt độ thấm đến 9500C Nhiệt độ thấm cao chiều sâu lớp thấm lớn Thời gian thấm cacbon định chiều sâu lớp thấm, giá trị quy định thiết kế chi tiết Với nhiệt độ cố định thời gian thấm tăng chiều sâu thấm lớn có ba cách tính thời gian thấm: Theo công thức: δ = K τ với k hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ thấm, τ thời gian thấm (giữ nhiệt), δ chiều sâu thấm (mm) Tra bảng cho trước sổ tay nhiệt luyện Theo kinh nghiệm : Thấm nhiệt độ 9000C 0,2mm/ 1h thời gian giữ nhiệt + Các trình xảy thấm bon : - Ở nhiệt độ thấm, thép có tổ chức hồn tồn γ điều kiện thiếu oxi nên xảy phản ứng hoá học 2C + O2 → 2CO Khi gặp bề mặt thép tác dụng xúc tác nó, khí CO bị phân hố tạo thành cacbon nguyên tử 2CO → CO2 + Cnguyên tử 68 Các muối cacbonat đóng vai trị quan trọng bị phân hố nhiệt độ cao thành khí CO2 khí có lợi cho việc tạo thành cacbon nguyên tử theo phản ứng: t BaCO3 + C → BaO + 2CO phanhoa 2CO → CO2 + Cnguyên tử Làm nguội sau thấm tạo lại xúc tác: BaO + CO2 → BaCO3 Cacbon nguyên tử tạo thành bề mặt thép có tính hoạt cao, bị hấp thụ khuếch tán vào lớp bề mặt đến chiều dày định Nguyên tử cacbon xen kẽ vào mạng γ làm thành phần pha tăng lên Cnguyên tử + Feγ → Feγ(C) Cnguyên tử + 3Fe → Fe3C Hình 4.52.Sơ đồ hộp thấm bon + Quá trình thấm Thấm bon gồm bước sau Làm chi tiết khỏi dầu, mỡ chất bẩn khác Chuẩn bị chất thấm Chuẩn bị hộp thấm Xếp chi tiết vào hộp thấm Nhiệt độ thấm cao, qúa trình thấm nhanh việc tăng nhiệt độ thấm bị giới hạn nhiệt độ thấm cao hạt austenit thơ nên tính lớp thấm thấp + Ưu nhược điểm: Ưu điểm: - thiết bị đơn giản, dễ thực hiện, rẻ tiền - Chất thấm dễ tìm - Thao tác dễ dàng, thích hợp cho sở sản xuất - Áp dụng cho sản xuất đơn hay sản xuất loạt nhỏ Nhược điểm: 69 - Không thể điều chỉnh nồng độ cacbon thấm vào lớp bề mặt theo yêu cầu, thường nồng độ cacbon đạt 1,2% tức ứng với giới hạn hoà tan cacbon γ, chất lượng thấm không đồng - Thời gian thấm dài nhiều thời gian nung nóng hộp chứa than - Khó khí hố, tự động hố, điều kiện đóng hộp bụi, bẩn, thời gian thấm dài nên suất thấp - Điều kiện làm việc xấu (nhiều bụi than), chất lượng không cao (nồng độ bon lớn, thường tạo XêII bề mặt gây giòn) Do đặc điểm trên, mà thấm cacbon thể rắn không áp dụng cho chi tiết quan trọng *) Thấm cacbon thể lỏng + Phương pháp thấm: Dùng hỗn hợp muối nóng chảy gồm: (75 ÷ 85%) Na2CO3 + (10 ÷ 15%) NaCl + (6 ÷ 10%) SiC Ở nhiệt độ 840 ÷ 8600C Trong SiC thành phần để thấm cacbon nên thành phần giảm trình làm việc 2NaCO3 + SiC = Na2SiO3 + Na2O + 2CO + Cht 3NaCO3 + SiC = Na2SiO3 + Na2O + 4CO + Đặc điểm: - Thời gian thấm ngắn, nung