Nghiên cứu công nghệ thấm chân không, ứng dụng để thấm một số chi tiết máy chất lượng cao

VIỆN CÔNG NGHỆ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THẤM C CHÂN KHÔNG, ỨNG DỤNG ĐỂ THẤM MỘT SỐ CHI TIẾT MÁY CHẤT LƯỢNG CAO CNĐT: HOÀNG VĨNH GIANG 8321 HÀ NỘI – 2010 MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THẤM C 1.1 Sơ lược công nghệ thấm C 1.2 Thấm C chân không - LPC 1.2.1 Giới thiệu công nghệ thấm C chân không 1.2.2 Các thông số q trình thấm C chân khơng Error! Bookmark not defined 1.2.3 Quy trình cơng nghệ thấm C chân khơng Error! Bookmark not defined 1.2.4 Thấm C chân không sử dụng khí thấm Acetylen Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ THẤM C CHÂN KHÔNG TRÊN THIẾT BỊ Turbo2-Treater M Error! Bookmark not defined 2.1 Giới thiệu chương trình AvaC Simulation Error! Bookmark not defined 2.2 Mơ q trình thấm phần mềm AvaC Simulation Error! Bookmark not defined 2.2.1 Ảnh hưởng Cp đến thời gian thấm với nhiệt độ thấm 910oC Error! Bookmark not defined 2.2.2 Ảnh hưởng Cp đến thời gian thấm với nhiệt độ thấm 950oC Error! Bookmark not defined 2.2.3 Ảnh hưởng Cp đến thời gian thấm với nhiệt độ thấm 990oC Error! Bookmark not defined 2.2.4 Kết luận phần mơ q trình thấm C chân khơng Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM THẤM C CHÂN KHÔNG 29 3.1 Chuẩn bị mẫu phương pháp kiểm tra 29 3.1.1 Kiểm tra thành phần hóa học Error! Bookmark not defined 3.1.2 Xác định phân bố %C theo chiều sâu lớp thấm Error! Bookmark not defined 3.1.3 Đo độ cứng HV bề mặt theo chiều sâu lớp thấm Error! Bookmark not defined 3.1.4 Xác định chiều sâu lớp thấm Error! Bookmark not defined 3.2 Thiết bị công nghệ thấm C chân không Error! Bookmark not defined 3.2.1 Thiết bị thấm C chân khơng Error! Bookmark not defined 3.2.2 Lập trình chương trình thấm C chân khơng Error! Bookmark not defined 3.2.3 Tiến hành thấm Error! Bookmark not defined 3.3 Kết khảo sát kết phân bố %C Error! Bookmark not defined 3.3.1 Kết thấm nhiệt độ thấm : 910 oC %C bề mặt = 0,9% Error! Bookmark not defined 3.3.2 Kết thấm nhiệt độ thấm 910 oC %C bề mặt = 1% Error! Bookmark not defined 3.3.3 Kết thấm nhiệt độ thấm : 950 oC %C bề mặt = 0,9% Error! Bookmark not defined 3.3.4 Kết thấm nhiệt độ thấm : 950oC %C bề mặt = 1%.Error! Bookmark not defined 3.3.5 Kết luận kết phân bố %C Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG THẤM VÀ TÔI SẢN PHẨM Error! Bookmark not defined 4.1 Chế tạo đồ gá Error! Bookmark not defined 4.2 Quy trình cơng nghệ 39 4.3 Kết thấm sản phẩm Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các loại khí thơng dụng thấm C Error! Bookmark not defined Bảng 1.2: Khả thô hạt phụ thuộc nhiệt độ thời gian thấm Error! Bookmark not defined Bảng 1.3: Sự phân hủy khí thấm 900oC < T < 1000 p < 30mbar 11 Bảng 2.1: Kết thời gian thấm nhiệt độ 910oC với Cp khác Error! Bookmark not defined Bảng 2.2: Kết thời gian thấm nhiệt độ 950oCvới Cp khác Error! Bookmark not defined Bảng 2.3: Kết thời gian thấm nhiệt độ 990oC với Cp khác Error! Bookmark not defined Bảng 2.4: Kết thời gian thấm nhiệt độ khác nhau, Cp = 