Nghiên cứu và mô phỏng quá trình thẩm thấu nitơ cho một số hợp kim sắt-cacbon dùng trong chế tạo chi tiết

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ XÂY DỰNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH THẨM THẤU NITƠ CHO MỘT SỐ HỢP KIM SẮT – CACBON DÙNG TRONG CHẾ TẠO CHI TIẾT MÁY” Mã số: 04.08 RDBS Người chủ trì thực hiện: Th.S. Hoàng Minh Thuận 7735 01/3/2010 Uông Bí – 2008 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ XÂY DỰNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH THẨM THẤU NITƠ CHO MỘT SỐ HỢP KIM SẮT – CACBON DÙNG TRONG CHẾ TẠO CHI TIẾT MÁY” (Thực hiện theo Hợp đồng số 04.08 RDBS/HĐ-KHCN ngày 31 tháng 3 năm 2008 giữa Bộ Công Thương và Trường CĐ Công nghiệp và Xây dựng) Người chủ trì thực hiện: Th.S. Hoàng Minh Thuận Danh sách các thành viên tham gia: TT Họ và tên Học hàm, học vị Cơ quan 1 Lương Văn Tiến Thạc sỹ Trường CĐ Công nghiệp và Xây Dựng 2 Nguyễn Văn Bản Thạc sỹ Trường CĐ Công nghiệp và Xây Dựng 3 Đào Quang Kế PGS.TS Khoa Cơ – Điện, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội 4 Nguyễn Văn Nghĩa Thạc sỹ Khoa Cơ – Điện, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội 5 Phạm Thị Hằng Kỹ sư Khoa Cơ – Điện, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội 6 Lục Vân Thương Kỹ sư PTN Công nghệ Hàn & XLBM, Viện Nghiên cứu Cơ khí Uông Bí – 2008 1 MỞ ĐẦU Nước ta đang đi vào thời kỳ Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá đất nước với nền kinh tế thị trường và đang phát triển với nhịp độ cao. Các ngành công nghiệp như: Cơ khí động lực, khai thác mỏ, chế biến, ngành hàng không… đang được chú trọng đầu tư và phát triển nhanh. Nhu cầu bức thiết được đặt ra là phải phát huy nội lực trong nước, tạo nên các sản phẩ m cơ khí mang nhãn hiệu Việt Nam. Vấn đề cơ bản là phải tập trung nghiên cứu và ứng dụng các phương pháp công nghệ mới vào thiết kế chế tạo cơ khí. Cùng với việc ứng dụng các công nghệ chế tạo hiện đại với CAD/CAM/CNC, cần đẩy mạnh nghiên cứu ứng dụng các công nghệ tạo phôi tiên tiến – công nghệ hàn, công nghệ đúc và công nghệ gia công áp lực. Nhưng để bảo đả m chất lượng sản phẩm cơ khí với các yêu cầu cao về độ bền mỏi, độ chống mài mòn và ăn mòn, phải sử dụng các công nghệ xử lý bề mặt. Rất nhiều chi tiết, yêu cầu bề mặt có độ cứng cao, tính chống mài mòn và ăn mồn tốt, cần sử dụng các công nghệ nhiệt luyện bề mặt, kể cả công nghệ phun phủ. Nhưng các công nghệ này cũ ng chỉ có thể giải quyết được một phần yêu cầu. Một công nghệ mang tính truyền thống gần thế kỷ nay, công nghệ thấm kim loại và phi kim loại trên bề mặt chi tiết cũng đang được thế giới nghiên cứu cải tiến, đổi mới. Công nghệ thấm cacbon, thấm nitơ, thấm cacbon- nitơ được hiện đại hóa và tự động hóa, mang lại hiệu quả kinh tế rất cao. Các nước đã và đạng tiếp tục nghiên cứu, cải tiến và hoàn thiện công nghệ thấm cacbon, thấm nitơ, đồng thời đưa công nghệ hiện đại thấm nitơ plasma vào sản xuất. Nhờ đó mở rộng được đối tượng thấm. Không chỉ cho một