công nghệ và thiết bị thấm cacbon trong nhiệt luyện

Đối với các nước công nghiệp pháttriển, để đánh giá trình độ ngành chế tạo cơ khí phải căn cứ vào trình độ nhiệt luyện, bởi vì dù gia công cơ khí chính xác nhưng nếu không qua nhiệt luyệ

Chương 1: Tổng quan về công nghệ xử lý bề mặt và ý nghĩa trong

công nghiệp sản xuất.

Nhiệt luyện có vai trò như thế nào trong sản xuất cơ khí? Các nhà máycủa chúng ta đã quan tâm đầu tư đúng mức cho nguyên công này Đâu

là giải pháp tăng tính cạnh tranh trong môi trường hội nhập đòi hỏi ngày càng khắt khe về chất lượng?

Trước khi tìm hiểu vai trò của nhiệt luyện đối với nhà máy cơ khí như thế nào chúng ta cùng tìm hiểu sơ qua về nhiệt luyện

-Sơ lược về nhiệt luyện (Heat treatment):

Nhiệt luyện là công nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt tại đó một thời gian thích hợp rồi làm nguội với tốc

độ nhất định để làm thay đổi tổ chức, do đó biến đổi cơ tính và các tính chất khác theo phương hướng đã chọn trước

Nhiệt luyện chỉ làm thay đổi tính chất của vật liệu (chủ yếu là vật liệu kim loại) bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong mà không làm thay đổihình dáng và kích thước của chi tiết

Nhiệt luyện chỉ làm thay đổi tính chất của vật liệu (chủ yếu là vật liệu kim loại) bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong mà không làm thay đổihình dáng và kích thước của chi tiết

Trong chế tạo cơ khí, nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng vì không những nó tạo cho chi tiết sau khi gia công cơ những tính chất cần thiết

mà còn làm tăng tính công nghệ của vật liệu Vì vậy có thể nói nhiệt luyện là khâu quan trọng không thể thiếu được đối với chế tạo cơ khí

và là một trong những yếu tố công nghệ quan trọng quyết định chất lượng của sản phẩm cơ khí

Nhiệt luyện có ảnh hưởng quyết định tới tuổi thọ của các sản phẩm cơ khí Máy móc càng chính xác, yêu cầu cơ tính càng cao thì số lượng chi tiết cần nhiệt luyện càng nhiều Đối với các nước công nghiệp pháttriển, để đánh giá trình độ ngành chế tạo cơ khí phải căn cứ vào trình

độ nhiệt luyện, bởi vì dù gia công cơ khí chính xác nhưng nếu không qua nhiệt luyện hoặc chất lượng nhiệt luyện không đảm bảo thì tuổi thọ của chi tiết cũng không cao và mức độ chính xác của máy móc không còn giữ được theo yêu cầu

Nhiệt luyện nâng cao chất lượng sản phẩm không những có ý nghĩa kinh tế rất lớn (để kéo dài thời gian làm việc; nâng cao độ bền lâu của công trình, máy móc thiết bị…) mà còn là thước đo để đánh giá trình

độ phát triển khoa học, kĩ thuật của mỗi quốc gia

-Sơ lược về xử lý bề mặt:

-Xử lý điện hóa bề mặt kim loại là một quá trình công nghệ

hay được sử dụng, vì thực tế hầu như tất cả các vật dụng bằng kim loạiđều phải được hoàn thiện, đồng thời đó cũng là trách nhiệm của nhà sản xuất

-Xử lý bề mặt là một khâu quan trọng trong quá trình sản xuất hầu hết các vật dụng bằng kim loại Tùy thuộc vào bản chất của việc xử lý, bề mặt kim loại có thể được hoàn thiện theo các cách khác nhau Nó có thể được cải thiện về độ bền ăn mòn hoặc bào mòn; có thể có một bề măt có tính xúc tác; hoặc có thể được làm tăng vẻ đẹp của bề mặt -Rất nhiều chi tiết khi làm việc vừa chịu momen xoắn lại vừa chịu mài mòn ma sát trên bề mặt Vì thế chi tiết yêu cầu bề mặt phải có độ

cứng, tính chống mài mòn cao, còn lõi phải dẻo dai Cũng có nhiều chitiết sau khi xử lý nhiệt đã đạt độ cứng, độ bền, tính chống mài mòn cao, nhưng người ta vẫn tạo 1 lớp phủ chống mài mòn trên bề mặt chi tiết để nâng cao giá trị Vì thế người ta sử dụng công nghệ :

 Công nghệ tôi bề mặt

 Hóa nhiệt luyện

 Công nghệ phủ

 Biến cứng và cơ nhiệt luyện

Chương 2: Nhiệt luyện thép và hợp kim.

2.1 Chuyển biến pha khi nhiệt luyện.

2.1.1 Chuyển biến khi nung nóng:

Trong hầu hết các thao tác nhiệt luyện, quá trình xảy ra đầu tiên là sự tạo thành pha austenit Mặc dầu đối với các loại thép thông thường dùng austenit chỉ tồn tại ở nhiệt độ cao nhưng nó lại ảnh hưởng lớn đến tổ chức tế vi và tính chất kim loại ở nhiệt độ thường sau khi nhiệt luyện.Do vậy việc tìm hiểu bản chất của chuyển biến Peclit thành austenit khi nung là điều rất cần thiết

2.1.2 Giản đồ trạng thái Fe-C.

Trước khi nghiên cứu chuyển biến Peclit thành austenit, ta xem lại giản đồ trạng thái Fe-C, giản đồ trạng thái Fe-C có hình như bên dưới:

Hình 2.1 Giản đồ trạng thái Fe-C hay Fe-Fe3C-Các pha xuất hiện trong giản đồ này:

 Ferit (F,α); là dung dịch rắn của C trong Fe anpha (Fe, α)

 Austenit (A,γ); là dung dịch rắn của C trong Fe gama (Fe, γ), có mạng lập phương diện tâm, chỉ tồn tại ở nhiệt độ cao trên 7270C

 Xementit (Xe,Fe3C); là hợp chất hóa học của Fe với Cacbon có công thức Fe3C, lượng C trong Xe là 6,67% Xe có mạng tinh thểtrực thoa

 Peclit (P); là hổn hợp cơ học của ferit và xementit

2.1.3 Chuyển biến Austenit thành Peclit

• Chuyển biến xảy ra ở vùng nhiệt độ tương đối cao AC1-5500C

• Chuyển biến xảy ra có tính chất khếch tán vì từ một dung dịch rắn có nồng độ C tương đối đồng nhất (Austenit) thành hỗn hợp

2 pha ferit và xementit có thành phần C rất khác nhau

• Chuyển biến xảy ra bằng cách sinh mầm và phát triển mầm

2.1.4 Chuyển biến Mactenxit.

Đây là chuyển biến xảy ra khi làm nguội nhanh austenit

• Trong các chuyển biến thì chuyển biến mactenxit được chú ý nhiều nhất vì tầm quan trọng và tính phổ biến của thao tác tôi trong nhiệt luyện, mặc khác do động học chuyển biến và sản phẩm tạo thành có nhiều điểm khác với chuyển biến khuếch tán.

