Nghiên cứu quá trình nhiệt luyện vật liệu hợp kim Fe C bằng phương pháp Tôi.

Trang 1

Khoâ luận tốt nghiệp ++* Pham Thi Diu

Lời cảm ơn

Em xin băy tô lòng biết ơn sđu sắc tới Ban chủ nhiệm khoa Vật lý, câc thầy giâo, cô giâo trong khoa vă tô Vật lý — Kỹ thuật trường ĐHSP Hă Nội 2 đê tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoăn thănh khoâ luận tốt nghiệp năy

Đặc biệt em xin chđn thănh cảm ơn thầy giâo hướng dẫn Ngô Tuấn Đức

đê trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo em tận tình trong suốt quâ trình thực hiện đề tăi

nghiín cứu

Cuối cùng em xin chđn thănh cảm ơn gia đình, bạn bỉ đê động viín,

giúp đỡ em trong suốt quâ trình thực hiện vă hoăn thănh khoâ luận

Trang 2

Lời cam đoan

Em xin cam đoan đđy lă khoâ luận do em thực hiện Trong khi nghiín

cứu em đê kế thừa thănh quả khoa học của câc nhă khoa học, câc nhă nghiín

cứu với sự trđn trọng vă biết ơn sđu sắc Những kết quả níu trong khoâ luận chưa được công bố trong bắt kì khoâ luận nao

Trang 3

Khoâ luận tốt nghiệp ++* Pham Thi Diu Muc luc Loi cam on Loi cam doan Mục lục Phần I: Mĩ dau 1 Lý do chọn đề tăi 2 Mục đích nghiín cứu

3 Nhiệm vụ nghiín cứu

4 Đối tượng, phạm vi nghiín cứu 5 Phương phâp nghiín cứu Phần II: Nội dung

Chương 1: Giản đồ trạng thâi FE - C

1 Một số định nghĩa 1.1 Pha, hệ, cấu tử 1.2 Trạng thâi cđn bằng 2 Giản đồ trạng thâi của hợp kim

2.1 Khâi niệm giản đồ trạng thâi 2.2 Công dụng của giản đồ trạng thâi 2.3 Cầu tạo của giản đồ trạng thâi

2.4 Sắt

2.5 Cacbon

3 Giản đồ trạng thâi Fe - C 3.1 Dạng của giản đồ

3.2 Câc tô chức của hợp kim Fe - C

Trang 4

Chương 2: Tìm hiểu một số phương phâp nhiệt luyện kim loại vă hợp kim

1 Khâi niệm nhiệt luyện

2 Một số phương phâp nhiệt luyện 2.1 Phương phâp tôi 2.2 Phương phâp ram 2.3 Tôi bề mặt Chương 3: Phương phâp tôi thĩp 1 Định nghĩa 2 Mục đích của phương phâp tôi thĩp 2.1 Chọn nhiệt độ tôi thĩp

2.2 Tính thời gian nung

2.3 Tốc độ tôi tới hạn vă độ thấm tôi Chương 4: Câc khuyết tật xảy ra khi nhiệt luyện thĩp

1 Ôxi hoâ vă thoât cacbon

2 Biến dạng cong, vính, nứt

Trang 5

Khoâ luận tốt nghiệp nee Pham Thi Diu

Phần Mở đầu

1 Lý do chọn đề tăi :

Nhă bâc học NinxBo (1885- 1962) đê từng nói “ Khoa học kỹ thuật phải phục vụ nhđn loại”' Thực vậy như bao ngănh khâc ngănh công nghệ nhiệt luyện lă ngănh luôn gắn liền với sự phât triển của tất cả câc ngănh kỹ thuật vă đời sống thường ngăy của con người

Từ trước tới nay sự phât triển của tất cả câc ngănh kỹ thuật như chế tạo

cơ khí, luyện kim, cơng nghiệp hô học, xđy dựng, kỹ thuật điện tử, giao thông

vận tải, công nghiệp hăng không vv vă đời sống thường ngăy đều gắn với vật liệu vă cần đến câc vạt liệu có tính năng đa dạng với chất lượng ngăy căng cao Công nghệ nhiệt luyện lă quâ trình lăm thay đi tính chất của vật liệu ( chủ yếu lă vật liệu kim loại ) bằng câch thay đôi cấu trúc bín trong mă không

lăm thay đổi hình dâng vă kích thước của chỉ tiết

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

cứng, độ bền, độ dẻo dai, khả năng chống măi mòn, chống ăn mòn mă còn

lăm tăng tính công nghệ của vật liệu Vì vậy có thể nói nhiệt luyện lă một trong những yếu tố công nghệ quan trọng quyết định chất lượng của sản phẩm cơ khí

Nhiệt luyín có ảnh hưởng quyết định tới tuối thọ của câc sản phẩm cơ khí Mây móc căng chính xâc yíu cầu cơ tính căng cao thì số lượng chỉ tiết cần nhiệt luyện căng nhiều Nhiệt luyện nđng cao chất lượng sản phẩm không những có ý nghĩa kinh tế rất lớn mă còn lă thước đo đề đânh giâ trình độ phât triển khoa học kỹ thuật của mỗi quốc gia

ở nước ta từ lđu nhiệt luyện đê được âp dụng trong đời sống thường ngăy, ông cha ta đê biết tôi dao, kĩo, đũa, đục lăm cho thĩp mềm trở thănh

Trang 6

cứng để cắt gọt hay ngược lại lăm cho thĩp cứng trở thănh mềm dẻo, dễ đăng cho quâ trình chế tạo câc chỉ tiết

Ngăy nay nền công nghiệp của chúng ta đang phât triển không ngừng vă việc nghiín cứu nđng cao chất lượng cho câc chỉ tiết bằng phương phâp nhiệt luyện ngăy căng trở nín cấp thiết, với đặc điểm năy đòi hỏi con người luôn phải rỉn luyện vă tự trang bị cho mình kiến thức khoa học ngay từ khi còn đang ngồi trín ghế nhă trường

Với ý nghĩa thực tiễn trín chúng tôi chọn đề tăi: “Nghiín cứu quâ trình nhiệt luyện vật liệu hợp kim Fe — C bằng phương phâp tôi.”