số loại thép hợp kim, còn có thể thấm cho thép không gỉ, cho một số loại gang Độ cứng của lớp thấm nitơ th ường cao hơn độ cứng của lớp thấm cacbon và có thể giữ đến nhiệt độ 600 ÷ 650 o C, trong khi đó độ cứng cao của lớp thấm cacbon chỉ giữ được đến 200 ÷ 250 o C. Ở Việt Nam những năm gần đây, theo xu hướng mới của thế giới, đặc biệt là những nước có nền công nghiệp phát triển, Trung tâm Khoa học công nghệ Cơ học máy Thuỷ lợi - Trường Đại học Thuỷ lợi đã nghiên cứu và ứng dụng thành công công nghệ thấm nitơ, là công nghệ thấm nitarid. Sở dĩ công nghệ nitarid đảm bảo được vệ sinh môi trường là nhờ việc s ử dụng các hỗn hợp thấm nitơ không chứa muối xianua và đưa vào sử dụng chất tái sinh có khả năng phục hồi hoạt tính của bể thấm. Hiện nay, tại Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Hàn và Xử lý bề mặt - Viện Nghiên cứu Cơ – Bộ Công thương đã được đầu tư một thiết bị về thấm nitơ plasma do Đức sản xuất. S ử dụng công nghệ thấm nitơ plasma hay còn gọi là thấm nitơ thể ion. Trong nhiệm vụ phát triển kinh tế – xã hội, việc nâng cao hiệu quả chất lượng chi tiết cơ khí là một trong những nhiệm vụ quan trọng. Chất lượng và tuổi thọ của máy móc, thiết bị thì phụ thuộc rất lớn vào chất lượng 2 chi tiết cơ khí. Việc áp dụng công nghệ thấm nitơ plasma góp phần đáng kể vào mục tiêu nâng cao chất lượng sản phẩm của ngành cơ khí nói riêng và ngành công nghiệp nói chung. Với việc đưa phương pháp thấm nitơ plasma vào thay thế một số phương pháp thấm tôi khác sẽ góp phần làm tăng chất lượng và tuổi thọ chi tiết, giảm ô nhiễm môi trường phục vụ hiệu quả cho các ngành công nghiệp. Hiện nay, tại các xí nghi ệp sửa chữa thiết bị xây dựng và vận tải của Quảng Ninh cần rất nhiều phụ tùng thay thế các chi tiết chịu mài mòn như: Vòng găng xi lanh, trục ăc, trục chưa thập, Các chi tiết này còn khả năng chịu bền, nhưng bị mòn và phải thay. Lượng thay thế hàng năm rất lớn. Chỉ cần tăng tuổi thọ chịu mài mòn trên 10% thì đã đem lại ích lợi kinh tế cho xí nghi ệp vận tải rất lớn, do kéo dài thời gian phục vụ của thiết bị, giảm thiếu thời gian sửa chữa. Nếu công nghệ được nghiên cứu và bảo đảm, các xí nghiệp cơ khí tại Uông bí, Quảng Ninh sẽ nhận triển khai ứng dụng. Đề tài "Nghiên cứu và mô phỏng quá trình thẩm thấu nitơ cho một số hợp kim Fe-C dùng trong chế tạo một số chi tiết máy" được mở ra là một việc rất cần thiết. 3 Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ thấm nitơ trong điều kiện Việt Nam, xác định các quy luật cơ bản, các yếu tố công nghệ thông qua thực nghiệm khoa học và mô phỏng quá trình thẩm thấu nitơ vào trong một số thép, từ đó có thể chuyển giao công nghệ, đưa vào ứng dụng cho các cơ sở sản xuất vừa và nhỏ. Nội dung nghiên cứu: - Tổng quan tài liệu về công nghệ th ấm nitơ cho hợp kim; - Nghiên cứu sự khuếch tán của Nitơ và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khuếch tán; - Mô phỏng, kiểm tra quá trình khuếch tán và thấm trong một số trường hợp cụ thể, sử dụng phần mềm