• Chuyển biến không những xảy ra trong hệ thống Fe-C mà trong các hợp kim Cu-Zn, Cu-Sn,

• Chuyển biến xảy ra ở nhiệt độ thấp không có sự khuếch tán của các nguyên tử, do vậy thành phần hóa học của sản phẩm tạo thành giống thành phần pha mẹ

*Đặc điểm của chuyển biến:

• Xảy ra khi làm nguội với tốc độ bằng hoặc lớn hơn tốc độ nguội tới hạn

• Chuyển biến cần độ quá nguội lớn

• Đây không phải là chuyển biến khuếch tán

• Khi có tác dụng của ngoại lực, chuyển biến Mactenxit xảy ra ở nhiệt độ cao hơn

• Chuyển biến Mactenxit không xảy ra đến cùng nên còn austenit dư

2.1.5 Chuyển biến Bainit.

Trong thép Cacbon hợp kim thấp, chuyển biến bainit còn gọi là chuyểnbiến trung gian xảy ra ở khoảng 2500C đến 550oC Nó chiếm vị trí trung gian giữa chuyển biến khuếch tán (Peclit)và chuyển biến không khuếch tán (Mactenxit) vì thế nó đặc tính cho cả 2 loại chuyển biến trên

Chuyển biến bainit trong thép C ở vùng nhiệt độ cao trùng với chuyển biến Peclit, còn ở vùng nhiệt độ thấp trùng với chuyển biến Mactenxit cho nên nghiên cứu chuyển biến bainit trong thép C gặp nhiều khó khăn và hầu nhưu không thực hiện được

Cũng giống như chuyển biến austenit thành mactenxit, chuyển biến austenit thành bainit bao giờ cũng tồn tại một lượng dư austenit không chuyển biến hết.

Chuyển biến bainit được ứng dụng trong công nghệ tôi đẳng nhiệt thépgió nhằm tránh hiện tượng cong vênh

2.1.6 Chuyển biến khi ram và hóa già.

a/Chuyển biến khi ram.

Ram thép là công nghệ bắt buộc sau khi tôi ( chuyển biến Austenit thành Mactenxit), bao gồm việc nung nóng thép đã tôi lên nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ AC1, giữ nhiệt độ một thời gian sau đó làm nguội Thép sau khi tôi có tổ chức mactenxit tôi và austenit dư Đây là 2 pha không ổn định ở nhiệt độ thường nên luôn có xu hướng trở về trạng thái ổn định hơn Khi nung thép đã tôi, mactenxit tôi và austenit dư sẽ

bị phân hủy

* Các giai đoạn xảy khi ram thép, gồm có 3 giai đoạn:

1. Giai đoạn thứ 1 (80-2000C) chiều dài mẫu bị co lại, trong giai đoạn này mactenxit tôi bị phân hủy tiết bớt cacbon ra dưới dạng cacbic ε (Fe2,4C) nằm liền mạng với pha mẹ Mactenxit bị tiết bớt

C và cacbit ε gọi là mactenxit ram Đồng thời với quá trình phân

hủy mactenxit tôi thành mactenxit ram, ứng suất dư tồn tại khi chuyển biến austenit thành mactenxit cũng được khử bỏ Độ cứng của thép sau khi ram ở nhiệt độ này không giảm đi bao nhiêu nhưng ứng suất được khử bỏ.

2. Giai đoạn thứ 2 (200-2600C); ứng với giai đoạn này chiều dài mẫu tăng lên.Điều này có liên quan đến sự phân hủy austenit dư thành mactenxit ram hay bainit Tuy nhiên giai đoạn này vẫn còn

sự phân hủy mactenxit tôi thành mactenxit ram nhưng hiệu suất tăng chiều dài do chuyển biến mactenxit tôi thành mactenxit ram lấn lướt nên kết quả là chiều dài tăng lên Đến nhiệt độ 2500C thì cacbit ε bắt đầu tách ra khỏi pha mẹ chuyển thành xementit

Fe3C Như vậy trong giai đoạn này tổ chức của thép là mactenxitram hay bainit.s

3. Giai đoạn thứ 3 (260-3800C) giai đoạn này thì chiều dài mẫu lại

bị co lại ứng với sự tiết hết Cacbon khỏi mactenxit và cacbit ε chuyển hết thành xementit Fe3C

b/Hóa già.

• Hóa già là dạng nhiệt luyện để hóa bền hợp kim dựa vào sự thay đổi độ hòa tan theo nhiệt độ.Hóa già dùng cho những hợp kim cógiản đồ trạng thái như hình trình bày bên dưới.(Hình 3.b)

(Hình 3.b; Giản đồ trạng thái 2 nguyên tử A và B )

• Trong các dung dịch rắn xen kẽ hoặc thay thế, khi giới hạn hòa tan nhỏ (dưới 1%) thì sự phụ thuộc giữa độ hòa tan của nguyên

tố vào nhiệt độ có thể biểu thị qua công thức:

T nhiệt độ tuyệt đối ,oK

• Công thức trên vẫn có thể dùng cho trường hợp Fe-c và Fe-N

2.2 Công nghệ nhiệt luyện.

Nhiệt luyện có vai trò như thế nào trong sản xuất cơ khí? Các nhà máycủa chúng ta đã quan tâm đầu tư đúng mức cho nguyên công này Đâu

là giải pháp tăng tính cạnh tranh trong môi trường hội nhập đòi hỏi ngày càng khắt khe về chất lượng?

Trước khi tìm hiểu vai trò của nhiệt luyện đối với nhà máy cơ khí như thế nào chúng ta cùng tìm hiểu sơ qua về nhiệt luyện

2.2.1 Khái niệm và ý nghĩa nhiệt luyện.

• Trong chế tạo cơ khí, nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng vì không những nó tạo cho chi tiết sau khi gia công cơ những tính chất cần thiết mà còn làm tăng tính công nghệ của vật liệu Vì vậy có thể nói nhiệt luyện là khâu quan trọng không thể thiếu được đối với chế tạo cơ khí và là một trong những yếu tố công nghệ quan trọng quyết định chất lượng của sản phẩm cơ khí

• Nhiệt luyện có ảnh hưởng quyết định tới tuổi thọ của các sản phẩm cơ khí Máy móc càng chính xác, yêu cầu cơ tính càng cao thì số lượng chi tiết cần nhiệt luyện càng nhiều Đối với các nướccông nghiệp phát triển, để đánh giá trình độ ngành chế tạo cơ khíphải căn cứ vào trình độ nhiệt luyện, bởi vì dù gia công cơ khí chính xác nhưng nếu không qua nhiệt luyện hoặc chất lượng nhiệt luyện không đảm bảo thì tuổi thọ của chi tiết cũng không cao và mức độ chính xác của máy móc không còn giữ được theo yêu cầu

• Nhiệt luyện nâng cao chất lượng sản phẩm không những có ý nghĩa kinh tế rất lớn (để kéo dài thời gian làm việc; nâng cao độ bền lâu của công trình, máy móc thiết bị…) mà còn là thước đo

để đánh giá trình độ phát triển khoa học, kĩ thuật của mỗi quốc

Bằng những phương pháp nhiệt luyện thích hợp như tôi + ram, tôi bề mặt, thấm cacbon - nitơ,…độ bền và độ cứng của vật có thể tăng lên từ

ba đến sáu lần (thép chẳng hạn), nhờ đó có thể dẫn tới rất nhiều điều

có lợi như sau:

