Giáo trình vật liệu 2 part 5 doc

55 Hình 4.15. Khoảng nhiệt độ ủ, thờng hóa và tôi cho thép cacbon Hình 4.15 là các khoảng nhiệt độ ủ, thờng hóa và tôi trên giản đồ pha Fe-C. 4.4. Tôi thép là nguyên công quan trọng nhất của nhiệt luyện. 4.4.1 . Định nghĩa và mục đí ch a. Đ/n: là phơng pháp nung thép lên cao quá nhiệt độ tới hạn A 1 để đạt pha , giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh thí ch hợp để tạo thành M hay các tổ chức không ổn định khác với độ cứng cao. Đặc trng của tôi: - Nhiệt độ tôi > A 1 để có (có thể giống ủ hoặc thờng hóa). - Tốc độ làm nguội nhanh dễ gây ứng suất nhiệt, pha dễ gây nứt, biến dạng, cong vênh. - Tổ chức tạo thành cứng và không ổn định. 2 điểm sau khác hẳn ủ và thờng hóa. b. Mục đí ch: 1) Tăng độ cứng để chống mài mòn tốt nhất (ram thấp): dụng cụ (cắt, biến dạng nguội), %C: %C 0,35%C- HRC 50, %C = 0,40 ữ 0,65%C- HRC 52 ữ 58, %C = 0,70 ữ 1,00%C- HRC 60 ữ 64, %C = 1,00 ữ 1,50%C- HRC 65 ữ 66 2) Nâng cao độ bền và sức chịu tải của chi tiết máy, áp dụng cho thép có %C=0,15-0,65: tôi + ram trung bình thép đàn hồi (0,55-0,65)%C Tôi+ram cao thép có cơ tí nh tổng hợp cao nhất (thép 0,3-0,5)%C 4.4.2. Chọn nhiệt độ tôi thép a. Đối với thép TCT (< 0,80%C): T tôi = A 3 + (30 ữ 50 o C) M+í t d b. Đối với thép CT và SCT ( 0,80%C): T tôi =A 1 +(30 ữ 50 o C) 760 ữ 780 o C M+í t d +Xê II c. Lý do để chọn nhiệt độ tôi: + Thép TCT, T< A 3 còn F là pha mềm gây ra điểm mềm ảnh hởng xấu tới độ bền, độ bền mỏi và tí nh chống mài mòn. + Thép SCT, T> A cm hàm lợng C trong cao quá dễ sinh d nhiều, hạt lớn (vì T >950 o C) A 1 <T tôi <A cm sau tôi đợc M+ lới Xê II + í t d chống mài mòn tốt 1400 1600 1800 1200 ủ cầu 700 800 900 T, o C T, o F A 1 A cm A 3 th ờng ủ và tôi %C 0,8 0,4 1,2 2) Làm nhỏ xêmentit chuẩn bị cho nhiệt luyện kết thúc. Thờng áp dụng cho các thép kết cấu trớc khi tôi (thể tí ch và bề mặt). 3) Làm mất lới xêmentit II của thép sau cùng tí ch thép đỡ giòn, gia công đợc bóng hơn. 56 d. Đối với thép hợp kim: cũng dựa vào GĐP Fe-C để tham khảo nhiệt độ tôi, 2 trờng hợp: + thép hợp kim thấp (ví dụ 0,40%C + 1,00%Cr), T tôi ~ thép 0,40%C, có lấy tăng lên 1,1-1,2 lần + thép hợp kim trung bình và cao: tra trong các sách tra cứu và sổ tay kỹ thuật. 4.4.3. Tốc độ tôi tới hạn và độ thấm tôi Tốc độ tôi tới hạn của thép càng nhỏ càng dễ tôi, tạo ra độ cứng cao (cả sâu trong lõi) đồng thời với biến dạng nhỏ và không bị nứt. b. Các yếu tố ảnh hởng đến tốc độ tôi tới hạn: - Thành phần hợp kim của : quan trọng nhất, càng giàu nguyên tố hợp kim (trừ Co) đờng "C" càng dịch sang phải, V th càng nhỏ: (2 ữ 3)% nthk V th 100 o C/s, (5 ữ 7)% nthk V th 25 o C/s. - Sự đồng nhất của : càng đồng nhất càng dễ biến thành M ( không đồng nhất, vùng giàu C dễ biến thành Xê, vùng nghèo C dễ biến thành F) T tôi đồng nhất V th - Các phần tử rắn cha tan hết vào : thúc đẩy tạo thành hỗn hợp F-Xê, làm tăng V th . - Kí ch thớc hạt : càng lớn, biên giới hạt càng í t, càng khó tạo thành hỗn hợp F- Xê , V th c. Độ thấm tôi Đ/n: là chiều sâu lớp tôi cứng có tổ chức 1/2M + 1/2T Cách xác định: bằng thí nghiệm tôi đầu mút Các yếu tố ảnh hởng: V th : càng nhỏ độ thấm tôi càng cao, V th < V lõi tôi thấu, các yếu tố làm giảm V th Tốc độ làm nguội: nhanh nhng dễ gây nứt, biến dạng. ý nghĩa: biểu thị khả năng hóa bền của thép bằng tôi + ram, đúng hơn là biểu thị tỷ lệ tiết diện của chi tiết đợc hóa