để khảo sát quá trình khuếch tán, tôí ưu quá trình công nghệ; - Xây dựng quy trình công nghệ, hoàn thiện hệ thống thiết bị thấm nitơ cho một số hợp kim sắt-cácbon dùng trong chế tạ o chi tiết máy; - Kiểm tra thử nghiệm thực tế một số chi tiết cụ thể. 4 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THẤM NITƠ Thấm Nitơ là một dạng hóa nhiệt luyện – một công nghệ xử lý tăng bền bề mặt chi tiết làm bằng thép. 1.1. Khái niệm về hóa nhiệt luyện Hoá nhiệt luyện kim loại và hợp kim loại là quá trình nhiệt luyện bao gồm nung chi tiết và giữ nhiệt ở nhiệt độ nhất định trong môi trường hoạt tính nhằm thay đổi thành phần hoá học, tổ chức và tính chất bề mặt của chi tiết. Hoá nhiệt luyện là một trong những biện pháp hoá bền có hiệu quả và được sử dụng rộng rãi cho nhiều loạ i chi tiết máy, dụng cụ, dao cắt, khuôn dập nguội, khuôn dập nóng,… Hai tác dụng của hoá nhiệt luyện là: - Hoá bền bề mặt chi tiết: tăng độ cứng bề mặt, độ chống mài mòn, độ bền chi tiết tăng lên đáng kể sau khi hoá nhiệt luyện. - Tăng khả năng kim loại chống tác dụng của môi trường xâm thực ở nhiệt độ bình thường và nhiệt độ cao. Tăng độ chị u mài mòn, độ chống xâm thực, độ chịu axit, độ bền nhiệt. So với tôi bề mặt, hoá nhiệt luyện có những ưu điểm chính sau: có thể áp dụng cho những chi tiết có hình dáng bề mặt phức tạp, mà tôi bề mặt khó tiến hàng, thậm chí không thể thực hiện được. Trong quá trình hoá nhiệt luyện thể tích riêng của bề mặt tăng gây ra ứng suất nén dư, ứng suất này có tác dụng làm giảm giá trị ứng suất kéo của ngoại lực trong quá trình làm việc của chi tiết. Việc tăng độ chống mài mòn bề mặt tạo khả năng tăng tốc độ quay của máy, tăng năng suất và tuổi bền của máy. Hóa bền bề mặt chi tiết có thể đạt được bằng các phương pháp khác: tôi bằng tần số cao, tôi ngọn lửa Song việc hoá bền bề mặt chi tiết bằng hoá nhiệ t luyện có nhiều ưu việt, tạo cho nó có khả năng ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực. Có thể áp dụng cho những chi tiết có hình dáng bề mặt phức tạp, mà tôi bề mặt khó tiến hành, thậm chí không thể thực hiện được. Hoá nhiệt luyện có thể thay đổi đồng thời cả thành phần hoá học lẫn tổ chức lớp bề mặt nên có thể đạt độ cứng cao hơn hẳn so với bề mặt. Có thể áp dụng cho các chi tiết chịu mài mòn và va đập mạnh. Những quá trình xẩy ra khi hoá nhiệt luyện Thông thường khi hóa nhiệt luyện, người ta đạt chi tiết trong môi trường lỏng hoặc khí có khả năng phân huỷ ra nguyên tử hoạt tính của nguyên tố khuếch rồi nung nóng chúng lên nhiệt độ thích hợp, giữ lâu ở nhiệt độ này để khuếch tan các nguyên tố cần thấm vào chi tiết. Các quá trình xẩy ra theo 3 giai đoạn nối tiếp nhau: phân huỷ,hấp thụ và khuếch tán. Phân huỷ là quá trình tạo nguyên tử hoạt tính của nguyên tố khuếch tán. Quá trình này xẩy ra trong môi trường hoá nhiệt luyện và các nguyên tử hoạt tính được tạo thành có khả năng khuếch tan vào bề mặt kim loại. 5 N ồng độ % 1 (KT) < (HT) 2 ( KT ) > ( HT ) Khoảng cách từ bề mặt Khi thấm cacbon