0,8% Error! Bookmark not defined Bảng 2.5: Kết thời gian thấm nhiệt độ khác nhau, Cp = 0,9% Error! Bookmark not defined Bảng 2.6: Kết thời gian thấm nhiệt độ khác nhau, Cp = 1,0% Error! Bookmark not defined Bảng 3.1: Thành phần mẫu thép thấm [%] Error! Bookmark not defined Bảng 3.2: Kết phân bố %C thực tế theo chiều sâu lớp thấm Error! Bookmark not defined Bảng 3.3 Kết phân bố %C thực tế theo chiều sâu lớp thấm Error! Bookmark not defined Bảng 3.4: Kết phân bố %C thực tế theo chiều sâu lớp thấm Error! Bookmark not defined Bảng 3.5: Kết phân bố %C thực tế theo chiều sâu lớp thấm Error! Bookmark not defined Bảng 4.1: Kiểm tra sản phẩm sau Error! Bookmark not defined Bảng 4.2: Kết sản phẩm sau Error! Bookmark not defined Bảng 4.3: Kết sản phẩm sau Error! Bookmark not defined Bảng 4.4: Kết sản phẩm sau Error! Bookmark not defined DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mơ hình q trình thấm C Error! Bookmark not defined Hình 1.2: Quy trình thấm C thể khí Error! Bookmark not defined Hình 1.3: Chu trình thấm C chân khơng điển hình Error! Bookmark not defined Hình 2.1: Các thơng số để mơ q trình thấm Error! Bookmark not defined Hình 2.2: Các bước trình thấm Error! Bookmark not defined Hình 3.1: Mẫu thử thấm tơi sản phẩmError! Bookmark not defined Hình 3.2: Lị chân khơng đơn buồng Turbo2-Treater M Error! Bookmark not defined Hình 3.3: Kết mô thấm 910oC, %Cp = 0,9%, chiều sâu 1,0mm Error! Bookmark not defined Hình 3.4: Kết mơ thấm 910oC, %Cp = 0,9%, chiều sâu 1,01mm Error! Bookmark not defined Hình 3.5: Kết mơ thấm 950oC, %Cp = 0,9%, chiều sâu 0,73mm Error! Bookmark not defined Hình 3.6: Kết mơ thấm 950oC, %Cp = 1,0%, chiều sâu 0,8mm Error! Bookmark not defined Hình 3.7: Một chu trình thấm điển hình Error! Bookmark not defined Hình 3.8: So sánh phân bố %C theo mô thực tế Error! Bookmark not defined Hình 3.9: So sánh phân bố %C theo mô thực tế Error! Bookmark not defined Hình 3.10: So sánh phân bố %C theo mô thực tế Error! Bookmark not defined Hình 3.11: So sánh phân bố %C theo mơ thực tế Error! Bookmark not defined Hình 4.1 Đồ gá nhiệt luyện Error! Bookmark not defined Hình 4.2 Sơ đồ cơng nghệ thấm tơi bánh răng, bạc Error! Bookmark not defined Hình 4.3 Quá trình thấm mẻ 1: thấm 950oC /68phút Error! Bookmark not defined Hình 4.4: Phân bố độ cứng dọc chiều sâu lớp thấm Error! Bookmark not defined Hình 4.5 Quá trình thấm mẻ 2: thấm 950oC /68phút Error! Bookmark not defined Hình 4.6: Phân bố độ cứng dọc chiều sâu lớp thấm Error! Bookmark not defined Hình 4.7 Quá trình thấm mẻ 3: Thấm 950oC /68phút, tơi 810 oC /10barError! Bookmark not defined Hình 4.8: Phân bố độ cứng dọc chiều sâu lớp thấm Error! Bookmark not defined Hình 4.9 Quá trình thấm mẻ 4: Thấm 950oC /89phút Error! Bookmark not defined Hình 4.10: Phân bố độ cứng dọc chiều sâu lớp thấm Error! Bookmark not defined TÓM TẮT NHIỆM VỤ Mục tiêu đề tài nghiên cứu sử dụng phần mềm thấm C chân không AvaC để thấm C cho số sản phẩm khí (bánh răng, trục răng) lị chân khơng đơn buồng Turbo2 – Treater M Viện Công nghệ Đề tài nghiên cứu tổng quan cơng nghệ thấm C nói chung số đặc thù công nghệ thấm C chân không nói riêng Đề tài nghiên cứu mơ q trình thấm C chân khơng phần mềm AvaC xây dựng quy trình cơng nghệ thấm C chân không thiết bị Turbo2 – Treater M, xây dựng mối liên quan chiều sâu lớp thấm nồng độ %C bề mặt với nhiệt độ thời gian thấm Đã tiến hành thấm mẫu số sản phẩm bánh răng, trục răng, bạc xích tải Kết kiểm tra sau thấm cho thấy tương thích kết mơ kết thực tế Tuy nhiên, để kết thực tế sát với kết mô phỏng, người nhiệt luyện cần xác định xác khối lượng sản phẩm thấm để tính tốn thời gian nâng nhiệt hợp lý Các sản phẩm sau đạt độ cứng chiều sâu lớp thấm mong muốn Thấm C đưa C vào bề mặt chi tiết (chủ yếu chế tạo từ thép có hàm lượng C thấp) để tơi bề mặt có độ cứng cao chịu mài mịn tốt giữ độ dẻo dai lõi Nếu đồng thời đưa C N vào ta có cơng nghệ thấm C-N Đây cơng nghệ sử dụng phổ biến để thấm chi tiết chế tạo từ thép C thấp Có nhiều phương pháp thấm, cơng nghệ thấm C, C-N thể khí sử dụng rộng rãi có hiệu Thấm C môi trường áp suất thấp (thấm C áp suất thấp – LPC) hay gọi thấm C chân không công nghệ tiên tiến công nghệ thấm C Công nghệ với ưu điểm sản xuất tiết kiệm lượng, số nước tiên tiến sử dụng Với yêu cầu khắt khe môi trường tiết kiệm lượng, thấm C chân không ngày quan tâm phát triển Theo số liệu vài nguồn khác [1, 2], thời điểm năm 2000, thị phần thấm C chân không chiếm khoảng 1-3% số khoảng 10-15% Thị phần thấm C chân không tăng chủ yếu đầu tư thay công nghệ thấm C lạc hậu khác (thấm C thể rắn, thể lỏng) Nói để hiểu rằng, muốn thay công nghệ thấm C thể khí, cơng nghệ thấm C chân khơng cần nghiên cứu phát triển Tuy nhiên, theo nhận định số chuyên gia [3], 10 năm tới nguyên nhân giá lượng, vật tư, bảo vệ môi trường, thấm chân không đạt thị phần 30-40% Mặc dù có dự báo khả quan cho công nghệ thâm C chân khơng, nhận thấy, thấm C thể khí thấm C chân không hai công nghệ cạnh tranh đáng tiếc khơng hỗ trợ cho Đây điều không thuận lợi cho thâm nhập công nghệ thấm C chân không Ở Việt Nam, cơng nghệ thấm C chân khơng nói hồn tồn mẻ Các sở nhiệt luyện sử dụng chủ yếu công nghệ thấm C thể khí, thấm C-N thể khí Đây cơng nghệ thơng dụng tính hiệu chi phí đầu tư ban đầu thấp Ở thời điểm tại, chưa thấy sở sản xuất hay nghiên cứu công bố việc sử dụng công nghệ thấm C chân không Tuy nhiên với yêu cầu bảo vệ môi trường, tiết kiệm lượng, yêu cầu sản xuất sạch, thời gian tới công nghệ nhiệt luyện chân khơng (trong có thấm C chân khơng) có hội phát triển Hiện nay, Viện Công nghệ trang bị 01 thiết bị nhiệt luyện chân không đại cho phép thấm C chân không Viện đơn vị đầu ngành lĩnh vực nhiệt luyện, giới thiệu đưa vào ứng dụng công nghệ nhiệt luyện tiên tiến nhiệm vụ Viện Mục đích đề tài bước đầu giới thiệu công nghệ thấm C chân không thực thiết bị có Viện, ứng dụng cơng nghệ để thấm số chi tiết máy Nội dung bao gồm: Chương 1: Tổng quan công nghệ thấm C, giới thiệu sơ lược công nghệ thấm C, thấm C chân không Chương 2: Nghiên cứu công nghệ thấm C chân khơng phần mềm mơ q trình thấm AvaC hãng IPSEN cung cấp thiết bị Chương 3: Thực nghiệm thấm C chân không thiết bị