bền nhờ tôi + ram. - Thép có độ thấm tôi càng cao đợc coi là chất lợng càng tốt, - Mỗi mác thép có xác định do đó nên dùng cho các chi tiết có kí ch thớc nhất định để có thể tôi thấu d. Đánh giá độ thấm tôi: Hình 4.17 trình bày dải thấm tôi của các thép với cùng lợng cacbon là 0,40%, ở đây độ thấm tôi đợc tí nh tới vùng nửa 1/2M+1/2T. + Thép cacbon, trung bình chỉ khoảng 7 mm , nếu thêm 1,00%Cr là 12 mm , còn thêm 0,18%Mo nữa tăng lên đến 30mm. + Để tăng mức độ đồng đều cơ tí nh trên tiết diện, trớc khi đem chế tạo các bánh răng quan trọng ngời ta phải kiểm tra lại của mác thép mới định dùng. + Ngợc lại: còn có yêu cầu hạn chế độ thấm tôi để bảo đảm cứng bề mặt lõi vẫn dẻo dai. e. Tí nh thấm tôi và tí nh tôi cứng: Tí nh tôi cứng là khả năng đạt độ cứng cao nhất khi tôi, %C càng cao tí nh tôi cứng càng lớn. 57 Tí nh thấm tôi là khả năng đạt chiều dày lớp tôi cứng lớn nhất, %nthk càng cao thì tí nh thấm tôi càng lớn. a) b) c) Hình 4.17. Khả năng tôi cứng của một số loại thép: a. 0,40%C, b. 0,40%C + 1,00%Cr, c. 0,40%C + 1,00%Cr + 0,18%Mo, 4.4.4. Các phơng pháp tôi thể tí ch và công dụng. Các môi trờng tôi Các cách phân loại tôi: Theo T tôi: tôi hoàn toàn và không hoàn toàn, theo phạm vi: tôi thể tí ch và tôi bề mặt, theo phơng thức và môi trờng làm nguội (hình 4.18) ta có: a. Tôi trong một môi trờng hình 4.18 - a Hình 4.18. Phơng pháp tôi Hình 4.19. Đờng nguội lý tởng khi tôi a. trong 1 môi trờng, b. trong 2 môi trờng, c. tôi phân cấp, d. tôi đẳng nhiệt. Yêu cầu đối với môi trờng tôi: - làm nguội nhanh thép để đạt đợc tổ chức M, - không làm thép bị nứt hay biến dạng - rẻ, sẵn, an toàn và bảo vệ môi trờng. Để đạt đợc hai yêu cầu đầu tiên, môi trờng tôi lý tởng hình 4.19: 1) Làm nguội nhanh thép ở trong khoảng kém ổn định nhất 500 ữ 600 o C để không kịp phân hóa thành hỗn hợp F-Xê. V nguội > V th . 2) Làm nguội chậm thép ở ngoài khoảng nhiệt độ trên vì ở đó quá nguội có tí nh ổn định cao, không sợ bị chuyển biến thành hỗn hợp F-Xê có độ cứng thấp. Đặc 20 40 60 12 20 HRC khoản g cách,mm 20 40 60 7 20 khoản g cách , mm HRC khoản g cách, mm 20 40 60 30 20 HRC đ ộ cứn g ~1/2M+1/2T đ ộ cứn g ~1/2M+1/2T đ ộ cứn g ~1/2M+1/2T A 1 austenit nhiệ t độ, a thời g ian b c d M đ A 1 auste ni t nhiệ t độ, thời g ian M đ 58 biệt trong khoảng chuyển biến M (300 ữ 200 o C), nguội chậm sẽ làm giảm ứng suất pha do đó í t bị nứt và í t cong vênh. Các môi trờng tôi thờng dùng: (bảng 4.1) Bảng 4.1. Đặc tí nh làm nguội của các môi trờng tôi Tốc độ nguội, [độ/s], ở các khoảng nhiệt độ Môi trờng tôi 600 ữ 500 0 C 300 ữ 200 0 C Nớc lạnh, 10 ữ 30 0 C 600-500 270 Nớc nóng, 50 0 C 100 270 Nớc hòa tan 10%NaCl, NaOH,20 0 C 1100-1200 300 Dầu khoáng vật 100-150 20-25 Tấm thép, không khí nén 35-30 15-10 Nớc: là môi trờng tôi mạnh, an toàn, rẻ, dễ kiếm nên rất thông dụng nhng cũng dễ gây ra nứt, biến dạng, không gây cháy hay bốc mùi khó chịu, khi nhiệt độ nớc bể tôi > 40 o C tốc độ nguội giảm, (khi T o nớc = 50 o C, tốc độ nguội thép chậm hơn cả trong dầu mà không làm giảm khả năng bị biến dạng và nứt (do không làm giảm tốc độ nguội ở nhiệt độ thấp) phải lu ý tránh: bằng cách cấp nớc lạnh mới vào và thải lớp nớc nóng ở bề mặt đi. Nớc (lạnh) là môi trờng tôi cho thép cacbon (là loại có V th lớn, 400 ữ 800 o C /s), song không thí ch hợp cho chi tiết có hình dạng phức tạp. Nớc đợc hoà tan 10% các muối (NaCl hoặc Na 2 CO 3 ) hay (NaOH): nguội rất nhanh ở nhiệt độ cao song không tăng khả năng gây nứt (vì hầu nh không tăng tốc độ nguội ở nhiệt độ thấp) so với nớc, đợc dùng để tôi thép dụng cụ cacbon (cần độ cứng cao). Dầu : làm nguội chậm thép ở cả hai khoảng nhiệt độ do đó í t gây biến dạng, nứt nhng khả năng tôi cứng lại kém. Dầu nóng, 60 ữ 80 o C, có khả năng tôi tốt hơn vì có độ loãng (linh động) tốt không bám nhiều vào bề mặt thép sau khi tôi. Nhợc điểm dễ bốc cháy phải có hệ thống ống xoắn có nớc lu thông làm nguội dầu, bốc mùi gây ô nhiễm và hại cho sức khỏe. Dầu là môi trờng tôi cho thép hợp kim (loại có V th nhỏ, < 150 o C / s), các chi tiết có hình dạng phức tạp, là môi trờng tôi thứ 2 (thép CD) Quy tắc chọn môi trờng tôi ngoại lệ: - Thép C tiết diện nhỏ ( < 10), hình dạng đơn giản, dài (nh trục trơn) nên tôi dầu. Chi tiết có hình dạng phức tạp về độ bền có thể chọn thép C nhng phải làm bằng thép hợp kim để tôi dầu. - Chi tiết bằng thép hợp kim, có tiết diện lớn, hình dạng đơn giản phải tôi nớc. Các vật mỏng, hình dạng phức tạp dễ bị cong vênh khi làm nguội tự do cần tôi trong khuôn ép, trong khung giữ chống cong vênh hoặc bó chặt nhiều thanh dài lại, Tôi trong một môi trờng rất phổ biến do dễ áp dụng cơ khí hóa, tự động hóa, giảm nhẹ điều kiện lao động nặng nhọc. b. Tôi trong hai môi trờng (nớc qua dầu) Đờng b trên hình 4.18 Tận dụng đợc u điểm của cả nớc lẫn dầu: nớc, nớc pha muối, xút qua dầu (hay không khí ) cho đến khi nguội hẳn. Nh vậy vừa bảo đảm độ cứng cao cho 59 thép vừa í t gây biến dạng, nứt. Nhợc điểm: khó, đòi hỏi kinh nghiệm, khó cơ khí hóa, chỉ áp dụng cho tôi đơn chiếc thép C cao c. Tôi phân cấp: đờng c trên hình 4.18 Muối nóng chảy có nhiệt độ cao hơn điểm M đ khoảng 50 ữ 100 o C, 3 ữ 5min để đồng đều nhiệt độ trên tiết diện rồi nhấc ra làm nguội trong không khí để chuyển biến M. Ưu điểm: khắc phục đợc khó khăn về xác định thời điểm chuyển môi trờng của cách b. Đạt độ cứng cao song có ứng suất bên trong rất nhỏ, độ biến dạng thấp nhất, thậm chí có thể sửa, nắn sau khi giữ đẳng nhiệt khi thép ở trạng thái quá nguội vẫn còn dẻo. Nhợc điểm: năng suất thấp, chỉ áp dụng đợc cho các thép có V th nhỏ (thép hợp kim cao nh thép gió) và với tiết diện nhỏ nh mũi khoan, dao phay Cả ba phơng pháp tôi kể trên đều đạt đợc tổ chức mactenxit. d. Tôi đẳng nhiệt: đờng d trên hình 4.18 Khác tôi phân cấp ở chỗ giữ đẳng nhiệt lâu hơn (hàng giờ) cũng trong môi trờng lỏng (muối nóng chảy) để austenit quá nguội phân hóa hoàn toàn thành hỗn hợp F-Xê nhỏ mịn có độ cứng tơng đối cao, độ dai tốt. Tùy theo nhiệt độ giữ đẳng nhiệt sẽ đợc các tổ chức khác nhau: 250 ữ 400 o C - bainit, 500 ữ 600 o C - trôxtit. Sau khi tôi dẳng nhiệt không phải ram. Tôi đẳng nhiệt có mọi u, nhợc điểm của tôi phân cấp, nhng độ cứng thấp hơn và độ dai cao hơn, năng suất thấp í t đợc áp dụng cách tôi này. Một phơng pháp tôi đẳng nhiệt đặc biệt là tôi chì (patenting) - tôi đẳng nhiệt trong bể Pb nóng chảy ở 500 ữ 520 o C X mịn, qua khuôn kéo sợi nhiều lần ( tổng= 90%), đạt E và max. e. Gia công lạnh áp dụng cho thép dụng cụ hợp kim, %C cao và đợc hợp kim hóa, các điểm M đ và M K quá thấp nên khi tôi lợng d quá lớn, làm giảm độ cứng. Đem gia công lạnh (-50 hay -70 o C) để d M, độ cứng có thể tăng thêm 1 ữ 10 đơn vị HRC. f. Tôi tự ram Là cách tôi với làm nguội không triệt để, nhằm lợi dụng nhiệt của lõi hay các phần khác truyền