nóng thấm đồng - Không điều chỉnh nồng độ cacbon lớp bề mặt - Khó thao tác lị, điều kiện lao động khơng tốt - Khó khí hố, tự động hố, suất thấp - Khơng thấm cho chi tiết lớn phải dùng lò muối điện cực có kích thước bé *)Thấm cacbon thể khí: Thấm bon thể khí phương pháp đại có nhiều ưu việt nhất, ngày áp dụng rộng rãi sản xuất khí Dùng lị kín chứa đầy khí thấm (CO, CH 4, C2H6 ) lấy từ khí thiên nhiên, cho chi tiết vào nâng nhiệt độ thấm lên Thực tế thường dùng CH với tỷ lệ ÷ 5% mê tan tác dụng thấm mạnh lại CO chiếm đến 95% Phương pháp thấm: Dùng khí CH4 có tác dụng thấm bon mạnh nhiều so với chất thấm khác để tạo cacbon nguyên tử theo phương trình phản ứng phanhoa CH4 → Cnguyên tử + 2H2 Cacbon nguyên tử có khả hấp thụ tốt vào bề mặt thép, nhiệt độ, thời gian thấm nhiệt luyện sau thấm tương tự thể rắn Trong thực tế, người ta dùng hỗn hợp CO, CH hiđrocacbon khác để thấm tạo nhiều cacbon nguyên tử lớp thấm có nồng độ cacbon cao Hỗn hợp khí thấm cacbon thường dùng, ngồi thành phần khí có tác dụng thấm CH4, CO hiđrocacbon khác cịn phải có lượng định thành phần khí khác CO2, N2, H2, O2 khí lẫn vào cố ý đưa vào điều chỉnh nồng độ khí thấm nhằm khống chế lượng cacbon bề mặt thép Thấm bon thể khí thường tiến hành nhiệt độ 930 – 9500C, thời gian giữ nhiệt nhiệt độ thấm phụ thuộc vào chiều sâu lớp thấm, trình xảy nhanh thấm bon thể rắn Đặc điểm: 70 - Chất lượng thấm tốt đảm bảo, điều chỉnh nồng độ cacbon lớp bề mặt thép theo yêu cầu - Thời gian thấm ngắn nung nóng hộp chứa than Điều đạt thấm cacbon thể khí chi tiết nhanh chóng đạt nhiệt độ thấm ( tới nhiệt độ xảy bão hòa cacbon) điều kiện tiếp xúc chi tiết môi trường thấm tốt - Dễ khí hố, tự động hố q trình sản xuất - Thiết bị cho phép tăng nhanh trình sản xuất, tăng suất lao động, điều kiện lao động tốt, không độc hại - Thiết bị đắt tiền nên thường áp dụng cho chi tiết quan trọng Sau thấm dùng phương pháp tơi trực tiếp, đơn giản hóa quy trình nhiệt luyện mà chất lượng đảm bảo Từ nhứng điều phân tích cho thấy thấm cacbon thể khí đảm bảo tính kinh tế nhiều so với phương pháp thấm bon thể rắn e Nhiệt luyện sau thấm cacbon Lớp thấm cac bon bề mặt có thành phần bon giảm dần từ với hàm lượng bon khoảng 0.8 – 1.2% vào tới lớp có thành phần bon ban đầu khoảng 0,2% Do sau làm nguội chậm từ vào có tổ chức Peclit + XementitII , Peclit, Ferit + Peclit thép ban đầu Để nhân tổ chức tính chất cần thiết cho lớp bề mặt lõi, bề mặt đạt độ cứng tính chống mài mịn cao, lõi phải đủ bền có tính dẻo dai tốt sau thấm phải tiến hành ram thấp e1 Tôi hai lần + ram thấp Do thấm cacbon nhiệt độ cao (920 ÷ 950)0C nên thép có trạng thái hạt γ lớn làm nguội thu tổ chức M thô, suất nhiều vết nứt tế vi ứng ứng suất dư lớn buộc phải nhiệt luyện sau thấm cacbon Chế độ nhiệt luyện: - Thép có chất hạt lớn: Tại nhiệt độ thấm, tạo γ hạt lớn nên làm xấu tính Nhiệt luyện sau thấm khơng phải đảm bảo bề mặt cứng mà phải khắc phục khuyết tật Do phải tiến hành hai lần tôi: lần thứ - cho lõi để làm nhỏ hạt, lần thứ hai - cho bề mặt để đạt độ cứng cao Như vậy, nhiệt độ lần tơi phải khác lõi thép trước tích có nhiệt độ tơi cao bề mặt thép sau tích tích Sau thấm thép làm nguội bình thường ( thường hóa) - Tôi lần 1: Cho phần lõi mà Ttôi = 880 ÷ 9000C với mục đích: + Làm nhỏ hạt thép, nung tới nhiệt độ > Ac3 lõi có chuyển biến F + P → γ hạt nhỏ +) Làm lưới XeII lớp bề mặt làm nguội nhanh pha không kịp tiết khỏi γ Sau lần này, độ cứng bề mặt không đạt giá trị cao để đủ chống mài mịn, phải tơi tiếp lần 71 - Tôi lần 2: Cho bề mặt nhiệt độ 760 ÷ 7800C để bề mặt thép sau tích tích có độ cứng lớn Lần không ảnh hưởng xấu đến kết đạt lần trước - Ram thấp: Nhiệt độ 180 ÷ 2800C với mục đích khử bỏ phần ứng suất mà giữ độ cứng cao bề mặt e2 Tôi lần + ram thấp Đối với chi tiết quan trọng làm thép cacbon thép hợp kim thấp áp dụng phương án lần ram thấp Sau thấm, thép làm nguội ngồi khơng khí đem nung nóng lại để tơi Nhiệt độ tơi chọn AC1 AC3 thép cao nhiệt độ AC3 thép chút Đối với chi tiết không quan trọng chịu tải nhỏ, nhiệt dộ lấy khoảng 820 – 8500C với chi tiết cần độ cứng bề mặt cao, nhiệt độ lấy khoảng 760 – 7800C Đối với chi tiết u cầu tính lõi cao, nhiệt độ tơi lấy khoảng 860 – 8800C có tác dụng làm nhỏ hạt phần Sau tiến hành ram thấp e3 Tôi trực tiếp ram thấp - Thép có chất hạt nhỏ: Đối với chi tiết quan trọng, làm thép cacbon hợp kim áp dụng phương án tơi lần ram thấp đó, tơi tiến hành cho tơi bề mặt Đối với thép thấm cacbon có hạt chất nhỏ loại thép Crom- Niken - Titan, dù giữ nhiệt lâu nhiệt độ cao, hạt giữ kích thước bé khơng cần ngun cơng nhiệt luyện làm nhỏ hạt tiến hành trực tiếp sau thấm cacbon mà khơng cần có q trình nung nóng lại Cách tơi rút ngắn nhiều chu trình nhiệt luyện dễ khí hóa, tự động hóa cho suất cao T0 9209500C 7507700C t2 1802200C t3 t3 < t2 t Hình 4.53 Quy trình thầm thép có chất hạt nhỏ Có hai cách tơi trực tiếp Có thể trực tiếp từ nhiệt độ thấm cacbon tức khoảng 920 – 950 0C cách dùng cho độ biến dạng tương đối lớn Thường dùng cách trực tiếp với hạ nhiệt, tức hạ nhiệt từ nhiệt độ thấm cacbon xuống đến nhiệt độ A r3 ( khoảng 750 – 770 0C) làm nguội 72 môi trường Cách đảm bảo chi tiết thấm cacbon có độ cong vênh thấp nhất.Sau trực tiếp tiến hành ram thấp Tơi lần 1: Nhiệt độ từ 750 ÷ 7700C Ram thấp: Nhiệt độ ram từ 180 ÷ 2200 Đặc điểm: Rút ngắn thời gian thực hiện, dễ khí hoá, tự động hoá, cho suất cao nên thường áp dụng cho chi tiết đơn giản Sau nhiệt luyện, bề mặt chi tiết có độ cứng cao 58 – 62HRC tính chống mài mịn tốt, lõi dẻo dai nên chịu tải trọng động g.