ĐK Bách Khoa Vật liệu kỹ thuật Chương 6 Nhiệt luyện

Bài giảng chương 6 (gồm nhiều bài) có lý thuyết cô đọng, chuyên sâu vào nội dung thi Bài giảng của Thầy Trần Khải giảng viên bộ môn Hóa trường Đại học Bách Khoa ĐHQG TP.HCM Bài giảng màu sắc, full HD, 100+ trang, có ghi chú các câu giải thích và lời giảng quan trọng của thầy trong lúc dạy.

CHƯƠNG CÔNG NGHỆ NHIỆT LUYỆN NHIỆT LUYỆN THÉP I KHÁI NIỆM VỀ NHIỆT LUYỆN THÉP Khái niệm Đặc điểm Tác dụng nhiệt luyện chế tạo khí Các yếu tố đặc trưng cho nhiệt luyện Các tiêu đánh giá sau nhiệt luyện Phân loại nhiệt luyện Ứng dụng NHIỆT LUYỆN THÉP II CÁC PHƯƠNG PHÁP NHIỆT LUYỆN CƠ BẢN (CÁC CƠNG NGHỆ CƠ BẢN TRONG XỬ LÍ NHIỆT THÉP) Chế độ nhiệt luyện Các tổ chức đạt nung nóng làm nguội thép Ủ Thường hóa Tơi Ram Hóa già Ảnh hưởng nhiệt độ tầm quan trọng kiểm nhiệt NHIỆT LUYỆN THÉP III HÓA BỀN BỀ MẶT 3.1 TƠI BỀ MẶT 3.2 HĨA NHIỆT LUYỆN IV CƠ - NHIỆT LUYỆN THÉP V THIẾT BỊ NHIỆT LUYỆN An overview of important heat treatments  A broad classification of heat treatments possible are given below Many more specialized treatments or combinations of these are possible HEAT TREATMENT BULK ANNEALING SURFACE NORMALIZING Full Annealing HARDENING & TEMPERING MARTEMPERING Recrystallization Annealing Stress Relief Annealing Spheroidization Annealing THERMOCHEMICAL THERMAL Carburizing Flame Nitriding Induction AUSTEMPERING LASER Carbo-nitriding Electron Beam NHIỆT LUYỆN THÉP I KHÁI NIỆM VỀ NHIỆT LUYỆN Khái niệm: Nhiệt luyện cơng nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt thời gian thích hợp sau làm nguội với tốc độ quy định  để làm thay đổi tổ chức, nhận tính tính chất khác theo ý muốn Đặc điểm:  Không làm nóng chảy (khác với đúc, hàn)  Khơng làm biến dạng sản phẩm thép (khác với cắt gọt, biến dạng dẻo: rèn, dập)  Kết nhiệt luyện đánh giá thay đổi tổ chức tế vi tính I KHÁI NIỆM VỀ NHIỆT LUYỆN I KHÁI NIỆM VỀ NHIỆT LUYỆN Đặc điểm: I KHÁI NIỆM VỀ NHIỆT LUYỆN Tác dụng nhiệt luyện chế tạo khí a Làm tăng độ cứng, độ bền tính chống mài mịn thép  Phát huy triệt để tiềm vật liệu tính: bền hơn, cứng mà đảm bảo độ dẻo, độ dai  giảm nhẹ kết cấu, tăng tuổi thọ…(độ bền, đô cứng tăng lên 3-6 lần, tăng khả làm việc chống mài mòn chi tiết máy.) b Cải thiện tính cơng nghệ:  Để phù hợp với điều kiện gia công: cần đủ mềm để dễ cắt, cần dẻo để dễ biến dạng  Phương pháp nhiệt luyện thường ủ thường hóa (được gọi nhiệt luyện sơ bộ) I KHÁI NIỆM VỀ NHIỆT LUYỆN Các yếu tố đặc trưng cho nhiệt luyện: Quá trình nhiệt luyện đặc trưng ba thông số quan trọng sau đây:  Nhiệt độ nung nóng Tn: Nhiệt độ cao mà trình phải đạt đến  Thời gian giữ nhiệt τgn: Thời gian cần thiết trì kim loại nhiệt nung  Tốc độ nguội Vnguội: Là độ giảm nhiệt độ sau thời gian giữ nhiệt Sơ đồ trình nhiệt luyện đơn giản THẤM NITƠ PMASMA THẤM NITƠ PMASMA Modern line of commercial plasma nitriding THẤM NITƠ LASER During a direct laser synthesis a material is placed in the reactive gas environment and irradiated with the laser light Nitrogen is fed through a nozzle into the melt pool On a time scale of hundreds of nanoseconds, the high intensity pulse-laser irradiation of I ≈ 108 W/cm2 in ambient nitrogen atmosphere is capable generating of 1-1.5 µm thick thick nitrided layer Nguyên lý thấm Nitơ laser 3.2.3 Thấm nitơ (tiếp…)  Công dụng:  Công dụng: Khn đùn NHƠM - Khn đùn NHƠM - Khn nhựa, cao su - Khn đúc - định hình - Dụng cụ Khn đúc - định hình Khn nhựa, cao su  Công dụng:  Công dụng: The advantages of plasma nitriding can be summarized as follows: • Plasma nitriding is essentially faster than other conventional nitriding techniques • Proper control of the