đến, nung nóng tức ram ngay phần vừa đợc tôi: đục, chạm, tôi cảm ứng băng máy, trục dài 4.4.5. Cơ - nhiệt luyện thép a. Bản chất: đồng thời: biến dạng dẻo (cán nóng) đem tôi ngay rồi ram thấp ở 150 ữ 200 o C. Kết quả: M nhỏ mịn với xô lệch cao, nhờ đó kết hợp cao nhất giữa độ bền, độ dẻo và độ dai mà cha có phơng pháp hóa bền nào sánh kịp. So với nhiệt luyện tôi + ram thấp thông thờng: bền kéo cao tăng 10 ữ 20%, độ dẻo, độ dai tăng từ 1,5 đến 2 lần. Gồm 2 loại: b. Cơ - nhiệt luyện nhiệt độ cao: hình 4.20a, biến dạng dẻo ở trên A 3 rồi tôi ngay, đặc điểm: - có thể áp dụng cho mọi thép kể cả thép cacbon, - dễ tiến hành vì ở nhiệt độ cao austenit dẻo, ổn định, lực ép nhỏ, độ biến dạng = 20 ữ 30% 60 - độ bền khá cao: b = 2200 ữ 2400MPa, = 6 ữ 8%, a K = 300kJ/m 2 . a) b) Hình 4.20. Sơ đồ cơ - nhiệt luyện: nhiệt độ cao (a) và nhiệt độ thấp (b). - đạt đợc độ bền rất cao b = 2600 ữ 2800MPa, song độ dẻo, độ dai thấp hơn loại trên: = 3%, a K = 200kJ /m 2 . 4.5. Ram thép Ram thép là nguyên công bắt buộc khi tôi thép thành M. 4.5.1. Mục đí ch và định nghĩa a. Trạng thái của thép tôi thành M: cứng, rất giòn, kém dẻo, dai với ứng suất bên trong lớn Mục đí ch của ram: - giảm ứng suất, điều chỉnh cơ tí nh cho phù hợp với điều kiện làm việc. b. Định nghĩa: là nung nóng thép đã tôi đến các nhiệt độ thấp hơn Ac 1 , để M và d phân hóa thành các tổ chức có cơ tí nh phù hợp với điều kiện làm việc quy định. 4.5.2. Các phơng pháp ram thép cacbon a. Ram thấp (150 ữ ữữ ữ 250 o C): tổ chức đạt đợc là M ram, độ cứng cao, tí nh dẻo, dai tốt hơn, áp dụng cho dụng cụ, các chi tiết cần độ cứng và tí nh chống mài mòn cao nh: dao cắt, khuôn dập nguội, bánh răng, chi tiết thấm cacbon, ổ lăn, trục, chốt b. Ram trung bình (300 ữ ữữ ữ 450 o C): tổ chức đạt đợc là T ram. Sau khi ram trung bình độ cứng giảm đi rõ rệt, nhng vẫn còn khá cao, giới hạn đàn hồi max, áp dụng cho chi tiết máy, dụng cụ cần độ cứng tơng đối cao và đàn hồi nh khuôn dập nóng, khuôn rèn, lòxo, nhí p c. Ram cao (500 ữ ữữ ữ 650 o C): tổ chức đạt đợc là X ram. * Cơ tí nh tổng hợp cao nhất, nhiệt luyện hoá tốt So sáng cơ tí nh của thép sau ram cao với các dạng nhiệt luyện khác bảng 4.2. * áp dụng cho các chi tiết máy cần giới hạn bền, đặc biệt là giới hạn chảy và độ dai va đập cao nh các loại trục, bánh răng làm bằng thép chứa 0,30 ữ 050%C, đạt độ bóng cao khi gia công. * Giới hạn nhiệt độ phân chia các loại ram trên chỉ là tơng đối, chỉ phù hợp cho thép cacbon và với thời gian giữ nhiệt khoảng 1h. Ngoài ba phơng pháp ram trên còn phải phân biệt ram màu và tự ram. M đ A 3 thời gian T biế n dạ ng M đ A 3 thời gian T biế n dạ ng T ktl M M c. Cơ c. Cơ c. Cơ c. Cơ - - nhiệ t luyệ n nhiệ t độ thấp nhiệ t luyệ n nhiệ t độ thấp nhiệ t luyệ n nhiệ t độ thấp nhiệ t luyệ n nhiệ t độ thấp: :: : ( (( (hì nh 4.20b): Sau khi hóa ở trê n A 3 , là m nguội nhanh thép xuống 400 ữ 600 o C là vùng quá nguội có tí nh ổn định t ơng đối cao và thấp hơn nhiệ t độ kế t tinh lạ i, rồi biế n dạ ng dẻ o và tôi ngay. Đ/đ iể m: - chỉ á p dụng đ ợc cho thép hợp kim - khó tiế n hà nh vì ở nhiệ t độ thấ p (400ữ 600 o C) kém dẻ o hơn, má y cá n lớn, phôi thép phả i nhỏ để kịp nguội nhanh xuống 400ữ600 o C 61 Bảng 4.2. Cơ tí nh của thép có 0,45%C ở các dạng nhiệt luyện khác nhau Cơ tí nh Dạng nhiệt luyện b , MPa 0,2 , MPa , % , % a K , kJ/m 2 ủ 840 0 C 530 280 32,5 50 900 Thờng hóa 850 0 C 