Đặc điểm phạm vi áp dụng: Thép thu có tính tốt (hạt nhỏ, độ dẻo lõi cao, bề mặt cứng có độ cứng 60 ÷ 64HRC, độ cứng lõi từ 15 ÷ 40 HRC), nung nóng làm nguội nhiều lần dễ sinh oxy hố, cacbon biến dạng, chu trình cơng nghệ dài, tốn hơn, có ứng suất nén dư bề mặt Do áp dụng cho chi tiết chịu mài mòn cao chịu tải tốt dùng cho chi tiết làm việc nặng nề hơn, hình dáng phức tạp bánh răng, hộp số, máy cắt kim loại, số lạo trục, chốt T0 9209500C 8508700C t2 7507700C t3 1802200C t t3 < t2 Hình 4.54 Quy trình thấm thép có chất hạt lớn h Tổ chức tính chi tiết thấm cacbon Sau nhiệt luyện, toàn chi tiết thấm cacbon có tổ chức M ram Ở bề mặt nồng độ cacbon cao, M có độ cứng cao với lượng định cacbít dư đảm bảo tính chống mài mịn cao Ở lõi, thành phần cacbon thấp, M có độ cứng trung bình với độ bền tốt độ dẻo tương đối cao Hình 4.55 Tổ chức tế vi lớp thấm cac bon - Độ cứng bề mặt phải đạt 60 ÷ 63 HRC, độ cứng lõi 30 ÷ 40 HRC Lớp thấm cacbon tạo nên ứng suất nén dư lớp bề mặt nâng cao giới hạn bền mỏi 73 tích [α+γ '] Cũng mục đích hóa bền bề mặt chi tiết thấm bon có ưu việt sau so với tơi bề mặt -Chi tiết thấm cacbon có độ cứng bề mặt cao có tính chống mài mịn tốt thường chọn cơng nghệ thấm cacbon cho chi tiết làm việc điều kiện "nặng" (Ví dụ bánh giảm tốc) - Có thể áp dụng cho chi tiết có hình dạng phức tạp Lớp thấm nói chung so với bề mặt Chú ý chỗ không cần thấm phải chống thấm ( dùng phương pháp mạ đồng số dạng chất phủ khác) Tuy giá thành thấm bon đắt so với tơi bề mặt q trình dài, tốn nhiệt suất thấp Chú ý: Với thép hợp kim cao, sau thấm cacbon phải kết hợp gia công lạnh Thép có Ti, V (thép có hạt di truyền hạt nhỏ), tiến hành lần + ram thấp 4.3.4.6 Thấm Nitơ 0 C a) Định nghĩa mục C đích Thấm nitơ phương pháp hố nhiệt luyện γ+ε ε ε+γ ' nhằm bão hoà lớp bề mặt γ thép nitơ tạo 650 γ' pha xen kẽ có độ cứng α+γ γ+γ ' độ phân tán cao Do α 591 ε+γ ' làm tăng độ cứng, độ bền tính chống mài mòn chi tiết, độ cứng cao hẳn thấm bon đến %Fe 2%N 6%N 8%N %N 65 ÷ 70HRC Hình 4.56 Giản đồ pha Fe – N Cũng thấm cacbon, thấm nito tạo nên lớp ứng suất nén dư bề mặt, làm tăng giới hạn mỏi Ngồi thấm nito có bề mặt bóng mờ, chống ăn mịn tốt khí b Cấu tạo lớp thấm nitơ Cơ sở để xác định tổ chức lớp