2.Mục đích nghiín cứu:

Nghiín cứu quâ trình nhiệt luyện vật liệu hợp kim Fe — C bằng phương

phâp tôi vật liệu

3.Nhiệm vụ nghiín cứu:

Đề thực hiện mục đích trín đề tăi cần giải quyết câc nhiệm vụ:

Tìm hiểu, phđn tích giản đồ trạng thâi Fe — C trong khoảng nhiệt độ chưa nóng chảy

Tìm hiểu một số phương phâp nhiệt luyện kim loại vă hợp kim Nghiín cứu phương phâp tôi thĩp

Tìm hiểu câc khuyết tật xảy ra khi nhiệt luyện thĩp 4.Đối tượng, phạm vi nghiín cứu:

Đối tượng: Vật liệu hợp kim Fe — C

Phạm vi: Phương phâp tôi vật liệu hợp kim 5.Phương phâp nghiín cứu:

Thảo luận chuyín môn, đânh giâ

Trang 8

Phần Nội dung

Chương 1: giản đồ trạng thâi Fe- C

1.Một số định nghĩa: 1.1 Pha, hệ, cấu tử:

Pha lă những tổ phần đồng nhất của hợp kim (hệ), chúng có thănh phần đồng nhất, ở cùng một trạng thâi( lỏng, rắn hay khí, nếu ở trạng thâi rắn phải cùng kiểu vă hằng số mạng) vă ngăn câch với câc phần còn lại ( với câc phần khâc) bằng bề mặt phđn chia (điều năy có nghĩa về nguyín tắc có thể tâch câc pha khâc nhau bằng câch cơ học )

Một tập hợp câc pha ở trạng thâi cđn bằng được gọi lă hệ hay hệ thống

Cấu tử lă những vật chất độc lập có thănh phần không biến đổi, chúng

tạo nín câc pha của hệ Trong nhiều trường hợp câc cấu tử của hệ chính lă câc nguyín tố hoâ học cầu tạo nín hợp kim Trong trường hợp câc nguyín tố hoâ học tạo nín hợp chất hoâ học ôn định lúc đó có thể coi hợp chất hoâ học năy lă

một cấu tử

1.2 Trạng thâi cđn bằng

Giản đồ trạng thâi biểu thị mối quan hệ tổ chức pha — thănh phần — nhiệt

độ ở trạng thâi cđn bằng, do vậy cần có khâi niệm về trạng thâi cđn bằng

Đối với kim loại nguyín chất nhiệt độ nóng chảy (khi nung) luôn luôn

cao hơn nhiệt độ kết tỉnh (khi nguội) mặc dù cả hai nhiệt độ chỉ biểu thị cho

cùng một chuyín biến giữa hai trạng thâi rắn (S),_ ` lỏng (L) Điều năy cũng đúng với chuyển biến pha Khi nung nóng nhiệt độ chuyển biến pha luôn luôn cao hơn khi lăm nguội, song nếu nung nóng vă lăm nguội với tốc độ căng

chậm thì hai nhiệt độ năy căng nhích gần lại nhau vă tiến dần đến nhiệt độ cđn

Trang 9

bằng Nếu nung nóng vă lăm nguội với tốc độ vô cùng chậm đến mức hai nhiệt

độ năy trùng với nhiệt độ cđn bằng thì câc pha tạo nín sẽ ở trạng thâi cđn bằng

Diĩu năy cũng có nghĩa lă câc quâ trình chuyền biến lă thuận nghịch, tức lă khi

hệ biến đổi theo một chiều năo đó thì câc quâ trình chuyển biến sẽ diễn ra lại

đúng với câc quâ trình khi hệ biến đổi theo chiều ngược lại

Diĩu kiện để câc pha ở trạng thâi cđn bằng với nhau lă mỗi pha trong đó cần phải có giâ trị năng lượng tự đo bĩ nhất trong số câc giâ trị có thể có, muốn vậy mỗi pha phải ở trạng thâi đồng nhất: thănh phần hoâ học đồng nhất trong toăn bộ thí tích của pha, câc nguyín tử ở trong mạng phải ở câc vị trí cđn bằng quy định, pha rắn phải không có ứng suất bín trong

Rất khó đạt được trạng thâi cđn bằng tuyệt đối hay cđn bằng ĩn dinh

Gian d6 trang thâi thường được xđy đựng trong điều kiện cđn bằng thực tế hay cđn bằng tương đối, cđn bằng ổn định giả

2.Giản đồ trạng thâi của hợp kim 2.1.Khâi niệm giản đồ trạng thâi

Giản đồ trạng thâi lă biểu đồ chỉ rõ trạng thâi, tổ chức của một hệ hợp kim đê cho trín hệ trục toạ độ nhiệt độ — thănh phần

Khi thay đổi thănh phần vă nhiệt độ, cấu tạo về pha của hệ hợp kim đê cho cũng thay đối, do vậy tính chất của hệ hợp kim cũng biến đôi theo

Vi dụ : khi nung nóng một hợp kim có thănh phần cố định tới nhiệt độ năo đó nó sẽ bắt đầu chảy ra, vậy có sự biến đối từ trạng thâi rắn (tinh thể) sang trạng thâi lỏng Để biểu thị câc mối quan hệ trín người ta dùng giản đồ trạng thâi Câc hệ hợp kim khâc nhau có kiểu giản đồ trạng thâi khâc nhau vă được xâc định chủ yếu bằng phương phâp thực nghiệm

2.2.Công dụng của giản đồ trạng thâi

Trang 10

Giân đồ trạng thâi có công dụng rất lớn Nó cho biết câc điều kiện sau đđy:

Câc nhiệt độ chảy, nhiệt độ chuyín biến pha của hệ hợp kim với câc thănh phần xâc định Xâc định độ chảy để biết nhiệt độ nđu chảy kim loại khi luyện, đúc; xâc định nhiệt độ chuyển biến pha để định chế độ nhiệt khi nhiệt

luyện, cân, rỉn

Cấu tạo pha của hệ hợp kim ở câc nhiệt độ vă thănh phần khâc nhau Cấu tạo pha của hợp kim rất quan trọng vì qua đó có thể biết được câc tính chất để sử dụng vă gia công hợp lý

Bằng quy tắc đòn bđy còn có thể xâc định thănh phần vă tỷ lệ câc pha trong hợp kim đê cho

2.3.Cấu tạo của giản đề trạng thâi một, hai nguyín

Câc kim loại nguyín chất (hệ một nguyín) có kiểu giản đồ trạng thâi rất

Trang 11

Câc hợp kim hai nguyín có giản đồ trạng thâi gồm hai trục: Trục tung biểu diễn nhiệt độ, trục hoănh biểu diễn thănh phần của hệ hợp kim Hình 2 trình băy câc trục của giản đồ trạng thâi hai nguyín A vă B Đầu mút bín trâi của trục hoănh ứng với kim loại nguyín chất A, đầu mút bín phải lă kim loại nguyín chất B Theo chiều từ trâi sang phải thănh phần của nguyín tố B trong hợp kim tăng lín vă A giảm đi Theo chiều từ phải sang trâi thì ngược lại Cần

chú ý lă bất kì hợp kim năo của hệ cũng có %A+%B = 100% Do vậy nếu A có

thănh phần lă X% thì B sẽ có (100- X)% Mỗi điểm trín giản đồ lă ứng với một hợp kim ở nhiệt độ năo đó với thănh phần nhất định Ví dụ điểm Y trín hình 2 lă ứng với hợp kim có thănh phần X%B + (100- X)%A ở nhiệt độ t