650 320 15 40 500 Tôi 850 0 C + ram 200 0 C 1100 720 8 12 300 Tôi 850 0 C + ram 650 0 C 720 450 22 55 1400 d. Ram màu và tôi tự ram: Ram ở 200 ữ 350 o C, trên mặt thép xuất hiện lớp ôxyt mỏng với chiều dày khác nhau có màu sắc đặc trng nh: vàng (~ 0,045 à m) ở 220 ữ 240 o C, nâu (~ 0,050 à m) ở 255 ữ 265 o C,tí m (~ 0,065 à m) ở 285 ữ 295 o C, xanh (~ 0,070 à m) ở 310 ữ 320 o C. Nhờ đó dễ dàng xác định nhiệt độ ram thấp mà không cần dụng cụ đo nhiệt. Tôi tự ram có các đặc điểm: nhanh, đơn giản, tiện dùng, phải có kinh nghiệm. e. ảnh hởng của thời gian ram: thờng (1 ữ 2 h ). Chú ý là sau khi tôi nên ram ngay để vừa tránh nứt xảy ra sau khi tôi vừa để tránh hiện tợng ổn định hóa d. 4.6. Các khuyết tật xảy ra khi nhiệt luyện thép 4.6.1. Biến dạng và nứt a. Nguyên nhân và tác hại: do ứng suất sinh ra khi nguội làm thép bị biến dạng, cong vênh, nứt. Nói chung khó tránh khỏi nhng phải tìm cách hạn chế. b. Ngăn ngừa: - Nung nóng và đặc biệt là làm nguội với tốc độ hợp lý. - Nung nóng và làm nguội các trục dài: khi nung treo thẳng đứng để tránh cong, khi làm nguội phải nhúng thẳng đứng, phần dày xuống trớc - Nên dùng tôi phân cấp, hạ nhiệt trớc khi tôi, với các vật mỏng phải tôi trong khuôn ép. c. Khắc phục: biến dạng, cong vênh với một số dạng chi tiết nh trục dài, tấm có thể đem nắn, ép nóng hoặc nguội. Còn khi bị nứt thì không sửa đợc. 4.6.2. ôxy hóa và thoát cacbon a. Nguyên nhân và tác hại: do trong môi trờng nung có chứa chất ôxy hóa Fe và C: O 2 , CO 2 , hơi nớc , khi ôxy hóa thờng đi kèm với thoát cacbon. Tác hại của ôxy hóa: làm hụt kí ch thớc, xấu bề mặt sản phẩm, thoát cacbon làm giảm độ cứng khi tôi. b. Ngăn ngừa: - Khí quyển bảo vệ:: CO 2 /CO, H 2 O/H 2 , H 2 /CH 4 < P th gây oxy hoá - Khí quyển trung tí nh: N, Ar, - Nung trong lò chân không: 10 -2 ữ 10 -4 at có khả năng chống ôxy hóa và thoát cacbon một cách tuyệt đối cho mọi thép và hợp kim. Có thể: + Rải than hoa trên đáy lò hay cho chi tiết vào hộp phủ than lãng phí vì kéo dài thời gian nung. + Lò muối đợc khử ôxy triệt để bằng than, ferô silic. Cách này chỉ áp dụng đợc cho chi tiết nhỏ, năng suất thấp. Đợc áp dụng rộng rãi khi tôi dao cắt. Rất độc c. Khắc phục: Phải để đủ đợc lợng d để hớt bỏ đi hoặc đem thấm cacbon. 62 4.6.3. Độ cứng không đạt: a. Độ cứng quá cao: sau khi ủ và thờng hóa thép hợp kim, do tốc độ nguội lớn ủ lại. b. Độ cứng quá thấp: Nhiệt độ tôi cha đủ cao, thời gian giữ nhiệt ngắn. Làm nguội không đủ nhanh theo yêu cầu đề ra để tạo nên M. Thoát cacbon bề mặt, khắc phục. 4.6.4. Tí nh giòn cao Sau khi tôi, độ cứng vẫn ở bình thờng mà thép lại quá giòn (rơi vỡ). Nguyên nhân là nhiệt độ tôi quá cao (gọi là quá nhiệt), hạt thép bị lớn. Khắc phục: thờng hóa rồi tôi lại, tăng biến dạng. 4.6.5. ảnh hởng của nhiệt độ và tầm quan trọng của kiểm nhiệt a. ảnh hởng của nhiệt độ: là yếu tố quyết định nhất chất lợng nhiệt luyện b. Kiểm tra nhiệt độ nung: bằng các dụng cụ đo nhiệt: - < 400 ữ 500 o C dùng nhiệt kế thủy ngân, < 1600 o C dùng cặp nhiệt + đồng hồ (milivôn kế): + cặp - 1300 o C (đến 1600 o C), cặp XA- 800 o C (1200 o C). ớc lợng bằng mắt: Màu đỏ - 700 ữ 830 o C, da cam - 850 ữ 900 o C, vàng - 1050 ữ 1250 o C, trắng - 1250 ữ 1300 o C. Tất nhiên cách này kém chí nh xác và đòi hỏi có kinh nghiệm. 