-Tuổi bền (thời gian làm việc) của máy tăng lên do hệ số an toàn cao không gãy vỡ (do nâng cao độ bền) Trong nhiều trường hợp máy hỏng còn là do bị ăn mòn quá mạnh, nâng cao độ cứng, tính chống màimòn cũng có tác dụng này

-Máy hay kết cấu có thể nhẹ đi, điều này dẫn đến tiết kiệm kim loại (hạ giá thành), năng lượng (nhiên liệu) khi vận hành

- Tăng sức chịu tải của máy, động cơ, phương tiện vận tải (ôtô, toa xe, tàu biển…) và kết cấu (cầu, nhà, xưởng…), điều này dẫn tới các hiệu quả kinh tế - kĩ thuật lớn

Phần lớn các chi tiết máy quan trọng như trục, trục khuỷu, vòi phun cao áp, bánh răng truyền lực với tốc độ nhanh, chốt…đặc biệt là 100%dao cắt, dụng cụ đo và các dụng cụ biến dạng (khuôn) đều phải qua nhiệt luyện tôi + ram hoặc hoá nhiệt luyện Chúng thường được tiến hành gần như là sau cùng, nhằm tạo cho chi tiết, dụng cụ cơ tính thích

dụ, sau khi biến dạng (đặc biệt là kéo nguội) thép bị biến cứng đến mức không thể cắt gọt hay biến dạng (kéo) tiếp được, phải đưa đi ủ hoặc thường hoá để làm giảm độ cứng, tăng độ dẻo Sau khi xử lý như vậy thép trở nên dễ gia công tiếp theo.

Các phương pháp nhiệt luyện tiến hành với mục đích như vậy được gọi là nhiệt luyện sơ bộ, chúng nằm giữa các nguyên công gia công cơ khí (thường tiến hành trên phôi)

Vậy trong sản xuất cơ khí cần phải biết tận dụng các phương pháp nhiệt luyện thích hợp, không những đảm bảo khả năng làm việc lâu dàicho chi tiết, dụng cụ bằng thép mà còn đễ dàng cho quá trình gia công

▪ Nhiệt luyện trong nhà máy cơ khí

-Ở các nhà máy cơ khí với quy mô nhỏ và trung bình, bộ phận nhiệt

luyện không lớn và thường đặt tập trung Sau khi nhiệt luyện sơ bộ, từ đây phôi thép được chuyển tới các phân xưởng cắt gọt, dập và sau khi nhiệt luyện kết thúc các chi tiết máy quan trọng (cần cứng và bền cao)

được đưa qua mài hay thẳng đến lắp ráp Cách sắp xếp như vậy có nhiều nhược điểm, song không thể khác vì sản lượng thấp Ở các nhà máy cơ khí có quy mô lớn và rất lớn, các chi tiết máy được gia công hoàn chỉnh từ khâu đầu đến khâu cuối trên dây chuyền cơ khí hoá hoặc

tự động hoá trog đó bao gồm cả nguyên công nhiệt luyện Do vậy nguyên công nhiệt luyện ở đây cũng phải được cơ khí hoá thậm chí tự động hoá và phải chống nóng, độc để không có ảnh hưởng xấu đến bảnthân người làm nhiệt luyện cũng như cả dây chuyền sản xuất cơ khí Cách sắp xếp chuyên môn hoá cao như vậy đảm bảo chất lượng sản phẩm và lựa chọn phương án tiết kiệm được năng lượng

Các nhà máy cơ khí có thể xem xét tuỳ thuộc vào mức độ sản xuất của đơn vị mình ra sao mà lựa chọn quy mô của phân xưởng nhiệt luyện sao cho phù hợp và tiết kiệm nhất nhưng vẫn đảm bảo được chất lượngcủa sản phẩm

2.2.2 Công nghệ nung nóng.

Bất kỳ một quy trình nhiệt luyện nào, dù đơn giản nhất, cũng bao gồm

ít nhất 3 giai đoạn: nung, giữ nhiệt, làm nguội

• Nung nhằm đưa chi tiết nhiệt luyện đạt tới nhiệt độ cần thiết để các chuyển biến tổ chức có thể xảy ra

• Giữ nhiệt nhằm để hoàn thành triệt để các chuyển biến tổ chức cần thiế

• Làm nguội để đưa chi tiết về nhiệt độ thường với các tổ chức mong muốn

Nung cần thực hiện với tốc độ nhất định để tránh làm cong vênh, nứt sản phẩm Làm nguội cũng cần thực hiện với một tốc độ được khống chế để ngoài mục đích tránh làm cong vênh, nứt sản phẩm, còn phải tạo được các tổ chức cần thiết, tuỳ theo mục đích nhiệt luyện cụ thể Đây là những giai đoạn cực kỳ quan trọng, cần được xét kỹ khi nhiệt luyện.

a/ Yêu cầu khi nung nóng;

• Phải đảm bảo quy trình nung nóng đúng kỹ thuật gồm; nhiệt độ, thời gian, giữ nung và giữ nhiệt và phương pháp nung.

• Đảm bảo sự nung nóng đồng đều giữa bề mặt và trong lõi, cũng như các phần khác nhau của chi tiết.

• Tránh được các khuyết tật khi nung như; cong vênh, oxy hóa và thoát Cacbon càng nhiều càng tốt.

b/Các phương pháp nung nóng.

• Đối với ủ và thường hóa thép người ta cho chi tiết vào thiết bị nung ở nhiệt độ từ 500-600 0 C, sau đó nung lên đến nhiệt độ xác định.

• Đối với công nghệ tôi thép cacbon và hợp kim thấp người ta cho chi tiết vào thiết bị nung sau khi đạt nhiệt độ quy định

• Đối với các chi tiết có hình dạng phức tạp, thép hợp kim cao thì người ta chọn cách nung phân cấp

c/Thời gian nung nóng và giữ nhiệt.

Thời gian nung và giữ nhiệt rất quan trọng đối với chất lượng xử lý nhiệt vì nó ảnh hưởng đến kích thước hạt thực tế của tổ chức austenit

và do đó đến kích thước hạt của tổ chức phân hóa sau khi làm nguội

ở đây ta chỉ trình bày cách tính thời gian nung nóng chi tiết đưa vào

lò khi nhiệt độ đã đạt quy định theo công thức sau:

Tn = a.K.D (phút)

trong đó:

• a hệ số nung nóng (ph/mm)

• K hệ số sắp xếp

• D kích thước đặc trưng của chi tiết (mm)

( Các hệ số a, K và D tham khảo trang 32 sách “Công nghệ nhiệt luyện và xử lý bề mặt” của Tiến sỹ Nguyễn Văn Dán )

-Thời gian giữ nhiệt đảm bảo sao cho chuyển biến P > γ hoàn thành đảm bảo hòa tan cacbit và đồng đều hóa austenit cũng như đồng đều nhiệt độ giữa bề mặt và tâm chi tiết.

d/Oxy hóa và thoát Cacbon khi nung nóng thép.

