công nghệ và thiết bị thấm cacbon trong nhiệt luyện

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 máy của 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 đổi hình 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 đổi hình 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. 1 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 phát triển, 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 loại đều 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 chi tiết 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 : 2  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: 3 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 727 0 C.  Xementit (Xe,Fe 3 C); là hợp chất hóa học của Fe với Cacbon có công thức Fe 3 C, lượng C trong Xe là 6,67%. Xe có mạng tinh thể trực thoa.  Peclit (P); là hổn hợp cơ học của ferit và xementit. 4 2.1.3 Chuyển biến Austenit thành Peclit • Chuyển biến xảy ra ở vùng nhiệt độ tương đối cao AC1-550 0 C • 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. 5 • 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. 6 2.1.5 Chuyển biến Bainit. Trong thép Cacbon hợp kim thấp, chuyển biến bainit còn gọi là chuyển biến trung gian xảy ra ở khoảng 250 0 C đến 550 o C . 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. 7 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 thép gió 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 (80-200 0 C) chiều dài mẫu bị co lại, trong giai đoạn này mactenxit tôi bị phân hủy tiết bớt cacbon ra dưới dạng cacbic ε (Fe 2,4 C) nằm liền mạng với pha mẹ. Mactenxit bị tiết bớt C và cacbit ε gọi là mactenxit ram. Đồng thời với quá trình phân 8 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 (200-260 0 C); 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 250 0 C thì cacbit ε bắt đầu tách ra khỏi pha mẹ chuyển thành xementit Fe 3 C . Như vậy trong giai đoạn này tổ chức của thép là mactenxit ram hay bainit.s 3. Giai đoạn thứ 3 (260-380 0 C) 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 Fe 3 C. 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 có giản đồ trạng thái như hình trình bày bên dưới.(Hình 3.b) 9 (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: C = Be -Q/RT trong đó: - C nồng độ hòa tan của nguyên tố đã cho B hằng số; Q năng lượng tương tác giữa các nguyên tử R hằng số khí T nhiệt độ tuyệt đối , o K • 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 máy của 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? 10 [...]... 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... 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 30 Khi sản xuất lớn, lò nhiệt luyện phải dễ dàng đặt vào dây chuyền sản 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 SƠ LƯỢC VÀI NÉT VỀ TRANG THIẾT BỊ TRONG XƯỞNG NHIỆT LUYỆN -Trang thiết. .. 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 cần thấm 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. .. -Thiết bị chính là thiết bị nung nóng để thực hiện các thao tác công nghệ ủ, thường hóa, tôi, ram… - 2.1 31 -Thiết bị phụ là thiết bị hỗ trợ thiết bị chính, để làm hoàn thiện chất lượng 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 cơ... mẫu Thấm carbon Thấm nitơ Thấm carbon - nitơ Khử hyđrô Khử oxi Thoát carbon Thấm nhôm Thấm Crôm Thấm Cr- Al 25 Nitrôxêmentaxia (Thấm C – N thể khí) Thấm bo Thấm silic Thấm lưu huỳnh Thấm C – N - S Làm bão hòa bằng oxi Dưới đây trình bày một Phủ kẽm Phủ đồng Thấm titan Thấm berili Thấm vanadi Khử tổng hợp các tạp chất số dạng hóa nhiệt luyện điển hình, những quá trình này chủ yếu dùng cho thép vì hóa nhiệt. .. 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. .. 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... 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 500-6000C, 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... 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... chi tiết 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 -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 . 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. cùng tìm hiểu sơ qua về nhiệt luyện 2.2.1 Khái niệm và ý nghĩa nhiệt luyện. a/ Khái niệm. Nhiệt luyện là công nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt tại đó một thời. số khí T nhiệt độ tuyệt đối , o K • 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 máy của