Câc điểm ở trín đường thắng đứng ứng với hợp kim có cùng một thănh

phần hoâ học song ở câc nhiệt độ khâc nhau như câc điểm Y,1,2 ở hình 2

Câc điểm ở trín đường nằm ngang ứng với câc hợp kim có thănh phần khâc nhau, song có cùng một nhiệt độ như câc điểm Y,3,4

Trín hệ trục nhiệt độ - thănh phần, người ta sẽ vẽ câc đường phđn chia giân đồ thănh câc khu có câc tổ chức pha giống nhau

Cơ sở đề nghiín cứu nhiệt luyện thĩp lă giản đồ trạng thâi hợp kim Fe- C Đề nghiín cứu giản đồ trạng thâi hai nguyín Fe-C, trước hết phải khảo sât câc đặc tính của câc nguyín năy

2.4.Sắt

Sắt lă nguyín tố kim loại có khâ nhiều trong vỏ quả đất (chiếm khoảng 5% về trọng lượng) Cũng giống như câc nguyín tố khâc, nó không thể tuyệt đối tinh khiết (nghĩa lă không hề chứa tạp chất )

Trường ĐHSP Hă Nội 2 11 Lớp K29E - Vật lý

Trang 12

2.4.1.Cơ tính

So với nhiíu kim loại khâc, sắt có cơ tính khâ cao:

-Giới hạn bền kĩo ổ; : 250MN/mửỶ

-Gidi han chay 892 : 120MN/mˆ

-Độ giên dăi tương đối ö% :50

-Độ thắt tỷ đối w% :85

-D6 va dap a, :3000kJ/m’

-Độ cứng HB :80

2.4.2.Tinh thi hinh ctia sit

Sắt có hai kiểu mang tinh thĩ trong ba khoâng nhiệt độ -Mạng lập phương thẻ tđm tồn tại ở hai khoảng nhiệt độ:

+< 911°C goi la sat a, voi thông số mạng a=2,88kx Dưới 768 ”C Feœ có từ tính, còn cao hon 768°C tir tinh bi mat di (loai năy còn kí hiệu lă FeB với

a=2,90kx)

+ 1392°C đến 1539P°C gọi la sat 5, với thông số mạng a=2,93 kx

-Mạng lập phương diện tđm tồn tại ở khoảng nhiệt độ 91 1°C — 1392°C

Trang 14

2.4.3.Khĩ nang hod tan cacbon cia sit:

Hai loại mạng tinh thể của sắt có khả năng hoă tan cacbon ở dưới dạng dung địch rắn xen kẽ khâc nhau

Đường kính nguyín tử của cacbon ở trạng thâi tự do lă 1,54kx Một ô

mạng lập phương thế tđm ( Feơ vă Fe) có 12 lỗ hồng lớn nhất với đường kính lă 0,62 kx(hình 4.1), do vậy không thể chứa nổi một nguyín tử cacbon Vì vậy về nguyín lý thì Feœ vă Fẽ khơng thể hoă tan được cacbon Tuy nhiín trong

thực tế Fea có thể hoă tan được 0,02 % C ở 723C còn Feô- 0,1% ở 1499C

Cacbon hoă tan được văo trong Feœ vă Feồ với lượng nhỏ bằng câch câc nguyín tử của nó chen văo những nơi có nhiều sai lệch mạng

Dung dịch rắn của cacbon ở trong Feœ được gọi lă ferit

Một ô mạng lập phương diện tđm (Fey ) có ít lỗ hổng hơn, song mỗi câi lại có kích thước lớn hơn (vị trí câc lỗ hổng đó biểu diễn trín hình 4.2a) khoảng 1,02 kx, tức lă cacbon có khả năng chui văo nó Nhưng do nguyín tử cacbon có kích thước lớn hơn lỗ hỗng nín khi nó hoă tan văo mang tinh thĩ

Fey bị xô lệch, nín mỗi ô cơ bản lập phương diện tđm chỉ có thể hòa tan được

nhiều nhất một nguyín tử cacbon như hình 4.2b biểu diễn

Hình 4.1 Lỗ hồng lớn nhất (Ô) Hình 4.2 Dung dịch rắt xen kẽ của câcbon

trong Feg

Trang 15

Dung dịch rắn của cacbon ở trong Fe được gọi lă ostenit Ngoăi ra Fe

còn kết hợp với cacbon để tạo thănh hợp chất hoâ học FeaC, goi la Xĩmentit 2.5.Cacbon

2.5.1 Câc dạng của cacbon

Cacbon có 3 dạng: vô định hình tức lă không có cấu tạo tinh thể (than đâ), kim cương vă grafït

2.5.2.Hợp chất hoâ học của cacbon với sắt- Xímemdit

Sắt vă cacbon tạo nín nhiều hợp chất hoâ hoc Fe3C(6,67%), FesC

(9,67%) va FeC (17,67%) Tuy nhiín câc hợp kim sắt- cacbon thông dụng chứa lượng cacbon không cao lắm (ít hơn 5%C) nín chỉ gặp hợp chất hoâ học

Fe;C tức lă Xímentit Xímentit được tạo ra khi lượng cacbon lớn hơn

giới hạn hoă tan của nó trong sắt y

Trong hợp kim Fe- C, khi lượng cacbon vượt quâ giới hạn độ hoă tan của dung dịch rắn, nó sẽ kết hợp với sắt thănh FeạC

Mang tinh thĩ cua Xĩmentit rất phức tạp, nó gồm câc hình tâm mặt mă trong mỗi hình đó có chứa 1 nguyín tử cacbon Vì mỗi nguyín tử sắt thuộc về hai hình tâm mặt nín mỗi hình tâm mặt có tổng cộng 3 nguyín tử sắt vă một nguyín tử cacbon, tức lă thoả mên công thức Fe:C

Xímentit có nhiệt độ nóng chảy cao khoảng 1600°C Do mang tinh thĩ phức tạp nín nó rất rắn (khoảng 800HB, vạch được kính một câch dễ đăng) song tinh dĩo rất thấp coi như bằng không

Xímentit cũng có khả năng hoă tan câc nguyín tố khâc bằng câch thay

thế như nitơ, hyđrô thay vị trí của cacbon, crôm, măngan, vônfram thay câc vị trí của sắt Dung dịch rắn trín cơ sở của Xímentit như vậy được gọi lă

Xĩmentit hop kim

Trang 16

3 Giản đồ trạng thâi Fe-C 3.1 Dạng của giân đă

Giản đồ trạng thâi Fe-C phải được trình băy từ 100%C, song do chỉ dùng câc hợp kim có ít hơn 5%C vă giản đồ khi lượng cacbon lớn có dạng khâ phức tạp nín chỉ trình băy đến 6,67%C tức ứng với hợp chất hoâ học Xímentit như hình sau đđy