-Khi nung nóng thép xảy ra sự oxy hóa do các tác nhân có sẳn trong

môi trường nung như O 2 , CO 2 , hơi nước, thành phần thép chủ yếu là

Fe bị oxy hóa thành các dạng oxyt như FeO, Fe 3 O 4 , (Fe0.Fe 2 O 3 ) và

Fe 2 O 3

-Các tác nhân oxy hóa tác dụng trực tiếp với Cacbon trong thép gây

ra sự cháy Cacbon (thoát Cacbon) khi nung ===> bề mặt thép giảm cacbon ===> giảm các chỉ tiêu cơ tính.Người ta dùng các phương pháp sau để hạn chế:

1. Sử dụng khí bảo vệ làm môi trường

2. Nung nóng trong khí trơ (Ar,N 2 )

3. Nung trong môi trường khí khử oxy H 2

4. Nung trong môi trường chân không có độ chân không cao.

e/Một số thiết bị dùng để nung nóng.

• Các loại lò buồng điện trở.

• Các loại lò giếng điện trở

• Các loại lò muối.

2.2.3 Ủ và thường hóa thép.

a/ Ủ thép.

Ủ là một công nghệ bao gồm nung nóng thép lên nhiệt độ tới hạn, giữ nhiệt độ một thời gian sau đó làm nguội chậm cùng lò, ủ nhằm mục đích sau:

• Giảm độ cứng thép để dễ gia công và cắt gọt, tăng độ dẻo để dể cán, kéo, dập nguội.

• Khử biến trắng trên bề mặt gang xám đúc, khử lớp chai cứng trên bề mặt thép do biến dạng dẻo.

• Làm đồng đều thành phần hóa học phôi đúc do bị thiên tích.

• Chuẩn bị phôi đúc cho nguyên công xử lý nhiêt kết thúc (tôi +ram)

b/Thường hóa.

Thương hóa là một công nghệ gồm nung thép lên tới nhiệt độ austenit hóa hoàn toàn, giữ nhiệt một thời gian và sau đó làm nguội ngoài không khí tĩnh, nhằm mục đích:

• Đạt độ cứng thích hợp cho cắt gọt

• Chuẩn bị tổ chức cho xử lý nhiệt luyện kết thúc.

• Khử lưới xementit thứ hai trong thép sau cùng tích hoặc lớp bề mặt sau khi thấm Cacbon.

2.2.4 Tôi thép

Tôi thép là nguyên công nhiệt luyện quan trọng nhất, quyết định chủ yếu đến cơ tính của vật phẩm Nguyên công này thuộc loại nhiệt luyện kết thúc, thực hiện trên chi tiết gần thành phẩm nên bất cứ sai hỏng nào khi tôi cũng có thể gây thiệt hại lớn Vì vậy, hiểu biết về kỹ thuật tôi rất có ích cho công tác sản xuất.

a/ Định ngĩa.

-Nguyên công tôi bao gồm việc nung nóng thép đến một nhiệt độ nhất định, giữ tại nhiệt độ đó trong một khoảng thời gian nhất định (để làm đồng đều nhiệt độ và chuyển biến trên toàn khối vật liệu) rồi làm nguộinhanh với vận tốc nguội lớn hơn vận tốc nguội tới hạn trong một môi trường thích hợp.

-Mục đích của tôi thép là:

• Làm tăng độ cứng, tính chống mài mòn cho chi tiết thép

• Làm tăng độ bền do đó làm tăng tuổi thọ cho chi tiết

Chú ý: Độ bền chi tiết chỉ tăng khi tiến hành ram để khử hết ứng suất

dư trong thép đã tôi

-Một số lưu ý khi tôi thép:

1. Nhiệt độ nung thép khi tôi là nhiệt độ trên Ac1 Theo giản đồ sắt

- cacbon, ở trên Ac1, tổ chức austenit sẽ xuất hiện Khi được làmnguội đủ nhanh, austenit sẽ chuyển biến thành mactenxit, một pha có độ cứng cao Chính mactenxit sẽ hóa bền cho thép sau tôi.-Thép trước cùng tích t0

tôi = AC3 + (30-50)0C-Thép cùng tích và sau cùng tích :t0

tôi = AC1 + (30-50)0C

2. Môi trường làm nguội khi tôi được chọn tùy theo loại thép Với thép C45 (TCVN), có thể tôi trong nước hay dầu (nếu chi tiết nhỏ); thép 40Cr có thể tôi dầu Một số loại thép khác có thể đượctôi trong dung dịch polymer hay không khí (để giảm ứng suất nhiệt)

b/ Tính toán thời gian giữ nhiệt.

Thời gian giữ nhiệt, một thông số cần được đảm bảo tương đối chính xác, song các nhà công nghệ nhiều khi còn chưa thống nhất trong cách

xác định nó Trong phần này nêu cách xác định thời gian giữ nhiệt khi tôi thép Đối với các quy trình ủ hoàn toàn, thường hoá thép cũng có thể áp dụng cách tính này.

− Giả sử chi tiết nhiệt luyện đã được nung đến đạt nhiệt độ tôi cần thiết Khi đó thời gian giữ nhiệt (t) đối với các loại thép khác nhau được tính như sau:

 Thép cacbon, thép kết cấu hợp kim thấp: tgn = 5 -15 phút

 Thép kết cấu hợp kim trung bình: tgn = 15 -25 phút

 Thép dụng cụ gia công nóng (thép hợp kim cao có hàm lượng các bon » 0,3 – 0,5%): tgn = 20 - 30 phút.Loại thép này chứa chủyếu các loại cacbit hợp kim chỉ hoà tan trong austenit ở khoảng 10000C trở lên

 Thép dụng cụ hợp kim thấp, chứa hàm lượng cacbon cao

(khoảng 1,0%C trở lên): 5 phút < tgn = 0,5D < 60 phút.Trong đó

D là kích thước chiều dày đặc trưng của chi tiết nhiệt luyện, tính bằng mm Nếu chi tiết có dạng hình trụ thì D chính là đường kính Nếu chi tiết có dạng phức tạp thì có thể coi D là chiều dày lớn nhất trong số các chiều dày của các hình khối tạo thành

 Thép dụng cụ hợp kim cao, cacbon cao (thông thường có chứa Cr): 10 phút < tgn = (0,5 - 0,8)D < 60 phút.Trong đó D là kích thước chiều dày đặc trưng, được tính như trên Giá trị 0,5 được dùng cho nhiệt độ tôi chọn ở giới hạn trên, còn giá trị 0,8 dùng khi nhiệt độ tôi nằm ở giới hạn dưới

 Thép gió, nhiệt độ tôi ở khoảng 1200 – 13000C : tgn = 5 - 15 phút

Sở dĩ trong một số công thức trên có xuất hiện đại lượng D- kích thướcđặc trưng của chi tiết là vì trong thép C cao khi gia công nóng sau đúc

dễ tồn tại dải cacbit; các dải cacbit này càng lớn khi kích thước gia công càng lớn Do đó, để khử được chúng thời gian giữ nhiệt càng phải dài, tức là thời gian giữ nhiệt cũng phụ thuộc kích thước chi

tiết.Nếu thời gian giữ nhiệt ngắn thì lượng cacbit hoà tan vào austenit

không đủ để tạo cho thép có được các tính chất cần thiết sau khi làm nguội (độ cứng, độ thấm tôi, tính cứng nóng,….) Nếu thời gian giữ nhiệt quá kéo dài thì hạt austenit trở lên thô to, thép bị giòn; ngoài ra, nếu lấy độ cứng thứ nhất để sử dụng thì giá trị độ cứng có thể không đạt (bị thấp) do austenit dư còn nhiều.

