Bài giảng Vật liệu học: Chương 4 - Nhiệt luyện thép được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Khái niệm về nhiệt luyện thép; Các chỉ tiêu đánh giá kết quả nhiệt luyện; Phân loại nhiệt luyện thép; Tác dụng của Nhiệt luyện trong sản xuất cơ khí;... Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng dưới đây để nắm được nội dung chi tiết nhé!
Chương 4: NHIỆT LUYỆN THÉP 4.1 Khái niệm nhiệt luyện thép Nhiệt luyện gì? cơng nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt làm nguội với tốc độ thích hợp Mục đích: làm biến đổi tổ chức biến đổi tính vật liệu theo hướng mong muốn người Đặc điểm nhiệt luyện: - Khơng làm thay đổi hình thay đổi khơng đáng kể dạng kích thước chi tiết - Chi tiết trạng thái rắn - Chi tiết sau nhiệt luyện phải đánh giá qua tổ chức tế vi tính Nhiệt độ (toC) Các yếu tố đặc trưng Sơ đồ quy trình nhiệt luyện đơn giản ton gn Vng Thời gian () Nhiệt độ nung nóng (t0n) nhiệt độ cao mà trình cần đạt đến Thời gian giữ nhiệt (gn) thời gian ngưng nhiệt độ nung nóng Tốc độ nguội (Vng) tốc độ làm nguội chi tiết sau giữ nhiệt Các tiêu đánh giá kết nhiệt luyện Tổ chức tế vi - cấu tạo pha, kích thước hạt, chiều sâu lớp hoá bền… Ảnh tổ chức thép với phân tán xêmentit ferit Độ cứng biết giá trị độ cứng ước lượng tiêu tính khác: độ dẻo, độ dai, độ bền Độ cong vênh, biến dạng chi tiết F Xê Phân loại nhiệt luyện thép Nhiệt luyện Ủ: nung nóng chi tiết, sau làm ngi chậm (nguội lị) để nhận tổ chức có độ cứng thấp, độ dẻo cao Thường hoá: nung chi tiết đến tổ chức đạt hoàn toàn Austenit, sau làm nguội ngồi khơng khí tĩnh để đạt tổ chức cân Tơi: nung nóng chi tiết, sau làm nguội nhanh để đạt tổ chức khơng cần có độ cứng cao Ram: ngun cơng bắt buộc sau để điều chỉnh lại độ cứng, độ bền Phân loại nhiệt luyện thép (tiếp theo) Hoá - Nhiệt luyện: dựa vào nhiệt độ để làm biến đổi thành phần hoá học vùng bề mặt chi tiết nhiệt luyện để đạt tính mong muốn - thấm đơn nguyên tố: thấm C, N, Cr…… - thấm đa nguyên tố: thấm C-N,… Cơ - Nhiệt luyện: dựa vào biến đổi nhiệt độ + kết hợp biến dạng dẻo biến đổi tổ chức Tác dụng Nhiệt luyện sản xuất khí - Tăng độ cứng, tính chống mài mịn độ bền thép - Cải thiện tính cơng nghệ Các chuyển biến xảy nung nong - làm nguội Chuyển biến xảy nung nóng - tạo thành Austenit Cơ sở: dựa giản đồ pha Fe-Fe3C * Thép tích (tổ chức có P): [Fe+Fe3C]0,8%C * Thép trước tích (P+F): * Thép trước tích (P+Xe): P+F nhiệt độ Ac3 P + Xe nhiệt độ Ac1 Austennit nhiệt độ Acm Fe(C)0,8%C Austennit Nhận xét: - Mọi loại thép sau nung lên đường GSE (xem GDP Fe-Fe3C) cho tổ chức pha Austennit - Các mác thép khác nhận tổ chức A khác với %C mác thép ban đầu Các chuyển biến xảy nung nong - làm nguội (tiếp theo) Đặc điểm chuyển biến P Austenit Vấn đề quan tâm: nhiệt độ kích thước hạt Austenit * Nhiệt độ: phụ thuộc vào tốc độ nung tốc độ nung nhanh nhiệt độ chuyển biến cao thời thực tế: để đạt chuyển biến nhiệt độ nung phải nhiệt độ tới hạn từ 20-300C Nhiệt độ (0C) gian chuyển biến ngắn Bắt đầu chuyển biến P V2 V1 Kết thúc chuyển biến P 720 Thời gian (phút) Các chuyển biến xảy nung nong - làm nguội (tiếp theo) * Kích thước hạt Austenit: Đặc điểm chế chuyển biến P Austenit - Tạo mầm (mầm tạo biên giới pha F Xe) - Phát triển mầm q trình kết tinh Kích thước hạt A phụ thuộc: - Điều kiện nung nóng tiếp tục (hoặc giữ nhiệt) hạt lớn lên - Thép chất di truyền hạt lớn nhỏ Các chuyển biến xảy giữ nhiệt - Làm đồng nhiệt độ toàn tiết diện - Đủ thời gian để hồn thành chuyển biến xảy nung nóng - Làm đồng thành phần hố học tồn Austenit Chú ý: - Thời gian giữ nhiệt không nên dài tạo nên phát triển hạt Austenit Ram thép (tiếp theo) Các phương pháp ram Ram cao (500-6500C) - tổ chức sau ram: xoocbit ram - độ cứng giảm mạnh, độ dẻo độ dai tăng mạnh - ứng dụng cho chi tiết máy chịu va đập: trục, bánh răng…… Các khuyết tật xảy nhiệt luyện thép Biến dạng nứt Nguyên nhân: sinh ứng suất nhiệt bên Phòng tránh: - tốc độ nung hợp lý - làm nguội theo quy tắc: nhúng thẳng đứng, ……………………… phần dày chi tiết fải tơi trước… - ép vật mỏng khuôn trước Khắc phục: biến dạng vừa phải mang nắn lại Oxy hố C Ngun nhân: có xuất thành phần dễ gây oxy hoá Fe C như: nước, oxy…………… Phòng tránh: - nung mơi trường có khí bảo vệ: N2, Ar2……… - nung môi trường chân không - sử dụng chất bảo vệ xung quanh than hoa… Khắc phục: C thấm lại C cho chi tiết Các khuyết tật xảy nhiệt luyện thép (tiếp theo) Độ cứng không đạt Nguyên nhân: sau độ cứng cao thấp Khắc phục: * độ cứng cao: đem ủ nhiệt luyện lại với tốc độ nguội thấp * độ cứng thấp: Tính giịn cao Chi tiết sau tơi q giịn, khơng thể làm việc đem thường hóa nhiệt luyện lại với độ nung tơi thấp Hố bền bề mặt Tơi cảm ứng Ngun lý: chi tiết đặt từ trường biến thiên xuất dịng điện cảm ứng nung nóng chi tiết Đặc điểm: - Mật độ dòng điện xoay chiều phân bố không tiết diện chi tiết - Mật độ dịng điện phân bố cao từ ngồi bề mặt vào bên chi tiết với chiều sâu xác định theo công thức: = 5030 (/.f)1/2 cm Hố bền bề mặt (tiếp theo) Tơi cảm ứng (… ) Các phương pháp tơi Nung nóng làm ngi tồn bề mặt chi tiết Nung nóng làm nguội phần riêng biệt Nung nóng làm nguội liên tiếp Hố bền bề mặt (tiếp theo) Tôi cảm ứng (… ) Tổ chức tính thép Tổ chức: - Lõi: tổ chức xoocbit ram - Bề mặt: Mactenxit hình kim nhỏ mịn - Bề mặt có độ cứng cao chịu mài mịn tốt Cơ tính: - Lõi có độ dai va đập độ dẻo cao - Bề mặt có khả