4.7. Hóa bền bề mặt 4.7.1. Tôi bề mặt nhờ nung nóng bằng cảm ứng điện (tôi cảm ứng) a. Nguyên lý nung nóng bề mặt: (hình 4.21a). Chiều sâu nung xác định theo công thức f 5030 à = cm, trong đó: - điện trở suất ( .cm), à - độ từ thẩm (gaus/ơcstet). Hình 4.21. Nung nóng và tôi cảm ứng: b. Chọn tần số và thiết bị: Bánh răng chiều dày lớp tôi bằng (0,20 ữ 0,28)M (M là môđun răng). Khi cần lớp tôi dày (4 ữ 5 mm ): thiết bị 2500 hay 8000Hz, P= 100kW trở lên. Lớp tôi mỏng (1 ữ 2 mm), thiết bị tần số cao (66000 hay 250000Hz), p= 50 ữ 100kW. c. Các phơng pháp tôi: Vòng cảm ứng đợc uốn sao cho có dạng bao, ôm lấy phần bề mặt cần nung để tôi song không đợc tiếp xúc với chi tiết, có khe hở 1,5 ữ 5,0mm, càng nhỏ càng đỡ tổn hao. Có 3 kiểu tôi sau: a. sơ đồ nung nóng cảm ứng, b. tôi khi nung nóng toàn bộ bề mặt tôi, c. tôi khi nung nóng và là m nguội liê n tục 1. chi tiế t tôi, 2. vòng cả m ứng, 3. vòng phun n ớc, 4. đ ờng sức từ tr ờng. 63 - Nung nóng rồi làm nguội toàn bề mặt nh biểu thị ở hình 4.21b. - Nung nóng rồi làm nguội tuần tự từng phần riêng biệt: tôi từng răng cho các bánh răng lớn (m > 6) hay các cổ trục khuỷu (có máy tôi chuyên dùng điều khiển theo chơng trình). - Nung nóng và làm nguội liên tục liên tiếp: trục dài (hình 4.21c), băng máy co thể tự ram. d. Tổ chức và cơ tí nh của thép tôi cảm ứng: Thép dùng: %C= 0,35 ữ 0,55% (thờng chỉ 0,40 ữ 0,50%), có thể hợp kim thấp Tổ chức: nung với tốc độ rất nhanh do đó: - Nhiệt độ chuyển biến pha A 1 , A 3 nâng cao lên, do vậy nhiệt độ tôi cao hơn từ 100 ữ 200 o C. - Tốc độ chuyển biến pha rất nhanh, thời gian chuyển biến ngắn, nhận đợc siêu M rất dẻo dai Tôi cảm ứng thờng đợc áp dụng cho các chi tiết: + chịu tải trọng tĩnh và va đập cao, chịu mài mòn ở bề mặt nh bánh răng, chốt + chi tiết chịu mỏi cao, + chịu uốn, xoắn lớn: trục truyền, trục e. u việt: - Năng suất cao, do thời gian nung ngắn vì chỉ nung lớp mỏng ở bề mặt và nhiệt đợc tạo ra ngay trong lớp kim loại. - Chất lợng tốt, tránh đợc các khuyết tật: ôxy hóa, thoát cacbon, chất lợng đồng đều, kết quả ổn định. Độ cứng cao hơn so với tôi thờng khoảng 1 ữ 3 đơn vị HRC, gọi là siêu độ cứng. - Dễ tự động hóa, cơ khí hóa, thí ch hợp cho sản xuất hàng loạt. Nhợc điểm: khó áp dụng cho các chi tiết có hình dạng phức tạp, tiết diện thay đổi đột ngột do khó chế tạo vòng cảm ứng thí ch hợp. 4.7.2. Hóa - nhiệt luyện Đ/n: Hóa - nhiệt luyện là đa chi tiết và trong môi trờng thấm có thành phần, nhiệt độ thí ch hợp trong thời gian đủ để nguyên tố cần thấm đi sâu vào trong chi tiết sau đó đem nhiệt luyện để cải thiện hơn nữa tí nh chất của lớp bề mặt. a. Nguyên lý chung Môi trờng thấm: là môi trờng có chứa nguyên tố cần thấm, có khả năng phản ứng để cố định nguyên tố thấm lên bề mặt chi tiết và khuếch tán vào sâu phí a bên trong. Thấm C: môi trờng khí phân huỷ từ dầu hoả, thấm N: khí NH 3 , 2 mục đí ch chí nh: - Nâng cao độ cứng, tí nh chống mài mòn và độ bền mỏi của thép hơn cả tôi bề mặt: thấm C, thấm N, thấm C-N, đợc ứng dụng rộng rãi trong sản xuất cơ khí . - Nâng cao tí nh chống ăn mòn: thấm Cr, thấm Al, Si, B. Các quá trình thấm này phải tiến hành ở nhiệt độ cao hơn và thời gian dài hơn, í t thông dụng hơn. Các giai đoạn: 1) khuếch tán thể khí : là quá trình khuếch tán chất thấm đến bề mặt chi tiết 2) Phản ứng tạo nguyên tử hoạt tí nh và cố định lên bề mặt: hấp phụ tạo nguyên tử hoạt trên bề mặt và phản ứng với nền để cố định chúng trên bề mặt (có thể hấp phụ phân ly hoặc phản ứng phân ly ra nguyên tử hoạt tí nh). 