quá trình xẩy ra như sau: 2CO <=> CO 2 + [C] CH 4 <=> 2H 2 + [C] Khi thấm Nitơ sử dựng chất thấm NH 3 : 2NH 3 <=> 3H 2 + 2[N] Hấp thụ là các nguyên tử hoạt tính được hấp thụ vào bề mặt chi tiết sau đó dùng khuếch tán vào bên trong kim loại cơ sở, tạo nên dung dịch rắn hoặc các pha trung gian hoặc các hợp chất hoá học. Kết quả của sự hấp thụ là tạo nên ở bề mặt thép có một nồng độ nguyên tố định khuếch tan vào cao, tạo nên sự chênh lệch về nồng độ giữa bề mặt và lõi. Khuếch tán là các nguyên tố hoạt tính hấp thụ vào lớp bề mặt với nồng độ cao sẽ được khuếch tán vào trong tạo thành lớp thấm với chiều sâu nhất định, Nhờ khuếch tan, lớp thấm được tạo thành và nó là cơ sở của hoá nhiệt luyện. Chiều dày lớp khuếch tán phụ thuộc vào thời gian, nhiệt độ và nồng độ chất khuếch tan ở lớp bề mặt. Ba giai đoạn phân hủy, hấp thụ, khuếch tán có liên quan mật thiết với nhau và có ảnh hưởng đến quá trình hoá nhiệt luyện. Nếu quá trình phân hủy xảy ra nhanh hơn hấp thụ thì những nguyên tử hoạt tạo thành không hấp thụ kịp sẽ trở nên không hoạt tính nữa, lúc này nó cản trở sự hấp thụ tiếp theo vì thế ảnh hưởng tới tốc độ của quá trình. Ngược lại khi các nguyên t ử hoạt tạo thành không đủ để hấp thụ thì thời gian hoá nhiệt luyện phải kéo dài. Trường hợp tốt nhất là tốc độ phân huỷ bằng tốc độ hấp thụ. Trong thực tế thường gặp hiện tượng trên bề mặt chi tiết sau khi thấm cacbon có muội bồ hóng. Điều đó chứng tỏ các nguyên tử cacbon hoạt tạo thành trong giai đoạn phân huỷ không hấp thụ k ịp. Tương quan giữa hấp thụ và khuếch tán có ảnh hưởng rất lớn đến việc tạo thành lớp khuếch tán. Khi hấp thụ xảy ra nhanh hơn khuếch tán, các nguyên tử hấp thụ vào bề mặt không kịp khuếch tán vào trong nên nồng độ chất khuếch tán ở lớp bề mặt rất cao nhưng chiều sâu lớp khuếch tán lại nhỏ (hình 1.1 “1”). Ngược lại, trong trường hợp khuếch tán nhanh hơn h ấp thụ thì nồng độ chất khuếch tán ở lớp bề mặt thấp nhưng chiều sâu lớp khuếch tán lại lớn (hình 1.1 “2”). Hình 1.1. Ảnh hưởng của khuếch tán đến nồng độ và chiều sâu lớp thấm 6 1.2. Đặc điểm của hoá nhiệt luyện Có nhiều phương pháp hoá nhiệt luyện. Dựa vào đặc tính thay đổi thành phần hoá học, các dạng hoá nhiệt luyện có thể chia thành ba nhóm: - Làm bão hoà bằng các á kim. - Làm bão hoà bằng các kim loại. - Tách các nguyên tố ra khỏi kim loại bằng khuếch tán. Đặc điểm: - Có thể áp dụng cho tất cả các chi tiết, kể cả những chi tiết có hình dáng phức tạp khi không dùng được các phương pháp hoá bền bề mặ t khác. - Tính chất của lớp bề mặt và trong lõi chi tiết rất khác nhau, do thành phần hoá học của chúng cũng khác nhau sau khi thấm. - Tăng độ cứng, độ bền, tính chống mài mòn và độ bền mỏi của chi tiết nhưng hiệu quả đạt được cao hơn so với tôi bề mặt. Mục đích này đạt được bằng các phương pháp thấm C, thấm N 2 , thấm xianua, thấm B… - Nâng cao tính chống ăn mòn điện hoá và hoá học, chống oxy hoá ở nhiệt độ cao, tăng khả năng chịu axít của lớp bề mặt chi tiết. Để đạt được các mục đích