temperature, atmosphere composition, and discharge parameters can lead to production of superior microstructure and permit better control over the composition of the final product surface, its structure, and its properties • Plasma nitriding is environmentally non polluting • Unlike conventional nitriding treatments the process can operate at a temperature as low as 350°C Low temperature nitriding allows high There are a few disadvantages of the plasma nitriding process: • Cleanlinnes of surface of the components is essential to hinder unstable arc discharges forming during the heating cycle • The need to fixture parts to avoid overheating • Because of power/surface area relationships Components with similar size may not be plasma nitrited in one batch • The high initial plasma cost 3.2.4 Thấm Cacbon – Nitơ (C-N) Định nghĩa & mục đích: Làm bão hịa (thấm, khuếch tán) đồng thời C N vào bề mặt thép để nâng cao độ cứng tính chống mài mịn (về mặt nằm trung gian thấm cacbon thấm nitơ) Như nhằm mục đích hai phương pháp hóa - nhiệt luyện song tốt thấm cacbon Đặc điểm công nghệ thấm C-N: Tùy thuộc vào tỷ lệ C N lớp thấm mà q trình có thê gần với hai dạng thấm C N trên:  Thấm nhiệt độ cao, 800°C: chủ yếu thấm C (ít N), có tính chất gần với thấm C song tốt thấm C  Thấm nhiệt độ thấp, 600oC: lớp thấm chủ yếu N, tính chất gần với thâm N song thấm nitơ đôi chút 3.2.4 Thấm cacbon – nitơ (tiếp…) Thấm C-N nhiệt độ cao:  Chất thấm: chủ yếu khí đốt dầu hoả thấm C có thêm + 10% NH3  Nhiệt độ thấm: 780 ÷ 860°C, thấp so với thấm C  Tổ chức lớp thấm: giống lớp thấm C có thêm pha cacbonitrit Fe3(C,N) cứng (cứng Fe3C) nằm phân tán nên làm tăng mạnh tính chống mài mịn đo kéo dài tuổi thọ thêm 50 đến 100%  Chiều dày lớp thấm: mỏng lớp thấm C khoảng 20 ÷ 30% Ví dụ bánh thấm cacbon sâu 0,90 ÷ 1,20mm, thấm CN cần 0,50 ÷ 0,80 mm Nhờ thời gian thấm ngăn lại Do nhiệt độ thời gian thấm giảm nên kinh tế  Nhiệt luyện sau thấm: sau thấm phải qua + ram thấp thấm C đơn giản tơi trực tiếp với loại thép 3.2.4 Thấm cacbon – nitơ (tiếp…) Thấm C-N nhiệt độ thấp: - Giống thấm N, khí thấm có pha thêm 2-5% khí đốt, sau thấm khơng phải qua tơi ram thấp thấm N - Nhiệt độ thấm thời gian thấm giống thấm N, ưu việt thấm nhanh, có cơng nghệ thấm C-N khơng có cơng nghệ thấm N riêng biệt Thép dùng để thấm C-N: thường thép hợp kim: 25CrMnMo, sau thấm C-N nhiệt độ cao trực tiếp phân cấp dầu nóng 180°C IV CƠ - NHIỆT LUYỆN THÉP 4.1 Bản chất  Cơ nhiệt luyện q trình tiến hành hai chế hóa bền lúc: biến dạng dẻo Austenit q trình cơng nghệ Sau nhiệt luyện, thép ram thấp 100-200oC Kết quả: M nhỏ mịn với xô lệch cao, nhờ kết hợp cao độ bèn, độ dẻo độ dai mà chưa có phương pháp hóa bền sánh kịp  So với nhiệt luyện + ram thấp thơng thường: Cơ nhiệt luyện có bền kéo 200-500 Mpa (tăng 10-20%), độ dẻo, độ dai tăng từ 1,5 đến lần  GỒM LOẠI: Cơ - nhiệt luyện nhiệt độ cao Cơ -nhiệt luyện nhiệt độ thấp 4.2 Cơ - nhiệt luyện nhiệt độ cao (Hình 4.20a)  Biến dạng dẻo A3 tơi  Đặc điểm: - Có thê áp dụng cho thép kể thép cacbon, - Dễ tiễn hành nhiệt độ cao austenit dẻo, ơn định, lực ép nhỏ, độ biến dạng ε = 20÷30% - Độ bền cao: σb = 2200-2400MPa, δ= 6-8%, ak=300kJ/m2 4.3 Cơ‐nhiệt luyện nhiệt độ thấp (hình 4.20b)  Sau γ hóa A3; làm nguội nhanh thép xuống 400÷600°C vùng γ q nguội có tính ôn định tương đối cao thấp nhiệt độ kết tinh lại, biến dạng dẻo  Đặc điểm: - Chỉ áp dụng cho thép hợp kim - Khó tiền hành nhiệt độ thấp (400 ÷ 600oC) γ dẻo hơn, máy cán lớn, phôi thép phải nhỏ đề kịp nguội nhanh xuống 400 ÷ 600°C - Đạt độ bền cao σb = 2600 ÷ 2800MPa, song độ dẻo, độ dai thấp loại trên: δ = 3%, ak = 200kJ/m2