Trang 17

Khoâ luận tốt nghiệp nee Pham Thi Diu Cac toa d6 (nhiĩt d6, thanh phan cacbon) của câc điểm trín giản đồ cho ở bảng sau: Bảng toạ độ câc điểm trín giản đồ trạng thâi Fe-C Kí Thănh Kí Thănh Kí Thănh

hig Nhiĩt hă hig Nhiĩt hă hig Nhiĩt hă

3.2.Câc tổ chức của hợp kim Fe-C

3.2.1 Xímentit(ký hiệu lă Xe hoặc FezC) lă hợp chất hoâ học của

cacbon với sắt -FeaC, chứa 6,67%C, ứng với đường thắng đứng DFKL

Xímentit có ba dạng:

Xímentit thứ nhất lă loại kết tính từ hợp kim lỏng, nó tạo thănh trong câc hợp kim có > 4,3%C, trong khoảng nhiệt độ 1600-1147°C Do tạo từ pha lỏng vă ở nhiệt độ cao nín Xímentit thứ nhất có tổ chức rất to

Xímentit thứ hai lă loại được tiết ra từ dung dịch rắn ostenit ở trong khoảng nhiệt độ 1147-727C(theo đường ES) trong câc hợp kim có C>0,8%

Trang 18

Do tạo từ pha rắn vă nhiệt độ không cao lắm nín khả năng khuếch tân kĩm, Xímentit thứ hai có tổ chức nhỏ hơn, có dạng mạng (mắt lưới) bao quanh

peclit(ostenit)

Xímentit thứ ba lă loại được tiết ra từ dung dịch rắn ferit ở trong khoảng nhiệt độ thấp hơn 727C (theo đường PQ) thấy ở mọi hợp kim Fe-C có chứa

nhiều hơn 0,006%C, nhưng đặc biệt rõ ở hợp kim có ít hon 0,1%C Do tạo từ

pha rắn vă ở nhiệt độ thấp, khả năng khuếch tân kĩm, nín nó có tổ chức lă những mạng hay hạt rất nhỏ bín cạnh ferit, rất khó phât hiện Do quâ ít, có thể bỏ qua lượng Xímentit thứ ba trong tổ chức của hợp kim Fe-C

3.2.2 Ferit(&ý hiệu lă F hoặc ơ ) lă dung dịch rắn xen kẽ của cacbon ở trong Fea Kha nang hoa tan cacbon cia Fea không đâng kể Lớn nhất ở

727°C với 0,02%, còn ở nhiệt độ thường lă 0,006%C Vì vậy có thĩ coi ferit

trong hợp kim Fe-C nguyín chất lă sắt nguyín chất

Tuy nhiín trong hợp kim Fe-C thực tế ferit có thể hoă tan nhiều câc

nguyín tố khâc như Si, Cr, W, Mn wv

Ferit rất dẻo vă dai, song khi nó chứa câc nguyín tố khâc độ cứng tăng lín, tính dẻo vă dai giảm đi

Trín giản đồ trạng thâi Fe-C ferit nằm ở trong khu vực GPQ Tổ chức tế vi của ferit giống sắt nguyín chất có dạng hạt đa cạnh

3.2.3 Ostenit (ký hiệu lă O hoặc y) lă dung dịch rắn xen kẽ của cacbon ở trong Fey, Fey có khả hoă tan một lượng C đâng kế :ở 1147°C lă lớn nhất với 2,14%C, con ở 727C lă thấp nhất với 0,8%C

Trong hợp kim Fe-C thực tế Ôstenit có thĩ hoa tan nhiều câc nguyen tô khâc như Ni, Mn, Cr Trong hợp kim Fe-C thông thường, ostenit không tồn tại ở nhiệt độ thấp hơn 727°C ở nhiệt độ thường chỉ thấy nó ở trong câc thĩp

đặc biệt hợp kim hoâ bằng Mn hay Ni

Trang 19

Ostenit rất dẻo vă đai Trín giản đồ trạng thâi Fe-C nó nằm ở khu vực NIESG Tổ chức tế vi của nó gồm những hạt đa cạnh, có song tinh

3.2.4 Peclit (ký hiệu lă P) lă hỗn hợp cơ học cùng tích của ferit vă Xímentit [F + Xe] tạo thănh ở 727°C từ dung dịch rắn ôstenit có 0,8%C Trong peclit có 88% ferit vă 12% xímentit

Khi hạ nhiệt độ trong khoảng 1147-727°C thănh phần cacbon trong ostenit sẽ giảm theo đường ES.Tới 727C ostenit chỉ còn chứa 0,8%C lúc đó có chuyền biến

tP.Q)900g đẩc l/ebX?ĐđfG «serit(08%C) perlit(08%C)

Tuy theo hinh dạng xímentit ở trong hỗn hợp, người ta chia ra hai loại peclit: tắm vă hạt Trong peclit tắm xímentit ở dạng tắm, phiến nỗi trín nền ferit sâng, còn ở peclit hạt thấy câc hạt xímentit sâng trín nền ferit cũng sâng

Cơ tính của peclit phụ thuộc văo độ nhỏ của pha xímentit ở trong hỗn

hợp cùng tích Peclit tim voi tim xĩmentit to cd 6,=820MN/m’, 5=15% với

tắm xímentit nhỏ mịn 8,=1330MN/m’,8=11%

3.2.5 Líđíburit(Le) lă hỗn hợp cơ học cùng tính do hợp kim lỏng với

4.3%C kết tinh ở 1147°C Lúc đầu mới tạo thănh nó gồm ostenit vă xĩmentit

(tức ở trong khoảng 1147°C-727°C) Khi lăm nguội qua 727°C ostenit chuyển biến thănh peclit do vậy líđíburit lă hỗn hợp cơ học của peclit va xĩmentit

Trín tổ chức tế vi thấy những hạt peclit đen nhỏ nỗi đều trín nền sâng xímentit Líđíburit có độ cứng rất cao (khoảng 600HB) vă dòn

3.3.Qúa trình kết tỉnh của hợp kim Fe-C

3.3.1.Phần trín của giân đề

Trang 20

Phần trín của giản đồ trạng thâi Fe-C ứng với sự kết tinh từ trạng thâi lỏng

Theo hình dạng của đường lỏng vă đường đặc, thấy có ba khu vực rõ rệt ứng với ba khoảng thănh phần cacbon khâc nhau

a.Khu vực có thănh phần 0,1-0,5%C có phản ứng bao tỉnh

Tất cả câc hợp kim có thănh phần cacbon 0,1-0,5% khi kết tỉnh sẽ có

phản ứng bao tinh d4+Lg—y; A us | TH B 1500 H 7 6 U+ ¥ + 1400 Y 1300 | + mm ——_ | 0 01 0/2 03 04 05 06 %c