có để nghiên cứu phân bố %C lớp thấm Chương 4: Ứng dụng thấm C chân không số sản phẩm để kiểm tra số tính chất (độ cứng bề mặt, chiều sâu lớp thấm) CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THẤM C 1.1 Sơ lược công nghệ thấm C Thấm C tiến hành theo nhiều phương pháp: thấm thể rắn, thể lỏng, thể khí gần thấm C áp suất thấp (LPC) Trong cơng nghệ thấm thể khí thấm áp suất thấp công nghệ sử dụng rộng rãi Thực chất công nghệ thấm C chân không thấm C thể khí với áp suất thấp vài mbar Đây cơng nghệ có chất lượng thấm tốt, dễ khí hố tự động hố, gây nhiễm mơi trường dễ dàng thay đổi thông số công nghệ 1.1.1 Nguyên lý trình thấm Quá trình thấm C (hay nói cách khác q trình C thâm nhập vào thép) trình phức tạp Tuy nhiên, dù thực điều kiện khác (thể rắn, thể lỏng, thể khí hay áp suất thấp), q trình tách thành giai đoạn là: 1- giai đoạn C ngồi mơi trường thấm thâm nhập lên bề mặt vật thấm 2- giai đoạn phản ứng sinh bề mặt 3- giai đoạn C khuếch tán vào bên Mơ hình q trình thấm C (thâm nhập C) vào thép mơ tả hình [4] Hình 1.1: Mơ hình q trình thấm C Như để kiểm sốt khống chế q trình thấm phải kiểm soát giai đoạn Kết giai đoạn ảnh hưởng đến trình thấm Tuy nhiên, trình thấm giai đoạn quan trọng nhất, khởi nguồn cho giai đoạn sau Nguồn C nguyên tử sinh từ hỗn hợp thấm C gồm: Chất thấm: CO CnH2n+2 Chất độn: CO2, N2, H2 T=950oC, Cp=1,0% 1,2 Mô phong ̉ Ham lương %C ̀ ̣ Thưc tê ̣ ́ 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,2 Khoang cach tư bê măt [mm] ̉ ́ ̀ ̀ ̣ Hình 3.11: So sánh phân bố %C theo mô thực tế 3.3.5 Kết luận kết phân bố %C Kết phân bố %C lớp thấm thực tế tương đối tương đồng với kết mô phỏng, nhiên kết chiều sâu lớp thấm thực tế thường nhỏ kết mô Điều lý giải thời gian thấm tính nhiệt độ chi tiết cịn thấp nhiệt độ lị Vì thời gian thấm thực tế ngắn thời gian thấm theo mô phỏng, kết chiều sâu lớp thấm thực tế nhỏ mô Hiện tượng hồn tồn khắc phục dễ dàng cách khống chế thời gian giữ nhiệt nhiệt độ thấm đủ để chi tiết đạt nhiệt độ lò lúc tiến hành q trình thấm 38 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG THẤM VÀ TÔI SẢN PHẨM 4.1 Chế tạo đồ gá Trong q trình thấm C chân khơng cần đảm bảo chi tiết phải xếp thơng thống, đảm bảo bề mặt cần thấm phải tiếp xúc với môi trường thấm Đặc biệt thiết bị chân không có, q trình làm nguội thựcu khí nén lưu thơng liên tục quạt, đồ gá chi tiết cần phải thiết kế đảm bảo thơng thống Ngồi ra, đồ gá phải đảm bảo chắn, chịu nhiệt độ cao Chúng tiến hành chế tạo 01 đồ gá chuyên dùng cho thiết bị Vật liệu chế tao thép chịu nhiệt 24%Cr 12%Ni, 2%Si Bộ đồ gá đúc công nghệ đúc mẫu tự thiêu Bộ đồ gá nước từ nhiệt độ 1100oC làm trước đưa vào sử dụng A A A-A Hình 4.1 Đồ gá thấm C lị chân khơng 39 Sản phẩm chọn cho thử nghiệm công nghệ thấm C chân không loại bánh răng, bạc chế tạo từ thép hợp kim thấp 20CrMo số mác thép tương đương Sản phẩm thấm thiết bị lò chân khơng đơn buồng Turbo2-Treater M tơi lị giếng điện trở Trung tâm Vật liệu 4.2 Quy trình công nghệ Các sản phẩm thấm theo sơ đồ cơng nghệ hình 4.2 Bánh Làm Lập trình phần mềm AvaC Xếp bánh lên gá Kiểm