chống mỏi tốt chi tiết thường sử dụng cảm ứng: trục, bánh răng… Hoá bền bề mặt (tiếp theo) Tôi cảm ứng (… ) Thuận lợi - Năng suất cao - Chất lượng tôt - Dễ dạng khí hố, tự động hố Khó khăn - Khó thực với chi tiết hình dáng phức tạp Hố - nhiệt luyện Là q trình bão hồ ngun tố hoá học vào bề mặt thép nhờ khuyếch tán trạng thái ngun tử từ mơi trường bên ngồi nhờ nhiệt độ -Nâng cao độ cứng, tính chống Mục đích: mài mịn độ bền mỏi cho chi tiết - Nâng cao tính chống ăn mịn cho vật liệu Các giai đoạn trình Giai đoạn phân hoá Giai đoạn hấp phụ Giai đoạn khuyếch tán Hoá - nhiệt luyện (tiếp theo) Các yếu tố ảnh hưởng Ảnh hưởng thời gian Chiều dày lớp thấm x Chiều dày lớp thấm x Ảnh hưởng nhiệt độ =const Nhiệt độ (T) x = A.e-(Q/kT) T=const Thời gian () x = k.1/2 Hoá - nhiệt luyện (tiếp theo) Thấm C Bão hoà C lên bề mặt thép C thấp (0,1-0,25%C) + ram thấp Mục đích: - làm cho bề mặt có độ cứng cao chống mài mòn, chịu …………………… mỏi tốt (HRC ~ 60-64) - lõi đảm bảo độ dẻo dai (HRC ~ 30-40) Yêu cầu lớp thấm: - Bề mặt: ~ 0,8-1,0%C, tổ chức sau nhiệt luyện M ram cacbit nhỏ mịn phân tán - Lõi: tổ chức hạt nhỏ, thành phần C thép ban đầu nên đảm bảo độ dẻo độ dai… Một số thiết bị q trình thấm C Hố - nhiệt luyện (tiếp theo) Thấm C (… ) Cách lựa chọn nhiệt độ thời gian thấm Nhiệt độ thấm: 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 Thời gian thấm: phụ thuộc vào chiều dày lớp thấm (0,5-1,8mm) tốc độ ……….……… ……thấm Chất thấm trình xảy Chất thấm thể rắn Chất thấm thể khí 2C + O2 2CO 2CnH2n+2 (n+1)H2 + nCng.tử 2CO CO2 + Cng.tử 2CO CO2 + Cng.tử Cng.tử + Fe(C) Fe(C)0,10,81,3 Cng.tử + Fe(C) Fe(C)0,10,81,3 Hoá - nhiệt luyện (tiếp theo) Thấm N Bão hoà N lên bề mặt thép nâng cao độ cứng (~65-70HRC) tính chống mài mịn cho chi tiết Chất thấm trình xảy - Thường sử dụng khí NH3 cho q trình thấm 2NH3 3H2 + 2Nng.tử Nng.tử + Fe Fe(N) Nng.tử + Fe ()Fe2-3N,(’)Fe4N Hoá - nhiệt luyện (tiếp theo) Thấm N Nhiệt độ thấm: 480-6500C Đặc điểm: - thời gian thấm lâu - không cần nhiệt luyện sau thấm - thép thấm loại chuyên dùng - lớp thấm cứng so với thấm C ... bền (1 0-2 0%), độ dẻo dai cao (1, 5-2 lần) Cơ - nhiệt luyện nhiệt độ cao - Biến dạng dẻo Ac3 + ram thấp - Đặc điểm: - áp dụng cho loại thép C - dễ tiến hành A dẻo, tốn lượng - b ~ 220 0- 240 0Mpa,... 220 0- 240 0Mpa, ~ 6-8 %, ak ~ 300KJ/m2 Cơ - nhiệt luyện nhiệt độ cao - Nung thép lên Ac3 nhận tổ chức A nguội nhanh xuống 40 0-6 000C biến dạng dẻo + ram thấp - Đặc điểm: - áp dụng cho thép HK có... độ bền Phân loại nhiệt luyện thép (tiếp theo) Hoá - Nhiệt luyện: dựa vào nhiệt độ để làm biến đổi thành phần hoá học vùng bề mặt chi tiết nhiệt luyện để đạt tính mong muốn - thấm đơn nguyên