Hình 6: Góc trâi, phía trín của giản đỗ trạng thâi Fe - C

Trang 21

80,1+ Los 0.16 hay 1a

Ou + Lp yy

Câc hợp kim 0,1- 0,16%C sau phản img bao tinh con thira dy va khi lam nguội phần năy sẽ chuyền biến thănh pha y Câc hợp kim 0,16- 0,5% sau phản ứng bao tỉnh còn thừa Lạ vă khi lăm nguội tiếp theo pha năy kết tỉnh ra y Như

vậy cuối cùng hợp kim 0,1- 0,5%C khi lăm nguội xuống dưới đường NIE chỉ

có tổ chức ostenit, mặc dầu lúc đầu nó kết tỉnh ra dung dịch ran ö trước vă có

phản ứng bao tĩnh

b Khu vực có thănh phần 0,5- 4,3%C kết tinh ra dung dịch rắn ostenit

Đường lỏng vă đường đặc của phần hợp kim 0,5-4,3% có đạng giống

giản đồ loại III Khi hợp kim được lăm nguội tới đường lỏng BC nó sẽ kết tinh

ra ostenit Lăm nguội tiếp tục, ostenit có thănh phần thay đổi theo đường JE, hợp kim lỏng còn lại theo đường BC

Hợp kim có thănh phần 0.5- 2,14% kết thúc kết tinh bắng sự tạo thănh dung dịch rắn ostenit

Hợp kim có thănh phần 2,14-4,3% kết thúc kết tinh bằng sự kết tỉnh của dung dịch lỏng có thănh phần ứng với điểm C ra hai pha ostenit có thănh phần ứng với điểm E vă xímentit ở 1147°C

Lou Wm (gad XQ) Hon hi pci ng tinh L¢@burit

Hợp kim năy sau khi kết tỉnh xong có tổ chức ostenit+ líđíburit

c.Khu vực có thănh phần 4,3-6,67% kết tỉnh ra xímentit thứ nhất

Trang 22

3.3.2 Phần dưới của giản đỗ

Phần dưới của giản đồ ứng với sự kết tỉnh lần thứ hai, tức lă những

chuyền biến ở trạng thâi rắn Có ba chuyín biến :

Trang 23

a.Sự tiết ra xĩmentit thir hai tie ostenit

Câc hợp kim có thănh phần lớn hon 0,8%C khi lăm nguội từ 1147°C đến

727°C, ostenit của nó bị giảm thănh phần cacbon theo đường ES, đo vậy sẽ tiết ra xímentit mă ta gọi lă xímentit thứ hai Cuối cùng ở 727°C ostenit có thănh phần cacbon lă 0,8% ứng với điểm S

b.Sự tiết ra ƒerit từ ostenit

Câc hợp kim có thănh phần nhỏ hơn 0,8%C khi lăm nguội tir 911°C dĩn 727°C , ostenit của nó sẽ tiết ra ferit lă pha ít cacbon, do vậy ostenit còn lại giầu thănh phăn cacbon lín, theo đường GS Cuối cùng ở 727C hợp kim gồm hai pha lă ferit ứng voi diĩm P(0,02%C) va ostenit ứng với điểm S(0,8%C)

Như vậy khi lăm nguội tới 727C trong tổ chức của tất cả mọi hợp kim Fe-C đều có chứa ostenit với 0,8%C (ứmg với điểm S)

c.Chuyển biến cùng tích ostenit thănh peclit

Tại 727C ostenit có thănh phần 0,8%C sẽ chuyển biến thănh peclit lă

hỗn hợp của hai pha ferit va xĩmentit

LMf@MjflA °%9 are «stenit chaa 0,8%C cï ng tÝh pHit chøa0,8%C

Chuyển biến năy có trong mọi hợp kim của hệ Fe-C

3.3.3.Câc điểm tới hạn

Căn cứ văo giản đồ ta thấy có một số điểm chuyín biến ở trạng thâi rắn của hợp kim Fe-C sau:

Ao(210°C) lă điểm (tức nhiệt độ) chuyển biến từ của xímentit cao hơn 210C Fe;C mắt từ tính, đưới 210°C có tính sắt từ yếu

Trang 24

A\(727°C) lă điểm (tức nhiệt độ) chuyển biến cùng tích(đường PSK):Ô—[F+Xe]

Az(768°C) lă điểm(tức nhiệt độ) chuyín biến từ của ferit, cao hon 768°C ferit mắt từ tính, dưới 768°C ferit có từ tính

A3(727°C- 1147°C) lă điểm (tức nhiệt độ) chuyển biến : Bắt đầu tiết ra Ferit từ ostenit khi lăm nguội, kết thúc hoă tan Ferit văo ostenit khi nung nóng, ứng với đường GS

Aem(727-1147°C) lă điểm ( tức nhiệt độ) chuyển biến : Bắt đầu tiết ra Xímentit thứ hai từ ostenit khi lăm nguội, kết thúc hoă tan Xímentit thứ hai khi nung nóng, ứng với đường ES Ký hiệu “cm” ở day chi Xĩmentit

Aa(1392-1499°C) lă điểm (tức nhiệt độ) chuyến biến y—>ỗ ứng với đường NI 1200 1100 1000 900 800 700 04 08 1/2 15 2,0 %c

Hình 7: Xâc định câc điểm A; vă A„„ của thĩp trín giản dĩ trang thai

Đối với nhiệt luyện chỉ sử dụng câc điểm tới hạn Ai, A3,Acm- Trong

nhiệt luyện thĩp, thường phải biết câc nhiệt độ Aa, A.m ứng với thănh phần

cacbon đê cho Nếu không có số liệu cụ thĩ về câc nhiệt độ đó cũng có thể tính

Trang 25

được chúng một câch gần đúng khi cho rằng câc đường GS vă ES trín giản đồ lă đường thắng

Cần chú ý rằng cac gia tri A; ,A3 ,Acm tinh theo gian đồ trạng thâi Fe-C

chỉ đúng trong điều kiện nung nóng vă lăm nguội vô cùng chậm Trong khi nung nóng, nhiệt độ chuyín biến bao giờ cũng cao hơn vă khi lăm nguội bao giờ cũng thấp hơn câc giâ trị tính theo giản đồ

3.4 Tổ chức tế vi của thĩp

Đặc điểm quan trọng về tô chức tế vi của thĩp lă trừ loại có thănh phần cacbon quâ thấp (ít hơn 0,05%) rất ít gặp, còn tat ca đều có peclit trong tổ chức của chúng

Thĩp cùng tích có tổ chức peclit, trước cùng tích - ferit + peclit, sau cùng tích — peclittXímentit thứ hai

Thĩp căng nhiều cacbon lượng peclit căng nhiều vă đo đó dựa văo lượng peclit có thể phân đoân về thănh phần cacbon của nó Kết luận: - Hằng số mạng của sắt + Nhiệt độ tăng (thể tích tăng) vă đạt độ lớn nhất ở khoảng 911°C- 1392°C (a=3,56kx) + Khi nhiệt độ tăng tiếp (trín 1392”C) hằng số mạng giảm (a= 2,93kx) tức lă thể tích giảm