tra hệ thống thiết bị Đưa sản phẩm, mẫuvào lị Gọi khởi động chương trình Theo dõi hoạt động Kết thúc, lấy sản phẩm Kiểm tra sản phẩm, mẫu Tơi, ram lị điện trở Bản vẽ: - Độ cứng - Kích thước - Khối lượng - Nước, xà phòng - Cồn - Bằng tay - Palăng điện - Quan sát mắt - Xe nâng - Máy tính - Máy tính xưởng - Máy tính nối mạng - Xe nâng - Kiểm tra độ cong vênh - Đo %C bề mặt, chiều sâu lớp thấm - Kiểm tra độ cứng - Kiểm tra chiều sâu lớp thấm Hình 4.2 Sơ đồ cơng nghệ thấm bánh răng, bạc 40 4.3 Kết thấm sản phẩm Chúng tiến hành thấm mẻ Mẻ 1: Sản phẩm: Bánh Z20-m4, Z24-m4, Z26-m5, Z35-m5, trục Z41 Vật liệu: thép 20Cr, 20CrMo Yêu cầu: • Chiều sâu lớp thấm u cầu 0,6-0,8mm • Độ cứng sau tơi: 58-60HRC Q trình thấm: Thấm tiến hành lị chân khơng đơn buồng Turbo2-Treater M lập trình với thơng số sau: • Nhiệt độ thấm 950 oC • Hàm lượng C bề mặt Cp 1% • Chiều sâu lớp thấm 0,8mm (tính đến vị trí %C 0,4) Hình 4.3 Quá trình thấm mẻ 1: thấm 950 oC /68phút Tồn q trình thấm thực tự động Trong q trình nung nóng theo dõi nhiệt độ chi tiết để điều chỉnh thời gian giữ nhiệt đảm bảo chi tiết đạt nhiệt độ cần thiết Q trình nung nóng, thấm làm nguội ghi lại hình 4.3 Trong trường hợp sản phẩm làm nguội lị mơi trường chân khơng Sau nguội sản phẩm có bề mặt sang trắng, khơng có tượng bám muội Tơi: Sau thấm, sản phẩm xếp vào gá để nung nóng tơi lị giếng điện trở cơng suất 55KW Q trình nung nóng bảo vệ khí gas để tránh C 41 Các thơng số q trình tơi sau: • Nhiệt độ tơi 810 oC • Mơi trường tơi: dầu Kết quả: Độ cứng sản phẩm đo máy đo độ cứng cầm tay, kết bảng 4.1 Chiều sâu lớp thấm xác định mẫu thép 20CrMo kích thước Ø40×10mm thấm tơi sản phẩm Kết phân bố độ cứng thể hình 4.4 Bảng 4.1: Kết độ cứng, %C bề mặt chiều sâu lớp thấm mẻ To thấm Sản phẩm HRC %Cp Chiều sâu lớp [oC] Sau Sau thấm thấm [mm] Tên Số lượng B/r Z26 - m5 05 58 - 59 0,98 B/r Z35- m5 05 58 - 60 0,99 B/r Z20 – m4 10 59 - 61 1,01 B/r Z24 – m4 05 58 - 59 0,97 Trục Z41 01 58 - 59 0,98 950 T=950oC, Cp=1,0% 800 700 Đô cưng tê vi HV0,5 ̣ ́ ́ 0,70 Đô cưng HV0,5 ̣ ́ 600 500 400 300 200 100 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,2 1,4 1,6 Khoang cach tư bê măt [mm] ̉ ́ ̀ ̀ ̣ Hình 4.4: Phân bố độ cứng dọc chiều sâu lớp thấm 42 Từ kết trên, định kết sau: • Chiều sâu lớp thấm mẫu tẩm thực: 0,65-0,8mm • Chiều sâu lớp thấm mẫu sau (đến 550HV): 0,70mm • Độ cứng bề mặt 58 -60HRC • %C bề mặt sau thấm tương đương %C bề mặt mô 1%C Mẻ 2: Sản phẩm: Bánh Z18-m4, Z24-m4, Z26-m5, Z35-m5, trục Z35 Vật liệu: thép 20Cr, 20CrMo Yêu cầu: • Chiều sâu lớp thấm yêu cầu 0,6-8,0mm • Độ cứng sau tơi: 58-60HRC Q trình thấm: Thấm tiến hành lị chân khơng đơn buồng Turbo2-Treater M lập trình với thơng số sau: • Nhiệt độ thấm 950 oC • Hàm lượng C bề mặt Cp 1% Chiều sâu lớp thấm 0,8mm (tính đến vị trí 0,4%C) Hình 4.5 Q trình thấm mẻ 2: thấm 950 oC /68phút Q trình nung nóng, thấm làm nguội thực hình 4.5 Sau kết thúc trình thấm, sản phẩm làm nguội lị mơi trường chân khơng 43 Tôi: Sau thấm, sản phẩm xếp vào gá để nung nóng tơi lị giếng điện trở cơng suất 55KW Q trình nung nóng bảo vệ khí gas để tránh