64 3) Khuếch tán thể rắn: nguyên tử chất thấm đợc cố định trên bề mặt khuếch tán sâu vào bên trong để tạo nên lớp thấm với chiều sâu nhất định. Trong ba giai đoạn kể trên thì khuếch tán thể rắn thờng chậm nhất do đó là khâu quyết định sự hình thành của lớp thấm. ảnh hởng của nhiệt độ và thời gian: Nhiệt độ càng cao: phản ứng tạo nguyên tử hoạt và khuếch tán vào càng nhanh, song cao quá thì có hại: Ví dụ: thấm C không quá 950 o C để hạt tinh thể không bị thô to, thấm N không quá 650 o C để còn bảo tồn tổ chức hoá tốt của thép ở lõi. Thời gian thấm: càng dài thì lớp thấm càng sâu: = KX (X-chiều sâu lớp thấm, K-hằng số n o và công nghệ thấm, - thời gian thấm) b. Thấm cacbon : phổ biến nhất, dễ làm do đó hầu hết các xởng Cơ khí đều áp dụng Ưu điểm: bề mặt sau khi thấm + tôi và ram thấp HRC 60ữ64, chống mài mòn cao, chịu mỏi tốt, còn lõi bền, dẻo, dai với độ cứng HRC 30 ữ 40. Nhiệt độ thấm: Đủ cao để thép ở trạng thái hoàn toàn là , pha có khả năng hòa tan nhiều cacbon (900 ữ 950 o C). Tuỳ theo loại thép sử dụng: Thép C: C10-C25, T thấm = (900-930) o C, Thép hợp kim có Ti: 18CrMnTi, 25CrMnTi, T=(930-950) o C, Mn để %C không quá cao bong Sau khi thấm và tôi+ram thấp: bề mặt %C (1-1,2)%, sau tôi +ram thấp độ cứng cao (thờng là 62 ữ 64), không bong. Lõi: có tổ chức hạt nhỏ (cấp 5 ữ 8) với tổ chức mactenxit hình kim nhỏ mịn, không có F tự do, để bảo đảm độ bền, độ dai cao, HRC 30 ữ 40. Thời gian thấm: (giữ nhiệt ở nhiệt độ thấm) phụ thuộc vào hai yếu tố sau. 1) Chiều dày lớp thấm yêu cầu: chiều dày lớp thấm X = (0,10 ữ 0,15)d, d đờng kí nh hay chiều dày chi tiết. Riêng đối với bánh răng lấy X=(0,20 ữ 0,30)m (m- môduyn của răng) 2) Tốc độ thấm: Tuỳ theo công nghệ thấm và nhiệt độ thấm: Công nghệ thấm: 2 công nghệ thờng dùng: Thấm C thể rắn: Hình 4.22. Hộp thấm C thể rắn Thời gian và chiều dày lớp thấm: X 2 =(0,11-0,12), khi thấm ở (900-930) o C- lấy K=0,11, khi thấm ở (930-950) o C- lấy K=0,12 Đặc điểm của thấm cacbon thể rắn là: + Thời gian dài (do phải nung cả hộp than dẫn nhiệt chậm), bụi, khó cơ khí hóa, kém ổn định, không đòi hỏi thiết bị kí n, rất đơn giản Thấm ở thể khí : là phơng pháp thấm hiện đại, đợc sử dụng rộng rãi trong sản xuất Cơ khí . Chất thấm: Khí đốt và dầu hoả (dầu hoả dễ dùng hơn) nắ p chi tiết thấ m hỗ n hợ p thấ m hộ p thấ m Hỗn hp thm: Than (cc, ỏ, g) c 2-8mm : 25% Than dựng li (xng b bt vn): 60% BaCO 3 : 15% Ho BaCO 3 vo nc va xt cú th trn u vo than. Xp chi tit v lốn than va ch t nh hỡnh 4.22. [...]... 65 Thiết bị thấm: các loại lò chuyên dùng để thấm C (bảng 4.3) Bảng 4.3 Lò thấm C của Nga Loại lò P, kw dxh Loại lò P, kw dxh lò,mm lò,mm 25 25 300x 450 75 75 500x900 35 35 300x600 90 90 600x900 60 60 450 x600 1 05 1 05 600x 120 0 Xếp hoặc treo chi tiết vào lò đảm bảo bề mặt bì nh dầ u ngọ n lử a cần thấm phải luôn... Nhiệt độ Số giọt dầu, [giọt/phút] (lò 25 - 60) chi tiế t < 300 0 thấ m 300 -50 0 30 50 0-900 30 -50 900- 950 90- 150 (bão hoà) 900- 950 50 -80 (khuếch tán) Nhiệt độ thấm: theo loại thép nh thấm C thể rắn Thời gian thấm: (kể từ khi đạt nhiệt độ thấm) = X2 , K=0, 12 khi thấm (900-930)oC, K=0,14 khi Hình 4 .23 Sơ đồ lò thấm C K thấm ở (930- 950 )oC,=bãohoà+k/tán=2bão hoà =2 k/tán bằng dầu hoả Nhiệt luyện sau khi... avào Nhiệt độ P, % 450 -50 0 20 - 35 500-600 30- 45 600-700 40-60 Đặc điểm của công nghệ thấm nitơ: - Do phải tiến hành ở nhiệt độ thấp