-Thực tế người ta có thể xác định thời gian giữ nhiệt như sau:

1. Cách thứ 1: Thời gian giữ nhiệt được tính theo thời gian nung

Nếu thời gian nung là tn thì thời gian giữ nhiệt là: tgn = (0,20 - 0,25) tn

2. Cách thứ 2: Thời gian giữ nhiệt lấy theo kích thước chi tiết Nếu

kích thước đặc trưng của chi tiết là D (mm) thì: tgn = D phút

3. Cách thứ 3: Tính theo công thức: tgn = A + b.D (bảng 2)

Chú ý là các cách tính trên đây đều chọn thời điểm bắt đầu là khi lò nung đạt nhiệt độ và lò làm việc ở chế độ nhiệt độ không đổi Ta biết rằng, nếu mẻ xếp có khối lượng lớn thì nhiệt độ bề mặt chi tiết sẽ lâu đạt hơn là với mẻ có khối lượng nhỏ Do đó các cách tính này đều chịusai số nhất định Tuy nhiên, mẻ xếp trong sản xuất thường chọn ở gần giới hạn khối lượng cao nhất cho phép, sao cho năng suất đạt tối đa Trên đây là các cách tính áp dụng cho mẻ xếp với khối lượng như vậy

và các cách tính này chỉ nên áp dụng trong điều kiện sản xuất

 Công nghệ tôi bề mặt

 Hóa nhiệt luyện

 Công nghệ phủ

 Biến cứng và cơ nhiệt luyện

-Tôi bề mặt: Đây là công nghệ bao gồm nung nóng nhanh bề mặt chi

tiết lên tới nhiệt độ cần thiết bằng phương pháp khác nhau, sau đó làm nguội nhanh trong môi trường có vận tốc nguội lớn hơn vận tốc nguội tới hạn Do bề mặt được nung nhanh tới nhiệt độ tôi, còn phần lớn lõi vẫn chưa đạt nhiệt độ tôi nên khi tôi chỉ có bề mặt chi tiết được tôi cứng, trong khi đó lõi, chi tiết vẫn mềm, đảm bảo tính dẻo dai

-Hóa-nhiệt luyện: Hóa - nhiệt luyện là phương pháp hóa bền bề mặt,

nhằm bão hòa bề mặt chi tiết bằng một hoặc nhiều nguyên tố, làm thayđổi thành phần hóa học trên lớp bề mặt so với lõi chi tiết, do đó làm thay đổi tổ chức và tính chất của lớp bề mặt để đạt được mục đích :

• Tăng độ bền, độ cứng, tính chống mài mòn cho bề mặt chi tiết, trong khi vãn giữ được độ dẻo dai trong lõi Người ta sử dụng phương pháp thấm Cacbon, thấm Nitơ, thấm Cacbon – Nito,

• Nâng cao tính bền hóa học, bền nhiệt cho chi tiết

Gồm có 3 giai đoạn xảy ra trong hóa nhiệt luyện;

• Giai đoạn phân tích ra nguyên tử hoạt tính

• Giai đoạn hấp thụ nguyên tử hoạt tính cần thấm

• Giai đoạn khuếch tán các nguyên tử vào sâu bên trong bề mặt

2.3.1 Cơ sở lý thuyết của hóa nhiệt luyện.

a/Những quá trình xảy ra khi hóa nhiệt luyện

Trong bất kỳ quy trình hóa nhiệt luyện nào cũng có các giai đoạn: phân hủy, hấp thụ và khuếch tán

• Gia đoạn phân tích ra nguyê tử hoạt tính của chất thấm Trạng thái hoạt tính của nguyên tử giống như thường thấy ởtrạng thái Ion hóa Thường thì sự phân tích ra nguyên tử hoạt tính xảy ra từ phản ứng nhiệt phân

Ví dụ; 2NH3 ↔ 2N nguyen tử + 3H2↑

• Giai đoạn hấp thụ nguyên tử hoạt tính lên bề mặt chi tiết: Các nguyên tử hoạt tính ở trạng thái giống như trạng thái Ion hóa có xu hướng bị hấp thụ lên bề mặt chi tiết thép

• Nhiều nghiên cứu về quá trình thấp Cacbon, nitơ, nitơ cho rằng: Các nguyên tử khí thấm ở trạng thái sinh nhận thêm điện tử bức ra từ chi tiết thép bị nung trở thành ion âm và chi tiết mất điện tử trở thành ion dương Quy trình hấp thụ lúc đó giống như tương tác giữa ion âm và iondương

cacbon-• Khuếch tán: các nguyên tử đã được hấp thụ vào lớp bề mặt

sẽ khuếch tán vào trong tạo thành lớp khuếch tán Chiều dày lớp khuếch tán phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian và nồng độ chất khuếch tán ở lớp bề mặt như trình bày ở hình XI- 1

Ngoài những yếu tố nêu trên khuếch tán còn phụ thuộc vào pha tạo thành, thí dụ khi thấm carbon, nitơ do tạo thành dung dịch rắn xen kẽ nên khuếch tán xảy ra nhanh hơn khi thấm kim loại (do taọ thành dungdịch rắn thay thế).

Ba giai đoạn phân hủy (PH), hấp thụ (HT) và khuếch tán (KT) có liên quan rất mật thiết với nhau và có ảnh hưởng đến quá trình hóa 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 đến tốc

độ của quá trình Ngược lại khi các nguyên tử hoạt tạo thành không đủ

để hấp thụ thì thời gian hóa nhiệt luyện phải kéo dài Trường hợp tốt nhất là tốc độ phân hủy bằng tốc độ hấp thụ Trong thực tế thường gặphiện tượng trên bề mặt chi tiết sau khi thấm carbon có muội mồ hóng, điều này chứng tỏ những nguyên tử carbon hoạt tạo thành trong giai đoạn phân hủy không hấp thụ kịp

Tương quan giữa hấp thụ và khuếch tán có ảnh hưởng lớn đến việctạo 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 nênnồng độ chất khuếch tán ở lớp bề mặt rất cao nhưng chiều sâu lớpkhuếch tán lại nhỏ ( đường 1 trên hình XI – 2) Ngược lại trường hợpkhuếch tán nhanh hơn hấp thụ thì nồng độ chất khuếch tán ở lớp bềmặt thấp nhưng chiều sâu lớp khuếch tán lại lớn (đường 2 trên hình XI– 2)

b/ Cấu trúc lớp khuếch tán:

1. Trường hợp 1: Ở trạng thái rắn hai nguyên A và B hòa tan có

giới hạn tạo thành dung dịch rắn α và hợp chất hóa học AnBm (xem hình XI – 3) Giả sử quá trình bão hòa xảy ra ở nhiệt độ t1,

ở đây có thể xảy ra những trường hợp sau:

- Quá trình hấp thụ xảy ra đủ mạnh thì ở lớp bề mặt tạo thành dung dịch rắn có nồng độ tới hạn là Cm đi sâu vào trong nồng độ nguyên B giảm đều đều như đường 1 ở hình XI – 3

- Trường hợp hấp thụ xảy ra yếu thì nồng độ nguyên B ở lớp bề mặt không đạt được giá trị Cm mà nhỏ hơn, thí dụ C1, nhưng chiều dày lớpkhuếch tán lại lớn hơn (đường 2)