C Các thơng số q trình tơi sau: • Nhiệt độ tơi 810 oC • Mơi trường tơi: dầu Kết quả: Độ cứng sản phẩm đo máy đo độ cứng cầm tay, kết bảng 4.2.Chiều sâu lớp thấm xác định mẫu thép 20CrMo kích thước Ø40×10mm thấm tơi sản phẩm Kết phân bố độ cứng thể hình 4.6 Bảng 4.2: Kết độ cứng, %C bề mặt chiều sâu lớp thấm mẻ To thấm HRC Sản phẩm Tên Số lượng [oC] sau thấm B/r Z26 - m5 05 07 05 B/r Z24 – m4 10 02 thấm [mm] 59 - 60 Trục Z35 Sau 59 - 60 B/r Z18 – m4 Chiều sâu lớp 58 - 60 B/r Z35- m5 %Cp 58 - 59 950 59 - 61 0,93 0,75 Từ kết trên, định kết sau: • Chiều sâu lớp thấm mẫu tẩm thực: 0,70-0,80mm • Chiều sâu lớp thấm mẫu sau (đến 550HV): 0,75mm • Độ cứng bề mặt 58 - 60HRC • %C bề mặt sau khoảng 0,93%C thấp so với 1%Cp mơ phỏng, điều giải thích q trình nung tơi C khuếch tán vào bên làm giảm nồng độ %C bề mặt Tuy nhiên nồng độ %C bề mặt hợp lý để đạt độ cứng tối ưu 44 T=950oC, Cp=1,0% 800 Đô cưng tê vi HV0,5 ̣ ́ ́ 700 600 Đô cưng HV0,5 ̣ ́ 500 400 300 200 100 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,2 1,4 1,6 Khoang cach tư bê măt [mm] ̉ ́ ̀ ̀ ̣ Hình 4.6: Phân bố độ cứng dọc chiều sâu lớp thấm Mẻ 3: Sản phẩm: Bánh Z25-m5; Z26-m4,5; Z28-m4; Z32-m4,5; bạc Ø50x60 Vật liệu: thép 20Cr, 20CrMo Yêu cầu: • Chiều sâu lớp thấm yêu cầu 0,6-0,8mm • Độ cứng sau tơi: 58-60HRC Đây mẻ thấm có số bánh modul nhỏ nên thử nghiệm thấm tơi trực tiếp khí nén Q trình thấm tơi trực tiếp khí nén: Thấm tiến hành lị chân khơng đơn buồng Turbo2-Treater M lập trình với thơng số sau: • Nhiệt độ thấm 950 oC • Hàm lượng C bề mặt Cp 1% • Chiều sâu lớp thấm 0,8mm (tính đến vị trí %C 0,4) • Nhiệt độ tơi 810 oC • Áp suất khí tơi 10bar (đây áp suất khí tơi tối đa thơng dụng cho thiết bị có) 45 Hình 4.7 Q trình thấm mẻ 3: Thấm 950 oC /68phút, 810 oC /10bar Q trình nung nóng, thấm làm nguội thực hình 4.7 Trong trường hợp này, thử nghiệm khả không thép 20CrMo sau kết thúc trình thấm, sản phẩm làm nguội đến nhiệt độ 810 oC làm nguội khí nén áp suất 10bar Tương tự trường hợp nguội lị, sản phẩm có bề mặt trắng sang đẹp, khơng có tượng muội Kiểm tra độ cứng sản phẩm đạt 45-47HRC, độ cứng mẫu 52-55HRC Có thể thấy áp suất tơi 10bar chưa đủ để cứng vật liệu 20CrMo thấm Như nói với thiết bị có vật liệu thấm 20CrMo chưa thể thấm tơi khí nén để đạt độ cứng mong muốn Vì độ cứng đạt thấp yêu cầu, phải tiến hành lại Tôi: Sau thấm, sản phẩm xếp vào gá để nung nóng tơi lị giếng điện trở cơng suất 55KW Q trình nung nóng bảo vệ khí gas để tránh C Các thơng số q trình tơi sau: • Nhiệt độ tơi 810 oC • Môi trường tôi: dầu Kết quả: Độ cứng sản phẩm đo máy đo độ cứng cầm tay, kết bảng 4.3.Chiều sâu lớp thấm xác định mẫu thép 20CrMo kích thước Ø40×10mm thấm sản phẩm Kết phân bố độ cứng thể hình 4.8 46 Bảng 4.3: Kết độ cứng, %C bề mặt chiều sâu lớp thấm mẻ To thấm Sản phẩm HRC %Cp Chiều sâu lớp [oC] Sau Sau thấm [mm] Tên Số lượng B/r Z28 – m4 03 58 – 60 B/r Z25- m5 07 59 – 60 B/r Z32 – m4,5 06 B/r Z26 – m4,5 10 58 - 59 Bạc Ø50x60 60 58 - 60 950 0,75 0,90 58 – 59 T=950oC, Cp=1,0% 800 Đô cưng tê vi HV0,5 ̣ ́ ́ 700 Đô cưng HV0,5 ̣ ́ 600 500 400 300 200 100 