để không làm hỏng tổ chức của thép sau hoá tốt Chọn nhiệt độ thấm phải căn cứ vào tí nh chống ram của thép (thép 38CrMoAlA thấm ở (50 0 -55 0)oC, thép gió 80W18Cr4V có thể thấm ở (600-700)oC) - Sau khi thấm không phải tôi mà phải làm nguội chậm đến nhiệt độ 20 0oC để tiết nitrit... nghệ: 1- Tôi trực tiếp+ram thấp ở 20 0oC-1h: sau thấm lấy ra cho nhiệt độ hạ xuống còn 850 -860oC thì tôi trong dầu Chỉ áp dụng cho thép hợp kim, quy trình đơn giản, kinh tế 2- Tôi 1 lần+ram thấp ở 20 0oC-1h: sau thấm đem thờng hoá rồi tôi ở ( 820 850 )oC khi cần u tiên cho lớp bề mặt, tôi ở (860-880)oC khi cần u tiên cho lõi, áp dụng đợc cho cả thép C 3- Tôi 2 lần+ram thấp ở 20 0oC-1h: sau thấm đem thờng hoá... đốt (1 -2% ), hoặc thỉnh thoảng mở van cho 1 chút không khí vào, các nguyên tố C (trong khí đốt), oxy (trong không khí ) có tác đụng ổn định pha do đó tốc độ thấm tăng - Thời gian thấm: khi có mặt C và O trong khí thấm thì = X2 , K = 0 ,2 đến 0 ,27 , K chú ý lớp xốp có độ cứng thấp ( 25 0-300HB), mẫu thấm to lên do đó thờng phải hớt bỏ đi Độ cứng của lớp thấm N: 900-1000 HV, giữ đợc ở nhiệt độ trên 50 0oC... Thép dùng để thấm N: là thép hợp kim chuyên để thấm N điển hình là 38CrMoAlA sau khi nhiệt luyện hoá tốt Chất thấm N: khí NH3 công nghiệp (amôniac), ở nhiệt độ thấm (480 ữ 650 )oC, NH3 bị phân huỷ nhiệt theo phản ứng: 2 NH3 3H2 + 2Nng.tử Chỉ có NH3 hấp phụ trên bề mặt phân huỷ tạo thành Nng/tử mới có tí nh hoạt cao khuếch tán vào tạo thành lớp thấm Phần lớn còn lại không có tác dụng thấm, do đó để thấm... vào bề mặt thép hợp kim sau khi nhiệt luyện hoá tốt nhằm mục đí ch chủ yếu là nâng cao độ cứng, tí nh chống mài mòn (HRC 65 ữ 70 hơn hẳn thấm cacbon) và giới hạn mỏi của chi tiết Tổ chức của lớp thấm: từ ngoài vào lần lợt là: (+)- -(+)-thép ở lõi, trong đó - là pha xen kẽ ứng với Fe2-3N, - là pha xen kẽ ứng với Fe4N, - dung dịch rắn của N trong Fe Độ cứng cao nhất của lớp thấm là vùng (+), do có nhiều... thấm to lên do đó thờng phải hớt bỏ đi Độ cứng của lớp thấm N: 900-1000 HV, giữ đợc ở nhiệt độ trên 50 0oC Công dụng: cho chi tiết cần độ cứng và tí nh chống mài mòn rất cao, làm việc ở nhiệt độ cao hơn 50 0oC, nh một số trục, bánh răng, sơmi trong máy bay, dụng cụ cắt, dụng cụ đo d Thấm cacbon - nitơ Định nghĩa và mục đí ch: làm bão hòa (thấm, khuếch tán) đồng thời cacbon và nitơ vào bề mặt thép để nâng... cacbon và thấm nitơ) Nh vậy nó cũng nhằm mục đí ch nh hai phơng pháp hóa - nhiệt luyện trên song tốt hơn thấm cacbon Đặc điểm của công nghệ thấm C-N: tùy thuộc vào tỷ lệ giữa C và N trong lớp thấm mà quá trình có thể gần với một trong hai dạng thấm C hoặc N trên: - Thấm ở nhiệt độ cao, trên dới 800oC: chủ yếu là thấm C (í t N), do đó có tí nh chất gần với thấm C hơn song tốt hơn chỉ thấm C - Thấm ở nhiệt . 900 Thờng hóa 850 0 C 650 320 15 40 50 0 Tôi 850 0 C + ram 20 0 0 C 1100 720 8 12 300 Tôi 850 0 C + ram 650 0 C 720 450 22 55 1400 d. Ram màu và tôi tự ram: Ram ở 20 0 ữ 350 o C, trên mặt thép. màu sắc đặc trng nh: vàng (~ 0,0 45 à m) ở 22 0 ữ 24 0 o C, nâu (~ 0, 050 à m) ở 25 5 ữ 26 5 o C,tí m (~ 0,0 65 à m) ở 28 5 ữ 29 5 o C, xanh (~ 0,070 à m) ở 310 ữ 320 o C. Nhờ đó dễ dàng xác định. ữ 50 0 0 C 300 ữ 20 0 0 C Nớc lạnh, 10 ữ 30 0 C 600 -50 0 27 0 Nớc nóng, 50 0 C 100 27 0 Nớc hòa tan 10%NaCl, NaOH ,20 0 C 1100- 120 0 300 Dầu khoáng vật 100- 150 20 - 25 Tấm thép, không khí nén 35- 30