thấm nitơ giản đồ trạng thái Fe - N Các pha hệ Fe - N gồm có: α- dung dịch rắn xen kẽ nitơ Feα - Ferit nitơ γ- dung dịch rắn xen kẽ nitơ Feγ - Auxtenit nitơ Chỉ tồn nhiệt độ cao 591 0C, nhiệt độ làm γ phân hoá thành hỗn hợp tích [α + γ'] γ': dung dịch rắn sở pha xen kẽ kiểu Fe 4N - pha có độ cứng cao (>1200HV) ε: dung dịch rắn sở pha xen kẽ kiểu Fe2N pha tồn lượng nito 8% 74 Thấm nitơ tiến hành thể khí Người ta tiến hành thấm nitơ cách nung nóng chi tiết dịng khí amoniac (NH3) nhiệt độ 480 ÷ 6500C nhiệt độ mà bị phân hố mạnh theo phản ứng t 2NH3 → 3H2 + 2N nguyên tử Nitơ ngun tử có hoạt tính cao, bị hấp thụ khuếch tán vào mặt thép Nếu thấm nito nhiệt độ thấp 591 0C (nhiệt độ tích) thời điểm ban đầu bề mặt chi tiết có dung dịch rắn α Khi đạt giới hạn bão hòa pha α bắt đầu tạo thành pha γ', tiếp tục tăng hàm lượng nito tạo thành pha ε Sau thấm nito từ bề mặt vào lõi chi tiết có pha ε giàu nito, γ', α Nếu thấm nhiệt độ cao 591 0C sau làm nguội gồm pha ( tính từ vào ) ε, γ ’, tích (α + γ’) γ phân hóa α ( tổ chức lõi ) Độ cứng cao lớp thấm pha xen kẽ Fe2N Fe4N Độ cứng lớp thấm nito thường cao độ cứng lớp thấm bon giữ đến nhiệt độ 600- 650 0C độ cứng cao lớp thấm cacbon đến 200 – 2500C Thấm nito thường dùng cho bánh răng, xilanh động lớn, khuôn dập dụng cụ cắt gọt… c.Thép dùng để thấm nito Độ cứng lớp thấm nito thép cacbon khơng lớn, thấm nito để đạt độ cứng tính chống mài mịn cao người ta khơng dùng thép cacbon thơng thường, nitrit sắt có khuynh hướng kết tụ nhiệt độ cao, có kích thước lớn, lớp thấm khơng có độ cứng tính chống mài mịn cao trở nên dịn, dễ tróc Để thấm N thường dùng cho thép hợp kim đặc biệt với cac nguyên tố Cr, Mo, Al chúng có lực với nito mạnh sắt nitrit khơng có độ cứng cao nitrit sắt mà cịn có tính phân tán lớn, ổn định nhiệt độ cao, lớp thấm có độ cứng tính chống mài mịn cao khơng tróc Khi thấm nito cho thép hợp kim tạo thành nitrit hợp kim nhỏ mịn (Cr 2N; Mo2N, AlN…) nên làm tăng độ cứng tính chống ăn mịn d Cơng nghệ thấm nitơ Khi thấm Nitơ, thời gian thấm thường dài mà chiều dày lớp thấm lại mỏng trình thấm tiến hành nhiệt độ thấp (500 – 650 0C), hệ số khuếch tán nhỏ Tốc độ thấm nitơ chậm thấm cacbon khoảng 10 lần Ví dụ muốn lớp thấm dày 0,25 – 0,3mm cần 24h, thấm 520 0C để đạt chiều sâu 0,4mm phải giữ nhiệt khoảng 48h Nếu thấm nhiệt độ cao phân hoá NH mạnh, lương nitơ nguyên tử tạo nhiều không tốt, lớp thấm cứng tốc độ thấm tăng lên Thấm Nitơ tiến hành môI trường amoniăc nhiệt độ cao NH phân huỷ, mức độ phân huỷ phụ thuộc vào nhiệt độ nhiệt độ 480 – 5000C, mức độ phân huỷ 15 – 20% nhiệt độ 500 – 5200C, mức độ phân huỷ 20 – 25% nhiệt độ 540 – 5600C, mức độ phân huỷ 30 – 50% nhiệt độ 550 – 5750C, mức độ phân huỷ 35 – 55% 75 nhiệt độ 600 – 6200C, mức độ phân huỷ 50 – 70% Kinh nghiệm cho thấy mức độ phân huỷ khoảng 25 – 40% thích hợp thưịng chọn nhiệt độ thấm N khoảng 520 – 5500C Thép dùng để thấm N thép hợp kim đặc biệt, thường dùng 38CrMoAlA thép 38CrWVAl Để đảm bảo tính tổng hợp cao trước thấm thép phải nhiệt luyện hố tốt để có tổ chức Xoocbit ram cách 950 0C dầu, ram 625 – 6500C có tính: úb = 1000N/mm2; ú0,2 = 850N/mm2; ọ = 14%; ψ 50%; ak = 90kj/mm2 sau đem thấm N nhiệt độ 520 – 550 0C để đạt độ cứng bề mặt cao khoảng 1000 – 1100HV Không thể ram sau thấm lớp thấm mỏng nung nóng tới nhiệt độ cao gây tróc, hư hỏng Do nhiệt độ thấm N thấp nhiệt độ ram nên khơng ảnh hưởng đến tính thép nhiệt luyện hoá tốt e Đặc điểm lớp thấm nitơ Thấm Nitơ áp dụng trường hợp sau Đạt độ cứng tính chống mài mịn cao Đây cơng dụng chủ yếu: So với thấm cacbon, thấm Nitơ thấm Nitơ có độ cứng tính chống mài mịn cao rõ rệt Hơn tính chất lớp thấm giữ tới nhiệt độ cao 500 – 6000C, theo giản đồ trạng thái Fe – N cấu trúc lớp thám không thay đổi nhiệt độ 5910C Trong q trình phân hố M độ cứng giảm đi, độ cứng cao lớp thấm không giữ nhiệt độ cao 200 0C Do ưu việt thấm N có tính ổn định tới nhiệt độ 500 – 6000C Nhược điểm thấm N thời gian thấm dài, suất thấp, lớp thấm mỏng (thường đạt 0,2 – 0,3mm), không chịu tải lớn Do nhược điểm với việc phải dùng thép quý làm giá thành thấm N đắt Vì nhược điểm trên, thấm N thường dùng cho chi tiết nhỏ cần độ cứng bề mặt tính chống mài mòn cao (một số loại trục, dụng cụ đo, dụng cụ cắt, nòng súng, bánh răng, sơ mi xy lanh máy bay) có đặc tính chịu áp lực nhỏ làm việc nhiệt độ cao 2000C Cần ý sau thấm Nitơ kích thước tăng lên khoảng 0,01 – 0,03mm, tiến hành nhiệt độ thấp nên độ biến dạng không đáng kể Nâng cao độ bền mỏi tạo nên lớp ứng suất nén dư bề mặt Công dụng áp dụng ngày nhiều Trục khuỷu trục quan trọng chịu mỏi cao thường qua thấm N Nâng cao tính chống ăn mịn khí Bề mặt ngồi lớp thấm N có tổ chức pha ồ, pha có đặc tính cấu tạo xít chặt, có tính bảo vệ ăn mịn tốt Chi tiết thấm N có tính chống ăn mịn tốt khơng khí ẩm (vài năm), nước máy (vài tháng), dầu, dung dịch kiềm yếu Để đạt yêu cầu không cần dùng thép hợp kim quý mà dùng thép cacbon Nhiệt độ thấm cao (600 – 6500C) thời gian ngắn 4.3.4.7 Thấm Cacbon - Nitơ a Định nghĩa mục đích - Thấm cacbon nitơ phương pháp làm bão hoà (thấm, khuếch tán) đồng thời cacbon nitơ vào bề mặt thép để nâng cao độ cứng tính chống mài mịn Độ 76 cứng tính chống mài