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,2 1,4 1,6 Khoang cach tư bê măt [mm] ̉ ́ ̀ ̀ ̣ Hình 4.8: Phân bố độ cứng dọc chiều sâu lớp thấm Từ kết trên, định kết sau: • Chiều sâu lớp thấm mẫu tẩm thực: 0,65-0,80mm • Chiều sâu lớp thấm mẫu sau (đến 550HV): 0,75mm • Độ cứng bề mặt 58 -60HRC • %C bề mặt sau 0,90%C thấp so với 1%Cp mơ phỏng, điều giải thích q trình nung tơi C khuếch tán vào bên làm giảm nồng độ %C bề mặt Tuy nhiên nồng độ %C bề mặt hợp lý để đạt độ cứng tối ưu 47 Mẻ 4: Sản phẩm: Bánh Z26-m6,5; Z25-m6; Z28-m6, Z32-m6,5; trục Z51 Vật liệu: thép 20Cr, 20CrMo Yêu cầu: • Chiều sâu lớp thấm u cầu 0,8-1,0mm • Độ cứng sau tơi: 58-60HRC Q trình thấm: Thấm tiến hành lị chân khơng đơn buồng Turbo2-Treater M lập trình với thơng số sau: • Nhiệt độ thấm 950 oC • Hàm lượng C bề mặt Cp 1% • Chiều sâu lớp thấm 1,0mm (tính đến vị trí 0,4%C) Hình 4.9 Quá trình thấm mẻ 4: Thấm 950 oC /89phút Q trình nung nóng, thấm làm nguội thực hình 4.9 Trong trường hợp này, từ nhiệt độ thấm 950 oC nguội đến nhiệt độ 935 oC sau làm nguội khí áp suất 2bar đến nhiệt độ mơi trường (thường hóa) Tương tự trường hợp khác, sau nguội, sản phẩm có bề mặt trắng sáng đẹp, khơng có tượng muội Tôi: Sau thấm, sản phẩm xếp vào gá để nung nóng tơi lị giếng điện trở cơng suất 55KW Q trình nung nóng bảo vệ khí gas để tránh C Các thơng số q trình tơi sau: • Nhiệt độ 810 oC • Môi trường tôi: dầu 48 Kết quả: Độ cứng sản phẩm đo máy đo độ cứng cầm tay, kết bảng 4.4.Chiều sâu lớp thấm xác định mẫu thép 20CrMo kích thước Ø40×10mm thấm tơi sản phẩm Kết phân bố độ cứng thể hình 4.10 Bảng 4.4: Kết độ cứng, %C bề mặt chiều sâu lớp thấm mẻ To thấm HRC %Cp Chiều sâu lớp [oC] Sản phẩm sau Sau thấm [mm] Tên Số lượng B/r Z26 – m6,5 03 58 - 60 B/r Z25- m6 09 59 - 60 B/r Z28 – m6 04 B/r Z32 – m6,5 08 59 - 60 Trục Z51 04 58 - 59 950 T=950oC, Cp=1,0% 800 700 Đô cưng tê vi HV0,5 ̣ ́ ́ 0,85 0,93 59 - 61 Đô cưng HV0,5 ̣ ́ 600 500 400 300 200 100 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,2 1,4 1,6 Khoang cach tư bê măt [mm] ̉ ́ ̀ ̀ ̣ Hình 4.10: Phân bố độ cứng dọc chiều sâu lớp thấm Từ kết trên, định kết sau: • Chiều sâu lớp thấm mẫu tẩm thực: 0,85-0,95mm • Chiều sâu lớp thấm mẫu sau tơi (đến 550HV): 0,90mm • Độ cứng bề mặt 58 -60HRC • %C bề mặt sau 0,93%C 49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - Đề tài hoàn thành đầy đủ nội dung đề ra, cụ thể: 1- Nghiên cứu tổng quan công nghệ thấm C, thấm C chân không, nguyên lý bản, thông số chủ yếu công nghệ thấm C thấm C chân không 2- Nghiên cứu xây dựng quy trình cơng nghệ thấm C chân khơng thực nghiệm thấm C cho thép hợp kim thấp 20CrMo thiết bị lị chân khơng đơn buồng Turbo2-Treater M phần mềm mơ q trình thấm AvaC 3- Nghiên cứu phân bố %C lớp thấm C chân không phương pháp phát xạ nguyên tử lát cắt theo chiều sâu lớp thấm Kết cho thấy tương thích mơ thực tế Tuy nhiên để kết thực tế sát với kết mơ việc xác định khối lượng sản phẩm, diện tích bề mặt thấm thời gian nâng nhiệt cần tiến hành xác 4- Đã tiến hành thấm thử khoảng 50 sản phẩm, sản phẩm sau dầu đạt yêu cầu đặt độ cứng chiều sâu