- Trường hợp hấp thụ rất mạnh nhưng khuếch tán các nguyên tử vào trong lại yếu thì nồng độ nguyên B ở lớp bề mặt sẽ rất lớn và tạo thànhhợp chất hóa học AnBm (đường 3)

Ở nhiệt độ làm bão hòa lớp khuếch tán gồm hợp chất hóa học AnBm ở

bề mặt và dung dịch rắn α

Khi làm nguội chậm, từ các vùng một pha có thể tiết ra những tinh thể

α dư ký hiệu là αII, hoặc hợp chất hóa học dư ký hiệu AnBmII

b) Trường hợp 2: Ở nhiệt độ làm bão hòa tạo thành hợp chất

hóa học hoặc pha trung gian có nồng độ thay đổi như ở hình XI – 4.Trường hợp hấp thụ xảy ra mạnh ở lớp bề mặt có thể đặt nồng độ nguyên B tương ứng với dung dịch rắn β, lớp tiếp theo là hợp chất hóa học AnBm có nồng độ thay đổi trong khoảng b-c, cuối cùng là lớp dung dịch rắn α Như vậy lớp khuếch tán gồm nhiều vùng β + AnBm +α có nồng độ rất khác nhau; chiều dày lớp khuếch tán là x1 + x2 + x3

( xem hình XI – 4b)

Nếu trong hệ “ kim loại - nguyên tố bão hòa “ không có chuyển biến

pha ở trạng thái rắn, thì khi làm nguội thành phần pha và tổ chức của

lớp khuếch tán không thay đổi Trường hợp hệ thống có chuyển biến

pha ở trạng thái rắn, thì sau khi làm nguội trong mỗi vùng của lớp

khuếch tán đều có những biến đổi phụ thuộc vào thành phần và tương

tác giữa các nguyên

Những trường hợp nêu trên ứng với khi làm bão hòa kim loại nguyên

chất bằng một nguyên tố, thực tế thường gặp những trường hợp phức

tạp hơn, thí dụ làm bão hòa thép bằng một nguyên tố hoặc làm bão hòakim loại nguyên chất đồng thời bằng hai nguyên tố Trong những

trường hợp nêu trên, muốn xác định thành phần pha của lớp khuếch

tán phải dùng giản đồ trạng thái ba nguyên

Dựa vào đặc tính thay đổi thành phần hóa học, các dạng hóa nhiệt

luyện có thể chia thành ba nhóm:

− Làm bão hòa bằng các á kim

− Làm bão hòa bằng các kim loại

− Tách các nguyên tố ra khỏi kim loại bằng khuếch tán

Những nhóm này bao gồm tất cả các quá trình hóa nhiệt luyện sử dụngtrong công nghiệp (xem bảng XI – 1)

Các dạng hóa nhiệt luyện

Làm bão hòa bằng các á

kim

Làm bão hòa bằng các kim loại

Tách các nguyên tố ra khỏi mẫu

Thấm carbon - nitơ Thấm Cr- Al Thoát carbon

Nitrôxêmentaxia Phủ kẽm Khử tổng hợp(Thấm C – N thể khí) Phủ đồng các tạp chất

Thấm silic Thấm berili

Thấm lưu huỳnh Thấm vanadi

Thấm C – N - S

Làm bão hòa bằng oxi

Dưới đây trình bày một số dạng hóa nhiệt luyện điển hình, những quátrình này chủ yếu dùng cho thép vì hóa nhiệt luyện gang và hợp kimmàu trong thực tế rất ít sử dụng

2.Thấm Cacbon.

Thấm Carbon là quá trình làm bão hòa bề mặt chi tiết bằng carbon, nó

là dạng hóa nhiệt luyện khá thông dụng ở nước ta cũng như ở các nướccông nghiệp phát triển Sau khi thấm carbon và nhiệt luyện, bề mặt chitiết có độ cứng cao, tính chống mài mòn tốt trong khi lõi vẫn dẻo dai, nhờ vậy chi tiết sau khi thấm carbon có thể làm việc trong điều kiện tảitrọng uốn, va đập

Thấm carbon có thể tiến hành trong thể rắn, thể lỏng và thể khí

1 Thép dùng để thấm carbon

Để thấm carbon thường dùng loại thép carbon và hợp kim có thành phần carbon thấp (≤0.3%C), nhờ vậy sau khi nhiệt luyện lõi có độ dẻo dai cao

Thành phần hóa học của thép thấm carbon được đưa ra ở bản XI -2

Tùy thuộc vào thành phần hóa học của thép và điều kiện tôi, trong lõi

có thể có tổ chức mactenxit + ferit, peclit hay bainit ; nhờ vậy mà lõi

có độ dẻo cao

Hàm lượng niken trong thép thấm carbon cao ( 3 -4%) làm giảm đáng

kể điểm Mđ, vì thế mà số lượng austenit dư trong lớp thấm tăng Thép

có hàm lượng niken thấp nhưng Crôm tăng đến 2% thì trong lớp thấm tạo thành nhiều cacbit, đặc biệt khi môi trường thấm có hoạt tính lớn Ngoài ra thép crôm- niken ở trạng thái ủ khó gia công cơ Do những đặc điểm trên nên mặc dù thép Crôm- niken có cơ tính lõi rất tốt

nhưng thực tế lại ngày càng sử dụng rộng rãi thép Crôm - niken -

môlipđen hoặc niken – môlipđen

Thép 10 do cơ tính thấp nên chỉ dùng chế tạo những chi tiết nhỏ như chi tiết máy khâu, máy chữ; thép 15 dùng chế tạo những chi tiết lớn hơn Thép 15X,20X dùng cho những trường hợp yêu cầu lớp thấm phải cứng và chống mài mòn tốt như trục cam, trục, trục nối Những mắc thép còn lại thường dùng làm bánh răng Thép hợp kim do có độ thấm tôi lớn nên được dùng để chế tạo những chi tiết quan trọng

2 Sự tạo thành lớp thấm Carbon

Thấm carbon thường tiến hành ở nhiệt độ 930-950oC, tổ chức ở nhiệt

độ thấm là austenit có khả năng hòa tan nhiều carbon Khi thấm carbonđầu tiên các nguyên tử carbon khuếch tán vào mạng tinh thể của

austenit, khi dạt được giới hạn bão hòa xác định bởi đường SE trên giản đồ trạng thái Fe – C thì trên bề mặt có thể tạo thành lớp xementit.Thông thường ở nhiệt độ thấm, lớp khuếch tán có tổ chức austenit, khi làm nguội chậm nó phân hủy thành hỗn hợp ferit và xementit Nồng độcarbon trong lớp thấm thay đổi từ bề mặt vào trong lõi, sự thay đổi nàyđược trình bày ở hình XI – 5 Sau khi làm nguội chậm, tổ chức lớp thấm carbon gồm ba vùng: Sau cùng tích (P + XêII), cùng tích (P) và trước cùng tích (P + F) Chiều sâu lớp thấm carbon là khoảng cách từ

bề mặt tới nửa vùng chuyển tiếp Tổ chức tế vi của lớp thấm carbon được trình bày ở hình XI – 6.