này người ta dùng các phương pháp thấm nhôm, thấm silic, [1] 1.3. Công nghệ thấm cacbon Quá trình làm bão hoà bề mặt thép bằng cacbon nhằm nâng cao độ cứng, khả năng chống mài mòn và giới hạn bền của lớp bề m ặt. Sau khi hấm cacbon, sản phẩm phải tôi thành dạng cấu trúc mactenxit và ram thấp. Theo trạng thái của môi trường thấm, phân ra thấm cacbon thể rắn, thể khí, thể lỏng và thể bột nhão. Thấm cacbon là dạng hoá nhiệt luyện được dùng rộng rãi cho các chi tiết làm bằng thép có hàm lượng cacbon thấp (nhỏ hơn 0,3%). Ở Việt Nam, công nghệ này được sử dụng rộng rãi từ những năm 60 thế kỉ 20 cho các loại chi tiết như trục, bánh r ăng, chốt, phụ tùng xe đạp, v.v Chất thấm cácbon Hỗn hợp của một số chất dùng để tạo nguyên tử cacbon hoạt tính cần cho quá trình thấm cacbon. Tuỳ thuộc vào trạng thái chất thấm mà thành phần sẽ khác nhau. Chất thấm cacbon thể rắn gồm than gỗ (85 ÷ 90%), chất xúc tác BaCO 3 , Na 2 CO 3 (15 ÷ 10%) hoặc K 4 Fe(CN) 6 (3 ÷ 5%) và một số chất phụ gia khác như bột than cốc để tăng độ bền; vôi sống để chống dính kết. Chất thấm cacbon thể khí là hỗn hợp của cacbon oxit (CO) và hiđrocacbon (CH 4 , C 2 H 8 , v.v ). Chất thấm cacbon thể lỏng gồm các muối BaCl 2 , NaCl và NaCN hay SiC. 1.4. Công nghệ thấm cacbon – nitơ Quá trình làm bão hoà đồng thời bề mặt chi tiết bằng cacbon và nitơ nhằm nâng cao độ cứng, khả năng chống mài mòn và giới hạn bền mỏi. Theo trạng thái của môi trường thấm, phân ra thấm C-N thể rắn, thể lỏng và thể khí. Thấm C-N thể lỏng thực hiện trong muối xianat nóng chảy nên còn gọi là thấm xianat. Theo nhiệt độ, chia ra: thấm C-N nhiệt độ thấp dùng cho 7 dụng cụ cắt gọt và khuôn dập làm bằng thép hợp kim cao; thấm C-N nhiệt độ cao dùng cho các chi tiết máy thay cho thấm cacbon. Thấm C-N nhiệt độ thấp tiến hành sau khi nhiệt luyện (tôi + ram cao); thấm C-N nhiệt độ cao tiến hành trước khi nhiệt luyện (tôi + ram thấp) . 1.5. Công nghệ thấm nitơ 1.5.1. Lịch sử phát triển Trong những năm đầu của thế kỷ 20, Adoloph Machlet làm việc cho một công ty khí đốt ở Mỹ ở Elizabeth, NJ. Anh đã được công nh ận là nhà công nghệ xử lý độ cứng bề mặt. Qua thử nghiệm, không bao lâu Machlet đã khám phá ra đó là Nitơ hòa tan trong sắt. Nitơ khuếch tán tạo ra độ cứng bề mặt tương đối trong các loại thép thường hoặc thép hợp kim thấp và đặc biệt nó cải thiện được khả năng chống ăn mòn. Bằng sáng chế đầu tiên đánh dấu cho sự phát triển của quy trình nitriding đã được ứng dụng vào tháng 3 n ăm 1908 tại Elizabeth, NJ. Bằng sáng chế này được cấp lại lần cuối cùng vào tháng 6 năm 1913, sau 5 năm kể từ lần đầu được ứng dụng. Machlet đã làm việc một số năm trước khi bằng sáng chế được đưa vào sử dụng và tiếp tục phát triển cả về quy trình mới và sự hiểu biết của ông về kết quả quá trình luyện kim. Mặc dù vậy, phát minh của ông về quy trình nitriding không được ứng dụng rộng rãi và dần mất đi Ở Châu Âu, Adolph Fly, một chương trình nghiên cứu tương tự diễn ra tại Krupp ở Essen. Đây là chương trình