lớp thấm - Tiến hành thử nghiệm sản phẩm thấm bánh modul m = 4-5, thép 20CrMo, áp suất 10bar kết cho thấy với bánh m = 4-5 thép 20CMo chưa thể sử dụng công nghệ thấm C chân không trực tiếp khí nén thiết bị có Để sử dung thiết bị để thấm C khí nén lựa chọn vật liệu hợp kim cao chi tiết có kích thước bé - Với hệ thống thiết bị lị chân khơng đơn buồng tại, công nghệ nhiệt luyện phù hợp cho loại sản phẩm thấm chế tạo từ thép thấm hợp kim thấp thép bon thấm C chân không nhiệt độ khoảng 950 oC, thường hóa (tơi áp suất 2bar) tơi nhiệt độ 810 oC làm nguội dầu - Đây công nghệ cần nghiên cứu để lựa chọn vật liệu sản phẩm phù hợp để tiến hành thấm C chân khơng kết hợp tơi khí nén thấm C chân không tần số 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO S Bruce, Low-Pressure Carburising Systems: A Review of Current Technology, www.secowarwick.com G Prunel, B Stauder, The Advantages of Low Pressure Carburizing in the Heat Treatment Subcontracting Business, www.houstonheatreat.com Matthew Jaster, Why Vacuum Carburizing? Heat Treattment Offers Advantages Over Conventional Methods, Gear Technology, March/April 2010, www.geartechnology.com Karabelchtchikova, Fundamentals Of Mass Transfer In Gas Carburizing, November 2007 K Thelning, Steel and its Heat Treatment, Second Edition Butterworths, 1984 Nguyễn Văn Tư, Xử lý bề mặt, Trường Đại học Bách khoa Hà nội, 1999 Iwata Hitoshi, Advanced Acetylene Vacuum Carburizing, IHI Engineering Review Vol.38 No.2 (2008) R.U Khan, Vacuum Gas Carburizing with Acetylene-Gas Phase Modeling of a Bench Scale Reactor, Journal of Pakistan Institute of Chemical Engineers, Vol.XXXVII (2009) Advances in Thermo-Chemical Diffusion Processes, www.ipsenusa.com 10 Vacuum Heattreatment, www.tusdec.org.pk 11 Janus Kowalewski, Economic Aspects of Vacuum Carburizing, Vacuum/Surface Treating, January 2006, IndustrialHeating.com 12 Herwig Altena, Low Pressure Carburizing with High Preussure Gas Quenching, Gear Technology March/April 2004, www.geartechnology.com 13 M Jung, Predictive Model for the Carbon Concentration Profile of Vacuum Carburized Steels with Acetylene, Metals and Materials International Vol.15, No.6 (2009) 14 D.H Herring, Selecting the Best Carburizing Method for the Heat Treatment of Gears, www.metalimprovement.com 15 Vacu-Prof 4.0, User Manual 16 Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 5747: 2008 17 International Standard ISO 2639: 2002 51 MỘT SỐ HÌNH ẢNH SẢN PHẨM SAU THẤM 52 ... đưa vào ứng dụng công nghệ nhiệt luyện tiên tiến nhiệm vụ Viện Mục đích đề tài bước đầu giới thiệu công nghệ thấm C chân khơng thực thiết bị có Viện, ứng dụng công nghệ để thấm số chi tiết máy Nội... gọi thấm C chân không công nghệ tiên tiến công nghệ thấm C Công nghệ với ưu điểm sản xuất tiết kiệm lượng, số nước tiên tiến sử dụng Với yêu cầu khắt khe môi trường tiết kiệm lượng, thấm C chân. .. Thực nghiệm thấm C chân khơng thiết bị có để nghiên cứu phân bố %C lớp thấm Chương 4: Ứng dụng thấm C chân không số sản phẩm để kiểm tra số tính chất (độ cứng bề mặt, chi? ??u sâu lớp thấm) CHƯƠNG