Nồng độ carbon trong lớp thấm thường vào khoảng 0.8- 1.1%, nếu nồng độ carbon cao hơn nữa sẽ làm xấu cơ tính của lớp thấm

Các nguyên tố hợp kim có mặt trong thép

có ảnh hưởng lớn đến chất lượng lớp thấm, cơ chế và tốc độ tạo thành lớp khuếch tán

Chương 3: THẤM CACBON THỂ KHÍ BẰNG THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN THỐNG DÙNG LÒ GIẾNG

1 KHÁI NIỆM THẤM CACBON THỂ KHÍ

-Chi tiết thấm Cacbon được nung nóng trong môi trường chất đến nhiệt độ chuyển biến austenit để cho sự hấp thụ Cacbon thuận lợi nhất Giữ nhiệt độ này và thời gian giữ phụ thuộc vào chiều sâu cầnthấm Sau đó làm nguội với tốc độ khác nhau ( hoặc là tôi trực tiếp)-Các chi tiết đã thấm Cacbon bao giờ cũng tôi và ram thấp

2 ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA LÒ NHIỆT LUYỆN

Thiết bị nung nóng trong các phân xưởng nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng, nó có tác dụng quyết định đến chất lượng sản phẩm Lònhiệt luyện có nhiều loại, cấu tạo của chúng rất khác nhau, nhưng đều có những đặc điểmchung sau đây:

- Khoảng không làm việc của lò được cách biệt hoàn toàn với không khí

- Nhiệt độ trong khoảng không làm việc của lò phải đồng nhất Đối với lò liên tục nhiều vùng thì mỗi vùng đều có nhiệt độ xác định Nhiệt độ ngoài vò lò thường từ 50-600C

- Chi tiết nung có thể dùng hoặc không dùng gá lắp với mục đích

di chuyển dễ dàng trong khoảng không làm việc của lò

- Chất dỡ chi tiết vào và ra lò dễ dàng

- Các lò nhiệt luyện có quán tính nhiệt lớn, tức là khi muốn tăng hay giảm nhiệt độ không thể thực hiện ngay mà phải mất một thời gian Do đó lò nhiệt luyện ít thích hợp với chế độ làm việc gián đoạn, có hệ số sử dụng nhiệt thấp

- Những vật liệu chịu lửa và cách nhiệt để xây dựng lò phải có tuổi thọ dài So với một số thiết bị nung nóng trong một số quá trình công nghệ khác, thì lò nhiệt luyện có quá trình nhiệt khá phức tạp, khống chế nhiệt độ trong lò cần độ chính xác cao Nhiệt luyện các chi tiết thép và hợp kim, có hình dạng kích thước, số hiệu thép đa dạng, yêu cầu kỹ thuật khá khắt khe Chính vì vậy lò nhiệt luyện có rất nhiều loại, nhiều kiểu dáng khác nhau, chế độ nhiệt khác nhau, phù hợp với yêu cầu công nghệ cho từng loại chi tiết

Những yêu cầu chung đối với thiết bị nhiệt luyện là:

- Ở xưởng sản xuất đơn chiếc, loại nhỏ thì những lò nhiệt luyện phải dễ thay đổi chế độ làm việc, có nghĩa là trên cùng một thiết

bị có thể thực hiện nhiều thao tác công nghệ khác nhau (thí dụ:

lò buồng có thể dùng để tôi , ủ, thường hóa, hoặc ram…).Ta thường gọi lò buồng là lò vạn năng

- Kết cấu lò phải phù hợp với đặc tính kỹ thuật của nó, tức là những lò có nhiệt độ cao phải đảm bảo truyền nhiệt bức xạ tốt,

lò có nhiệt độ thấp phải bảo đảm truyền nhiệt đối lưu tốt Vật liệu chế tạo lò phải đảm bảo độ bền và dễ thay thế khi cần sửa chữa

- Khi sản xuất lớn, lò nhiệt luyện phải dễ dàng đặt vào dây chuyềnsản xuất Trong các nhà máy cơ khí chế tạo lớn, thiết bị nhiệt luyện thường được cơ khí hóa và tự động hóa ở mức cao.

2.1 SƠ LƯỢC VÀI NÉT VỀ TRANG THIẾT BỊ TRONG XƯỞNG NHIỆT LUYỆN.

-Trang thiết bị của các phân xưởng nhiệt luyện có đặc trưng riêng của nó, nó phụ thuộc vào tính chất sản xuất, hình dạng, kích thước, vật liệu của chi tiết gia công Đối với những xưởng hoặc khu vực nhiệt luyện để ủ vật đúc, vật rèn, thì ở những phân xưởng này

thường sử dụng lò buồng, lò có đáy đưa ra đưa vào vì thao tác côngnghệ ở dây đơn giản Ở những xưởng nhiệt luyện dụng cụ, khuôn dập lại thường dùng nhiều lò muối, vì thao tác nhiệt luyện ở xưởng này đòi hỏi phức tạp hơn v v…

-Khi sản xuất đơn chiếc, loại nhỏ thì nên chọn các thiết bị vạn năng Đối với những xưởng sản xuất hàng loạt, người ta thường dùng các thiết bị nhiệt luyện có chế độ làm việc liên tục, hoặc dãy liên hợp để nhiệt luyện khối lượng lớn Các chi tiết đã được tiêu chuẩn hóa về hình dáng, kích thước vật liệu chế tạo, và thực hiện theo quy trình nhiệt chuẩn xác.Vì thế cần tạo thiết bị nhiệt luyện cũng cần được tiêu chuẩn hóa cho từng loại ( hàng loạt) chi tiết khác nhau Khi thiết bị và quy trình đã chuẩn hóa thì việc tự động hóa và cơ khí hóa rất dễ dàng và dẫn đến năng suất cao, chất lượng sản phẩm tốt và giá thành hạ

-Trang thiết bị trong xưởng nhiệt luyện có thể chia ra làm 2 nhóm: thiết bị chính và phụ

-Thiết bị chính là thiết bị nung nóng để thực hiện các thao tác công nghệ ủ, thường hóa, tôi, ram…

-Thiết bị phụ là thiết bị hỗ trợ thiết bị chính, để làm hoàn thiện chấtlượng sản phẩm Ví dụ như thiết bị nắn, làm sạch, vận chuyển, kiểm tra (nhiệt độ, độ cứng, kiểm tra kỹ thuật, lớp thấm… ).

2.2 PHÂN LOẠI THIẾT BỊ NHIỆT LUYỆN.

a) Thiết bị chính gồm có: các loại lò nung thể tích như: lò không cơkhí hóa làm việc chu kỳ (lò buồng, lò giếng, lò muối) Lò cơ khí hóa làm việc chu kỳ (lò buồng đáy di động, lò cônpắc có chụp), lò

cơ khí hóa làm việc liên tục (lò trống quay, lò đáy rung, lò đáy bước, lò đẩy, lò băng tải, dãy liên hợp v v…)

Các thiết hợp nung bề mặt như lò tần số cao, thiết bị tôi ngọn lửa, nung nóng trong chất điện phân, nung nóng tiếp xúc, nung nóng điện trở

Thiết bị làm nguội như máy tôi, bể tôi, thiết bị gia công lạnh.v.v…b) Thiết bị phụ gồm có thiết bị nắn, thiết bị làm sạch (hệ thống bể tẩy rửa, máy rửa, máy phun cát khô, cát nước, phun bi), thiết bị điều chế môi trường bảo vệ, các phương tiện vận chuyển cơ khí hóa(palăng, cầu trục, hệ thống nâng, băng chuyền, cơ cấu đẩy v v…),

hệ thống làm nguội dầu

2.3 ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT VÀ SỬ DỤNG LÒ.