đã ghi dấu ấn bởi Dr.Adolph Fly trong năm 1906. Giống như Machlet, Fly thừa nhận nitơ có thể hòa tan trong sắt ở nhiệt độ cao. Ông cũng công nhận, việc làm của ông đó là nghiên cứu ảnh hưởng luyện kim tới nguyên tố phi kim mạnh và kết quả là hiệ u suất. Sáng chế đầu tiên của Fly được ứng dụng vào năm 1921, ba năm sau khi chiến tranh thế giới lần thứ nhất kết thúc. Bằng sáng chế của ông đã tiếp tục được công nhận như vậy vào tháng 3 năm 1924. Ông sử dụng công nghệ tương tự của Machlet, nguồn gốc Nitơ có thể phá vỡ bằng nhiệt từ đó giải phóng nitơ cho phản ứng và khuếch tán. Cũng giống như Machlet, Fly sử dụng NH 3 là nguồn khí, nhưng ông không sử dụng H 2 … Như vậy có sự phát triển quy trình nitriding khí ở trạng thái đơn giản. Fly chuyên sâu vào nghiên cứu tác động của các yếu tố hợp kim đến độ cứng bề mặt. Phát minh của ông đó là trong quy trình nitriding để đạt được độ cứng bề mặt cao chỉ có thép chứa các thành phần như: Cr, Mo, Al, V, và W. Ngoài ra ông còn nhận ra rằng nhiệt độ trong quy trình quyết định đến độ sâu (ngấu) và sự nhiệt luyện của bề mặt thép. Quá trình gia công bề mặt thép ở nhiệt độ cao gây ảnh hưởng tới hình dạng của thép đó là “mạng nitride” được biết ngày nay. Do thép hợp kim cao không sẵn có để nitriding, Fly chịu trách nhiệm tìm ra nhóm thép cho phù hợp. Đó là loại thép được thiết kế đặc biệt như 8 các loại thép nitriding. Ngày nay các loại thép Nitralloy là rất đặc biệt. Ở Mỹ, sau bài tham luận của Fry tại cuộc hội thảo Hội các nhà thiết kế chế tạo (SME) năm 1927, Các nhà luyện kim Mỹ băt đầu tìm hiểu về các tham số trong quá trình nitriding và các hiệu ứng của hợp kim trong quá trình nitriding của các loại thép. McQuaid and Ketcham. Các nhà luyện kim H.W. McQuaid and W.J.Ketcham thuộc công ty Timken Detroit Axle ở Detroit. Giai đoạn nghiên cứu được hoàn thành trong 2 năm, và kết thúc vào năm 1928. Tổng quan, công việc chú trọng vào xử lý nhiệ t độ. Nhiệt độ được lựa chọn trong phạm vi từ 540 ÷ 650 0 C. Còn Machlet, phạm vi lựa chọn từ 480 ÷ 980 0 C. McQuaid và Ketcham kết luận quá trình nitriding ở nhiệt độ cao có tác động tới độ cứng trong lõi của thép hợp kim nhưng tác động nhỏ vào khả năng nitride ở nhiệt độ đó. Năm 1950, nhà vật lý Dr Claude Jones và Dr. Derek Sturges, cùng với Stuart Martin phát triển công nghệ thấm Nitơ ion đầu tiên ở Mỹ. Từ đó ứng dụng công nghệ thấm nitơ - plasma để thay đổi tính chất của vật liệu và chi tiết máy.[12] Ở Đức, công nghệ thấm nitơ - plasma được bắt đầu bởi nhà vật lý học người Đức, Dr Wehnheldt. Năm 1932, thuật ngữ “glow discharge” (sự phóng điện phát sáng) được ông sử dụng khi nghiên cứu công nghệ thấm nitơ. Sau đó Wehnheldt cộng tác với nhà vật lý học người Thụy Sĩ và nhà buôn người Đức, Dr Bernhard Berghaus. Họ cùng nhau nghiên cứu công nghệ thấm nitơ - plasma và sau đó thành lập công ty Klocker Ionen GmbH, chế tạo thiết bị thấm nitơ ion. Công nghệ thấm nitơ ion của Wehnheldt và Berghaus đã thành công trong các ngành công nghiệp