- Khả năng hoă tan của C văo Fe: Từ 911°C- 1392°C (Fey) C chui văo câc lỗ hổng của Fey lăm tăng mật độ mạng (mật độ thể tích) của hợp kim

- Khi nhiệt độ giảm câc tổ chức (câc hợp kim Fe-C) đều tiết ra Xeu ( hợp

kim có thănh phần cacbon cao), nhiệt độ căng giảm chậm thì Xe tiết ra căng

nhiều, nhiệt độ giảm căng nhanh Xe tiết ra căng ít

Trang 27

Chương 2: Tìm hiểu một số phương phâp nhiệt luyện kim loại vă hợp kim

1 Khâi niệm nhiệt luyện

Nhiệt luyện lă phương phâp gia công dùng nhiệt đề lăm thay đổi tính chất của kim loại vă hợp kim nhờ thay đổi cấu trúc bín trong mă không lăm thay đối hình dang vă kích thước chỉ tiết

Bắt kì phương phâp nhiệt luyện năo cũng gồm 3 giai đoạn: Nung nóng, giữ nhiệt vă lăm nguội như hình 8 °C NhiƯ ® Lum nguĩi Thíi gian

Hình 8: Sơ đồ quâ trình nhiệt luyện

Giai đoạn nung nóng được đặc trưng bằng tốc độ nung ( V= ^) vă nhiệt độ nung (t,);giai đoạn giữ nhiệt đặc trưng bằng thời gian giữ (t en) Va giai đoạn lăm nguội được đặc trưng bằng tốc độ lăm nguội (Vng)

Câc phương phâp nhiệt luyện khâc nhau chính lă do sự khâc nhau về

nhiệt độ nung, thời gian giữ nhiệt vă tốc độ lăm nguội

Trang 28

2 Một số phương phâp nhiệt luyện 2.1 Phương phâp tôi

Tôi lă quâ trình nung nóng vật phẩm thĩp lín tới nhiệt độ nhất định tương ứng với từng loại thĩp, giữ ở nhiệt độ đó một thời gian để ôn định cấu trúc của kim loại vă lăm nguội đột ngột trong môi trường tôi tương ứng với từng loại thĩp Sau khi tôi thĩp rất cứng vă bền, nhưng độ giai của nó bị giảm xuống, ứng lực dư bín trong của thĩp tăng lín vă thĩp trở nín giòn Muốn khử ứng lực bín trong vă giảm tính giòn của thĩp sau khi tôi phải tiến hănh ram

Nhiều chỉ tiết mây quan trọng bằng thĩp đều tôi dĩ nđng cao tính chất cơ

học nhằm đâp ứng được yíu cầu sử dụng Ví dụ:Câc loại trục khuyu, ỗ trục vă

hầu như tất cả câc loại đụng cụ đều phải tôi vă ram

Khi tôi thĩp nhiệt độ nung của thĩp phụ thuộc văo thănh phần hoâ học của thĩp

Vi du: Thĩp cĩ 0,2% C, Ac3= 860°C, t° tai = 890-910” C

Thĩp có 0,4% C, Ac;= 820C, t” tôi = 850-870° C Thĩp có 0,8% C, Ac;= 730C, t” tôi = 760-780” C

Vật cần tôi được nung nóng trong lò điện, lò than hay lò muối Thời gian giữ vật cần tôi ở nhiệt độ nung nóng có thể từ văi phút tới nửa giờ tuỳ theo chiều dăy của vật được tôi Vật căng dăy thì căng cần nhiều thời gian để cho nhiệt độ phđn bố đều ở khắp chiều dăy của kim loại

Tiếp đó vật cần tôi được nhúng văo môi trường lăm nguội Môi trường

đó có thể lă nước, dầu hoặc dung dịch muối Tốc độ lăm nguội có một ý nghĩa

quyết định trong quâ trình tôi Vật căng cần có độ cứng cao bao nhiíu thì căng cần lăm nguội nhanh bấy nhiíu

Trang 29

2.2 Phuong phap ram

Sau khi tôi ứng lực dư bín trong của thĩp tăng lín, nín thĩp bi gion Dĩ

cải thiện tính chất vă nđng cao tuổi thọ của thĩp, cần phải khử hoặc giảm

những ứng lực dư bín trong Muốn thế, sau khi tôi vật lại được nung nóng lần nữa tới nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nung tới hạn (thường nung ở 150-680°C) giữ ở nhiệt độ đó một thời gian vă để nguội phương phâp nhiệt luyện đó gọi lă ram

Trong thực tế có 3 câch ram: ram ở nhiệt độ thấp (nung nóng tới nhiệt độ 150-300°C) ram ở nhiệt độ trung bình(nung nóng tới nhiệt độ 300-450°C )

Vă ram ở nhiệt độ cao (500-600°C)

Ram ở nhiệt độ thấp giảm bớt đựơc ứng lự dư bín trong của vật cần

nhiệt luyện, nđng cao độ giai, đồng thời hầu như không lăm giảm độ cứng của

kim loại

Ram ở nhiệt độ trung bình lăm giảm độ cứng vă độ bền của kim loại

xuống nhưng lại nđng cao độ giai, độ dên dăi lín vă giảm ứng lực dư bín trong

của vật tôi nhiều hơn so với ram ở nhiệt độ thấp

Ram ở nhiệt độ cao khử được gần hết ứng lực dư bín trong vă nđng cao độ bền, độ đai của kim loại

2.3 Tôi bỀ mặt

Tôi bề mặt lă phương phâp tôi bộ phận, khi đó chỉ có lớp bề mặt chỉ tiết

được tôi còn lõi không được tôi Như vậy sau khi tôi, chỉ lớp bề mặt có tổ chức mactenxit, còn những lớp bín trong có tổ chức xoocbit-peclit Sự phđn bố tổ chức trín có thí đạt được bằng 2 câch :

- Chỉ tiết trước khi tôi được nung nóng toăn bộ hoặc một lớp khâ sđu,

nhưng chọn câch lăm nguội sao cho chỉ ausentit ở lớp bề mặt bị quâ nguội đến điểm Mđ vă tạo thănh mactenxit Ausentit ở những lớp bín trong đo tốc độ lăm

Trang 30

nguội nhỏ hơn nín tạo thănh tổ chức peclit hay câc tô chức trung gian khâc Dĩ thực hiện tôi bề mặt ta có thể chọn mâc thĩp, môi trường lăm nguội, kích thước hạt ausentit vă những yếu tô khâc nhau, chúng sẽ quyết định chiều sđu của lớp