Hầu hết các lò nhiệt luyện ở nước ta đều nhập từ Cộng hòa Liên bang Nga Do đó để tham khảo chúng tôi đưa ra các lò thường dùng ở các nhà máy hiện nay

-Để tham khảo các đặc tính kỹ thuật sử dụng lò ta có thể thao khảo

sách Nguyễn Chung Cảng-Sổ Tay Nhiệt Luyện (Tập 1), Nhà Xuất

bản Khoa học Kỹ Thuật, năm 2006 ( trang 17-38)

-Bảng bên dưới là các thông số của Lò giếng điện trở để thấm

Cacbon thể khí

3 LÒ ĐIỆN TRỞ.

3.1 Nguyên lý làm việc của lò điện trở.

Lò điện trở làm việc dựa trên cơ sở khi có một dòng điện chạy qua một dây dẫn hoặc vật dẫn thì ở đó sẽ tỏa ra một lượng nhiệt theo định luật Jun-Lenxo

Q = I2RT

Q – nhiệt lượng tính bằng Jun (J)

I-dòng điện tính bằng Ampe (A)

R-điện trở tính bằng Ohm (Ώ)

T-thời gian tính bằng giây (s)

Từ công thức trên ta thấy rằng điện trở R đóng vai trò;

-Vật nung Trường hợp này gọi là nung trực tiếp

-Dây nung Khi dây nung được nung nóng nó sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt hoặc phức hợp Trường hợp này gọi là nung gián tiếp

Trường hợp thứ nhất ít gặp vì nó dùng để nung những vật có hình dạng đơn giản ( tiết diện hình chữ nhật, vuông hoặc tròn)

Trường hợp thứ hai thường gặp hơn trong thực tế công nghiệp cho nên nói đến lò điện trở không thể không nói đến vật liệu làm dây nung, bộ phận phát nhiệt của lò

3.2 Cấu tạo lò điện trở

Lò điện trở thông thuờng gồm 3 phần chính:

Vỏ lò, lớp lót và dây nung

3.2.1 Vỏ lò

Vỏ lò điện trở là một khung cứng vững, chủ yếu để chịu tải trọng trong quá trình làm việc của lò.Mặt khác vỏ lò cũng dùng để giữ

lớp cách nhiệt rời và đảm bảo sựu kín hoàn toàn hoặc tương đối củalò.

Đới với các lò làm việc với khí bảo vệ, cần thiết vỏ lò phải hoàn toàn kín, có đối với các lò điện trở bình thường, sự kín của vỏ lò chỉ cần để giảm tổn thất nhiệt và tránh sự lùa của không khí lạnh vào lò, đặc biệt theo chiều cao lò

Trong những trường hợp riêng ò điện trỏ có thể làm vỏ lò không bọc kín

Khung, vỏ lò cần đứng vững đủ đẻ vỏ lò chịu được tải trọng của lớp lót, phụ tải lò ( vật nung) và các cơ cấu cơ khí rắn trên vỏ lò Tải trọng lớn nhất tác dụng lên phần dưới vỏ, ở vòm cũng cần tính lực đẩy của lò khi lớp lót được nung nóng Sự giản nở nhiệt của lớplót khi nung chủ yếu được bù bằng mạch nhiệt song lực do giản nở nhiệt của lớp lót có thể truyền lên vỏ, thường giá trị bằng số của lựcnày không tính được, do đó cần lưu ý khi tính toán và chọn vỏ lò

Vỏ lò có 2 dạng cơ bản; chữ nhật và tròn

Vỏ lò chữ nhật thường dùng ở các lò buồng, lò băng tải, lò liên tục,

lò đáy bước, lò đáy rung,…

Vỏ lò tròn dùng ở các lò giếng và một vài lò chụp…

Vỏ lò tròn chịu lực lực tác dụng bên trong tốt hơn vỏ lò chữ nhật khi cùng một lượng kim loại để chế tạo vỏ lò Khi kết cấu vỏ lò tròn, người ta thường dùng thép tấm dày từ 3 – 6 mm khi đường kính vỏ lò là 1000 -2000 mm và 8 -12 mm khi đường kính vỏ lò là

2500 – 4000 mm và 14 – 20 mm khi đường kính vỏ lò từ 450 0–

6500 mm

Khi cần thiết tăng độ cứng vững cho vỏ lò tròn, người ta dùng các vòng đệm tăng cường bằng các loại thép hình Vỏ lò chữ nhật được dựng lên nhờ các thép hình U, L và thép tấm cắt theo hình

dáng thích hợp Vỏ lò có thể được bọc kín, có thể khi tùy theo yêu cầu kín của lò.

Phương pháp gia công vỏ lò loại này chủ yếu là hàn và tán

3.2.2 Lớp lót

Lớp lót các lò điện trở thường gồm 2 phần: vật liệu chịu lửa

và cách nhiệt Phần vật liệu chịu lửa có thể xây bằng gạch tiêu chuẩn, gạch hình và gạch hình đặc biệt tùy theo hình dáng và kích thước đã cho của buồng lò Cũng có khi người ta đầm bằng các loại bột chịu lửa và các chất dính kết gọi là các khối đầm.Khối đầm có thể tiến hành ngay trong lò và cũng có thể tiến hành ở ngoài nhờ các khuôn

Phần vật liệu chịu lửa cần đảm bảo các yêu cầu:

• Chịu được nhiệt độ làm việc cực đại của lò

• Có độ bền nhiệt đủ lớn khi làm việc

• Có đủ độ bền cơ học khi xếp vật nung và đặtthiết bị vận chuyển trong điều kiện làm việc

• Đảm bảo khả năng gắn dây nung bền và chắc chắn

• Có đủ độ bền hóa học khi làm việc chịu được tác dụng của khí quyển lò và ảnh hưởng của vật nung

• Đảm bảo khả năng tích nhiệt cực tiểu.Điều này đặc biệt quan trong đối với lò làm việc chu kỳ

Phần cách nhiệt thường nằm giữa vỏ lò và phần vật liệu chịu lửa Mục đích chủ yếu của phần này là để giảm tổn thất nhiệt Riêng đối với đáy, phần cách nhiệt đòi hỏi phải có độ bền cơ học nhất định còn các phần khác nói chung không yêu cầu.

Yêu cầu cơ bản của phần cách nhiệt là:

-Hệ số dẫn nhiệt cực tiểu

-Khả năng tích nhiệt cực tiểu

-Ổn định về tính chất lý, nhiệt trong điều kiện làm việc xác định

Phần cách nhiệt này có thể xây bằng gạch cách nhiệt, có thể điền đầy bằng bột cách nhiệt; xỉ bông, amiăng v.v…

Móc treo thường làm bằng thép bền nhiệt tiết diện tròn hoặc dây Nicrom ᶲ6 mm x ᶲ8 mm

Ở đáy băng zizac thường được đặt trên các tấm gân có gờ hoặc gốm hình đặc biệt được lắp ráp trên các kết cấu kim loại mà các kếtcấu này dễ dàng tháo ra được