Đức trong suốt chiến tranh thế giới thứ II. Mặc dù vậy nó vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi vì công nghệ mới này bị coi là quá phức tạp, quá đắt và không đáng tin cậy để đảm bảo chắc chắn lợi ích mang lại. Mãi đến năm 1970, công nghệ thấm nitơ - plasma được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt là ở Châu Âu. Nh ững ưu điểm của nó dần được chứng minh trong thực tế. Tại Việt Nam, trước đây đã có thấm cacbon thể rắn, bằng công nghệ thủ công lạc hậu và gây ô nhiễm môi trường. Tiếp sau sử dụng thấm C-N bằng lò muối với chất thấm là xianua. Công nghệ này tuy đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật, cho chất lượng cho sản phẩm nhưng lại gây độ c hại cho người sản xuất. Công nghệ đã bị cấm. Một công nghệ thấm nitơ thể khí đã được ứng dụng lâu nay ở Việt Nam. Công nghệ này tuy có tiến bộ hơn, ít gây ô nhiễm, nhưng hiệu quả thấm chưa hoàn toàn đáp ứng yêu cầu, về độ cứng, về độ đồng đều và về chủng loại vật liệu cần thấm. 1.5.2. Công nghệ thấm nit ơ Thấm nitơ là quá trình khuếch tán Nitơ nguyên tử vào bề mặt kim loại. Lượng Nitơ trong tự nhiên khá lớn nhưng chúng chủ yếu tồn tại ở dạng phân tử, trơ về mặt hóa học, ngoài ra, kích thước của phân tử này quá lớn để có thể khuếch tán qua bề mặt vật liệu. Do đó, kỹ thuật thấm nitơ tập [...]... Thộp hp kim thp th thoi hn, thộp hp kim cao th dc hn Cỏc nguyờn t to nitrit (cỏc nguyờn t hp kim) l cỏc yu t chớnh nh hng n cng v chiu sõu lp thm ca cỏc thộp hp kim Thộp hp kim thp cú chiu sõu lp thm ln hn nhng cng tng cng thp hn thộp hp kim cao Cú s chuyn tip t t gia lp c nitrit v lừi vt liu õy l tớnh cht tt cho nhng chi tit chu ti trng ln, va chm mnh Thộp hp kim khụng g vi thnh phn hp kim cao,... 2.3.5 Vt liu thm Chi tit sau khi thm nit - plasma cú lp ph ngoi cng, cng trờn b mt chi tit gim dn theo chiu sõu n lừi Hỡnh 2.8 S thay i cng ca cỏc thộp hp kim theo chiu sõu lp thm 29 Gang Thộp dng c lm vic trong iu kin nhit thp Thộp khụng g 17% Cr Thộp ó x lý nhit Gang xỏm Thộp dng c lm vic trong iu kin nhit cao Thộp cacbon T th cho thy vi nhng thộp khỏc nhau thỡ cng thay i theo chiu sõu lp thm... st ferrit rt nhiu Minh chng cho iu ny 5900C khi thm nito thỡ hm lng N i vo thộp lờn ti 2,35% trong khi ú hm lng N cc i trong st ferrit ch cú 0.1% 12 Trong nhng nguyờn t hp kim húa c bn cú kh nng hũa tan N ớt nhiu khỏc nhau trong ú Mangan l mt trong nhng nguyờn t lm tng hũa tan nito vo trong thộp mnh nht iu ny phự hp vi kt qu nghiờn cu ca Beer ch ra kh nng hũa tan N vo trong ferro-Mn tng t 0.05% (nu... nng cha ti trng cho chi tit ln hay nh - S trn ln tt - D dng mang chi tit vo lũ [13] Hỡnh 1.6 Lũ hỡnh chuụng Hỡnh 1.7 Lũ 2 ỏy b) Lũ 2 ỏy - V c trng vn ging nh lũ chuụng - Trong khi x lý ỏy ny thỡ chi tit cho ra ỏy kia - Cú h thng t ng nõng lũ lờn trong 24h iu khin - Lũ 2 ỏy cú kớch thc ln [13] c) Lũ cú 2 vt cha - Cú kh nng lm vic liờn tc - u im l thựng cha cú kh nng mang ti ln v cha c chi tit di Hỡnh... thnh phn ca hn hp khớ cho thớch hp