được tôi

- Chi tiết được nung nhanh đề chỉ những lớp bề mặt đạt được nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn (Ac¡ hoặc Ac;), khi lăm nguội nhanh chỉ những lớp năy được tôi Những lớp bín trong do chỉ nung đến nhiệt độ thấp hơn Ac; hoặc hầu như không bị nung nóng, nín khi lăm nguội những lớp năy không được

tôi

Chiều sđu của câc lớp được tôi phụ thuộc văo sự phđn bố nhiệt độ nung Chiều sđu của lớp năy có thể điều chỉnh bằng câch sử dụng câc phương phâp nung khâc nhau

Nguyín lí chung: có nhiều phương phâp tôi bề mặt, song chúng đều dựa trín nguyín lí chung lă nung nóng thật nhanh bề mặt với chiều sđu nhất định lín đến nhiệt độ tôi, trong khi đó phần lớn tiết diện (lði) không được nung nóng, khi lăm nguội nhanh tiếp theo chỉ có lớp bề mặt được tôi cứng, còn lõi không được tôi vẫn mềm

Kết luận :

- Câc phương phâp nhiệt luyện lăm thay đổi cấu trúc bín trong vật(chi tiết)

Trang 31

- Tuỳ theo yíu cầu lăm cứng (mỏng hay dăy) lớp mặt ngoăi của hợp kim Fe-C mă ta có chế độ nung nóng nhanh, chậm vă giữ nhiệt độ đó ngắn hay dăi

khâc nhau

- Sau khi tôi ta phải có một số câch xử lí nhiệt luyện khâc (như ram) để giảm ứng lực dư bín trong

Chương3: Phương Phâp Tôi Thĩp

Trong phần năy dựa văo giản đồ trạng thâi của hợp kim Fe-C, dựa văo câc kết quả đạt được trong việc nhiệt luyện(tôi) thĩp, chúng tôi đưa ra một số nhận xĩt có tính lí luận chung cho việc nhiệt luyện thĩp nói chung vă tôi thĩp nói riíng

1 Định nghĩa

Tôi thĩp lă phương phâp nhiệt luyện gồm nung nóng chỉ tiết đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn Ac¡ hoặc Ac; tuỳ thuộc văo loại thĩp để lăm xuất hiện tổ chức austenit, sau khi giữ nhiệt chỉ tiết được lăm nguội nhanh thích hợp để austenit chuyển thănh mactenxit câc tô chức không ổn định khâc có độ cứng vă độ bền cao (như bainit,truxtit khi tôi đẳng nhiệt)

Từ định nghĩa năy có thể chú ý tới câc đặc điểm quan trọng của tôi như

Sau:

- Nhiệt độ tôi thấp nhất của câc loại thĩp cũng phải cao hon Ac), tite la phải nung tới trạng thâi austenIt

Trang 32

- Câc tô chức tạo thănh khi tôi đều có độ cứng cao 2.Mục đích của phương phâp tôi thĩp

Tôi thĩp nhằm đạt được câc mục đích sau đđy:

- Nđng cao độ cứng vă tính chống măi mòn của thĩp, do đó kĩo dăi được thời gian lăm việc của câc chỉ tiết chịu măi mòn Như đê biết, độ cứng của thĩp tôi phụ thuộc văo hăm lượng cacbon, thĩp có hăm lượng cacbon quâ thấp (< 0,25%C) Khi tôi có độ cứng không cao, không đủ chịu măi mòn Vậy muốn đạt được mục đích năy thĩp dùng để tôi phải lă thĩp có hăm lượng cacbon trung bình vă cao (từ 0,3%C trở lín)

- Nđng cao độ bền, đo đó nđng cao được khả năng chịu tải của chỉ tiết mây Trong thực tế, người ta thực hiện tôi thĩp cho câc chỉ tiết quan trọng (chịu tải nặng, chống mòn, gẫy), câc chỉ tiết quyết định khả năng lăm việc lđu dăi của mây Nguyín công tôi thĩp chiếm vị trí đặc biệt quan trọng trong nhiệt luyện thĩp vì câc lí do sau đđy:

+ Cùng với ram, nó quyết định cơ tính của thĩp phù hợp với điều kiện lăm việc, đo đó quyết định tuổi thọ của chỉ tiết mây

+ Lă một trong những nguyín công gia công cuối cùng khi chỉ tiết đê ở dạng thănh phẩm, vì thế hư hỏng ở khđu năy sẽ gđy ra lêng phí công sức của câc khđu gia công trước

+ Rất dễ gđy nứt, cong, vính trong quâ trình gia công

Phương phâp tôi không những dùng cho câc hợp kim trín cơ sở (thĩp, gang) mă còn dùng cho hợp kim mău, phương phâp tôi nhằm đạt được dung dịch rắn quâ bêo hoă để chuẩn bị cho hoâ giă hoặc gia công âp lực, vì dung dich rắn quâ bêo hoă dẻo hơn câc tô chức hai pha (dung dịch ran + pha dư)

Chất lượng của tôi, phụ thuộc văo nhiều yếu tố như: Nhiệt độ nung, thới

gian giữ nhiệt độ vă tốc độ lăm nguội

Trang 33

Dưới đđy sẽ lần lượt trình băy ảnh hưởng của câc yếu tố níu trín đến chất lượng sản phẩm sau khi tôi vă câch xâc định câc thông số ấy

2.1.Chọn nhiệt độ tôi thĩp

Nhiệt độ lă một trong những thông số quan trọng quyết định chất lượng sản phđm sau khi nhiệt luyện Đối với thĩp cacbon vă thĩp hợp kim thấp, việc chọn nhiệt độ tôi có thể dựa văo giản đồ pha Fe-C

Khi tôi thĩp ít nhất phải nung thĩp quâ nhiệt Ac) Tuy nhiín đối với thĩp

có hăm lượng cacbon khâc nhau, câch xâc định nhiệt độ tôi cũng khâc nhau

Đối với thĩp cacbon có tô chức tế vi phù hợp với giản đồ pha Fe-C, xâc định nhiệt độ tôi theo câc điểm tới hạn của nó 1300 1200 1100 °C 1000 NhiƯ ® 900 800 700 600 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 %c

Hình 9: Khoảng nhiệt độ tôi của thĩp Đối với thĩp trước cùng tích vă cùng tích (<0,8%C)

Trang 34

Như vậy nhiệt độ tôi của thĩp hoan toan phu thuĩc vao diĩm Ac3 Lirong

cacbon tăng lín từ 0,1 đến 0,8% nhiệt độ tôi giảm đi

Thĩp có 0,2%C, Ac; = 860°C, thôi = 890- 910°C

Thĩp c6 0,4%C, Ac; = 820°C, t°t6i = 850- 870°C Thĩp c6 0,8%C, Ac; = 730°C, t°t6i = 760- 780°C

Đối với thĩp sau cing tich(> 0,8%C)

Nhiệt độ tôi lấy cao hơn Ac; nhưng thấp hơn Acm, tức lă nung tới trang thâi không hoăn toăn lă austenit: austenit + Xe Câch tôi năy gọi lă tôi không hoăn toăn

t”tôi = Ac¡+ (30-50°C)