mịn lớp thấm cacbon - nitơ cao so với thấm cacbon thấp so với thấm nitơ - Tuỳ thuộc tỷ lệ cacbon nitơ mà lớp thấm gần với thấm cacbon nitơ Nếu trình xảy nhiệt độ cao (920%N %C ÷ 950 C) trình chủ yếu thấm cacbon, cịn nhiệt độ0,2 thấp (500 ÷ 5500C) trình0,16 0,8 chủ yếu thấm nitơ 0,12 0,6 0,08 0,4 Hình 4.57 Thấm C - N 0,04 0,2 b Các phương pháp thấm - Thấm cacbon nitơ thể 600 700 800 900 1000rắn Tiến hành giống thấm cacbon thể rắn Trong chất thấm có 20 ÷ 40% muối K4Fe (CN)6 muối K3Fe(CN)6; 10%Na2CO3 lại than gỗ Phương pháp thường dùng cho dụng cụ thép gió, thép crơm cao để tăng độ cứng, tính chống mài mịn tính cứng nóng song mơi trường độc, suất thấp nên dùng - Thấm cacbon - nitơ thể lỏng: Thấm cacbon - nitơ thể lỏng tiến hành bể muối mà thành phần gồm muối xianua: NaCN; KCN, K4Fe(CN)6, K3Fe(CN)6 muối trung tính Na2CO3, NaCl, KCl Tuỳ theo nhiệt độ thấm mà phạm vi áp dụng khác song phương pháp bị hạn chế áp dụng môi trường thấm độc - Thấm cacbon - nitơ thể khí: Về bản, cách thấm không khác thấm cacbon thể khí nhiều có nhiều ưu điểm hơn, tạo pha cabon - nitrit (Fe3CN) phân tán, cứng làm tăng tính chống mài mịn, thời gian thấm ngắn, suất cao, thời gian sử dụng thiết bị thấm kéo dài nên phương pháp thường áp dụng rộng rãi thường sử dụng sản xuất chi tiết ôtô, máy kéo, động Ngoài phương pháp thấm cacbon, nitơ, cacbon - nitơ, người ta thấm số nguyên tố khác Bo, Cr, Al, Si nhằm đạt mục đích khác người sử dụng CÂU HỎI ƠN TẬP Câu 1: Trình bày phương pháp tơi bề mặt dịng điện có tần số cao Câu 2: Thấm cacbon nhiệt luyện sau thấm cacbon Câu 3: Trình bày phương pháp ủ thường hóa Câu 4: Định nghĩa tôi, cách chọn nhiệt độ cho thép giải thích 77 Câu 5: Các phương pháp tơi, ưu nhược điểm phương pháp Câu 6: Các khuyết tật nhiệt luyện Câu : Khái niệm đặc điểm phân loại thông số trình nhiệt luyện Câu : Các chuyển biến xảy nung nóng thép Câu : Các chuyển biến Austenit làm nguội thép Câu 10 : Trình bày chuyển biến Mactenxit Câu 11 : Các chuyển biến xảy ram 78 ... - nhiệt luyện nhiệt độ cao nhiệt độ thấp +) Cơ nhiệt luyện nhiệt độ cao Trong nhiệt luyện nhiệt độ cao, người ta biến dạng thép nhiệt độ cao Ac3 kết tinh lại γ không kịp tiến hành Cơ nhiệt luyện. .. 0C Cơ nhiệt luyện nhiệt độ cao Cơ nhiệt luyện nhiệt độ thấp Hình 4.34 Cơ nhiệt luyện +) Cơ nhiệt luyện nhiệt độ thấp Trong nhiệt luyện nhiệt độ thấp, người ta biến dạng thép nhiệt độ γ q nguội... 1.1.2 Phân loại nhiệt luyện: Người ta phân phương pháp nhiệt luyện chủ yếu thép làm hai nhóm lớn: Nhiệt luyện sơ nhiệt luyện kết thúc - Nhiệt luyện sơ Phương pháp nhiệt luyện tiến hành trước