lp trng ca b mt chi tit sau khi thm cú t chc hay Nu chi tit lm vic trong iu kin chu lc ln, va chm mnh hoc c m, ph sau khi thm thỡ thnh phn khớ khi thm cú khong 15 ữ 30% N2 lp trng cú t chc Cũn s dng hn hp khớ vi t l 60 ữ 70 % N2, 1 ữ 3 % CH4 lp trng cú t chc cho nhng chi tit lm vic trong iu kin b n mũn ln Bng 2.1 H s khuch tỏn ca nit trong cỏc pha khi thm nit... trong mi trng hp - Thm c nhng chi tit cú hỡnh dng hỡnh hc phc tp - Gim nhit cung cp cho quỏ trỡnh thm xung thp nht - B mt c x lý nhiu nht Hỡnh 1.5 Mụ t xung plasma 1.6.3 Quỏ trỡnh ELTROPUL Quỏ trỡnh ELTROPUL cú cỏc thụng s c vi iu chnh v ỏnh giỏ trong sut quỏ trỡnh nhit luyn cho sn phm cú tớnh cht tt nht Chi tit c nung núng trong thi gian ngn nht, bi s bc x hay khớ tr trong chõn khụng, vi dũng i lu... plasma c t ng gii hn t trc ti giỏ tr cn thit m bo ng u nhit cho chi tit v cho phộp np vo lũ vi s lng chi tit ln nht cú th Hn na, giỏ tr ngun nh nht s ngn cn c s quỏ nhit ca nhng chi tit quỏ mng (hin tng thng xy ra vi cỏc quỏ trỡnh cú thi gian tn ti xung ngn) 15 - Quỏ trỡnh ELTROPUL m bo c lp nitrit c chc Trong cựng mt quỏ trỡnh cú th thm c nhng chi tit vi cỏc kớch thc hỡnh hc khỏc nhau - u im na ca cụng... th trong mụi trng chõn khụng plasma cú th c phỏt ra nhit thp Trong cụng ngh thm nit xung plasma thỡ plasma c sinh ra trong bung chõn khụng gia khong khụng gian ca catt (chi tit) v ant (tng lũ) Di in ỏp cao khong vi trm vụn khớ c ion hoỏ tr thnh dũng khớ dn in (plasma) Mt dũng tng khi in ỏp tng [10, 12, 13,] B mt x lý bng plasma u tiờn s dng cụng ngh DC plasma (plasma sinh ra bi in ỏp mt chiu) trong. .. mũn cao v tr nờn giũn, d trúc b Cỏc chi tit thộp hp kim thm nit thng dựng thộp hp kim c bit vi cỏc nguyờn t nh Cr, Mo, Al chỳng cú ỏi lc vi nit mnh hn st v cỏc nitrớt ny khụng nhng cú cng cao nh nitrit st m cũn cú tớnh phõn tỏn ln, n nh nhit cao Do ú lp thm cú cng v tớnh chng mi mũn rt cao, chc, khụng trúc Khi thm nit cho thộp hp kim s to thnh nhng nitrit hp kim nh mn (Cr2N, Mo2N, AlN) nờn lm tng... nguyờn t kim loi c s Nguyờn t khuch tỏn y nguyờn t cnh nú ra v chim ly nỳt 24 mng, lm nguyờn t ny dch chuyn gia cỏc nỳt mng Hỡnh 2.1 S biu th cỏc c ch khuch tỏn Trong ú: 1 - Nỳt trng; 2 Xen k cỏc nỳt mng; 3 - Gia cỏc nỳt mng bng cỏch y; 4 - i ch; 5 - Vũng (vũng en biu th nguyờn t khuch tỏn, vũng trng biu th nguyờn t kim loi c s) Trong c ch thay th (c ch 4), nguyờn t khuch tỏn v nguyờn t kim loi c . " ;Nghiên cứu và mô phỏng quá trình thẩm thấu nitơ cho một số hợp kim Fe-C dùng trong chế tạo một số chi tiết máy" được mở ra là một việc rất cần thiết. 3 Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu. ĐỀ TÀI Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH THẨM THẤU NITƠ CHO MỘT SỐ HỢP KIM SẮT – CACBON DÙNG TRONG CHẾ TẠO CHI TIẾT MÁY” (Thực hiện theo Hợp đồng số 04.08 RDBS/HĐ-KHCN ngày. NGHIỆP VÀ XÂY DỰNG BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH THẨM THẤU NITƠ CHO MỘT SỐ HỢP KIM SẮT – CACBON DÙNG TRONG CHẾ TẠO CHI TIẾT MÁY”