Do vậy nhiệt độ tôi của thĩp sau cùng tích hoăn toăn giống nhau (760- 780C) không phụ thuộc văo hăm lượng cacbon

Lý do chọn nhiệt độ tôi như vậy được giải thích như sau:

Với thĩp trước cùng tích ta không thể tôi không hoăn toăn (tức chỉ nung cao hơn Ac; nhưng thấp hơn Ac.m), khi đó tổ chức của thĩp gồm austenit vă ferit (A+ F), sau khi tôi có tổ chức mactenxit vă ferit Do ferit lă pha mềm nín độ cứng sau khi tôi không đồng đều vă không đạt được giâ trị cao nhất, tạo ra điểm mềm không có lợi cho độ bền vă tính chống măi mòn Khi tôi hoăn toăn tôi = (30-50°C) tat ca ferit hoă tan hết văo austenit, đo vậy sau khi tôi thĩp chỉ

có tổ chức lă mactenxit vă không có ferit, độ cứng sẽ đạt được giâ trị cao nhất

Với thĩp sau cùng tích không thể tiến hănh tôi hoăn toăn (tức lă nung cao hơn Ac.m) bởi vì lý do lă thĩp có hăm lượng cacbon cao(> 0,8%C) Khi

nung quâ Acem tất ca Xey hoa tan hết văo austenit vă lăm cho thĩp năy có hăm

lượng cacbon cao(bằng lượng cacbon của thĩp), khi lăm nguội nhanh(tôi) nhận

Trang 35

được tổ chức mactenxit với hăm lượng cacbon cao, thĩ tích riíng lớn vă đo đó

còn lại nhiíu austenit dư

Như vậy mặc dù mactenxit trong câch tôi năy đạt độ cứng cao nhất nhưng độ cứng chung của thĩp tôi (gồm mactenxit vă austenit dư) lại thấp hơn khâ nhiều Câch tôi như vậy không đạt yíu cầu về độ cứng Mặt khâc nung thĩp quâ Ac.m tức lă phải nung thĩp tới nhiệt độ cao ( đường SE) sẽ lăm cho hạt austenit lớn (gđy cho thĩp tôi đòn), oxy hoâ vă thoât cacbon ở bề mặt

Với câc thĩp sau cùng tích, khi nung lín tới nhiệt độ Ac)< ttôi<Ac.m ở

trang thâi nung thĩp có tổ chức austenit với lượng cacbon khoảng 0,85% vă Xey, khi lăm nguội được mactenxit(M) chứa khoảng 0,85%C có thể tích riíng không quâ lớn, do vậy lượng austenit dư không nhiều Tổ chức sau khi tôi gồm (M+ Xe¡+ A đư) có độ cứng chung cao nhất (khoảng 62-65HRC) ở đđyXen còn có độ cứng cao hơn mactenxit chút ít, hơn nữa Xe do chưa hoă tan hết văo austenit nín tồn tại ở dạng hạt nhỏ, phđn bố đều lăm tăng tính măi mòn của sắt

Thĩp cùng tích (%C= 0,8) có điểm Ac; trùng với điểm Acs nín có thể

chọn nhiệt độ tôi như thĩp trước hoặc sau cùng tích 2.2 Tính thời gian nung

Thời gian chỉ tiết đặt trong môi trường nung gồm có thời gian

nung (thgn) va thoi gian giữ nhiệt (thggn) để lăm đồng đều nhiệt độ vă hoăn

thănh chuyền biến pha

Thời gian giữ nhiệt thường lấy bằng 20 đến 25% thời gian nung Trong những trường hợp đặc biệt, thí đụ khi ram, ủ khuếch tân, ủ grafit hoâvv thời gian giữ nhiệt phụ thuộc văo những điều kiện cụ thĩ vă có thĩ tim trong câc số tay nhiệt luyện

2.3 Tốc độ tôi tới hạn vă độ thấm tôi

Trang 36

2.3.1.Tóc độ tôi tới hạn

Tốc độ tôi tới hạn gđy ảnh hưởng quyết định tới kết quả tôi Trong thực

tế người ta dùng nhiều môi trường tôi khâc nhau để tạo ra câc tốc độ nguội khâc nhau khi tôi

Như đê biết, để austenit chuyển biến thănh mactenxit cần phải lăm nguội nhanh sao cho vectơ biểu diễn nó không cắt đường cong chữ “c” Tốc độ lăm nguội nhỏ nhất đó được biểu diễn bằng vectơ tiếp xúc với đường cong chỡ “c” đầu tiín, gọi lă tốc độ tôi tới hạn

Tốc độ tôi tới hạn lă tốc độ nguội nhỏ nhất cần thiết để austenit chuyển biến thănh mactenxit Có thể tính giâ trị gần đúng của nó theo công thức : A,- th t V,= th m Trong do:

A,- Nhiệt độ tới hạn dưới của thĩp

Trang 37

Hinh 10: Biĩu đồ xâc định tóc độ tôi tới hạn

Tốc độ tôi tới hạn của thĩp căng nhỏ căng dễ tôi cứng, vì lúc đó chỉ cần

môi trường nguội chậm cũng đủ đề đạt độ cứng

Gia trị tốc độ tôi tới hạn của thĩp khâc nhau cũng khâc nhau Nó phụ

thuộc văo vị trí của đường cong chữ “c” hay nói khâc đi lă tính ôn định của austenit quâ nguội Tính ôn định của austenit quâ nguội căng lớn, đường cong chữ “c” dịch chuyến sang bín phải căng nhiều, tốc độ tôi tới hạn của thĩp căng nhỏ

Rõ răng lă mọi yếu tố lăm tăng tính 6n định của austenit quâ nguội (t m) đều lăm giảm Vth Mặt khâc câc yếu tố giúp cho sự tạo nín hỗn hợp F+ Xe đều lăm giảm tính ôn định của austenit quâ nguội vă lăm tăng Vth Câc yếu tố

đó lă:

- Sự đồng nhất của austenit: Austenit có thănh phần cacbon căng đồng nhất thì căng đễ chuyển biến thănh mactenxi, vì mactenxit cũng lă dung dịch rắn Khi austenit có thănh phần cacbon phđn bố không đều thì nó sẽ dễ tạo thănh hỗn hợp F+ Xe hơn; trong đó vùng có cacbon cao hơn dễ biến thănh xímentit, vùng có hăm lượng cacbon thấp hơn dễ biến thănh ferit Nđng cao nhiệt độ tôi tạo điều kiện cho austenit đồng đều về thănh phần cacbon sẽ nđng cao tính ổn định của austenit quâ nguội

- Câc phần tử rắn chưa tan hết văo austenit khi nung nóng như câc phần tử cacbít, xímentit, lăm khó khăn cho chuyển biến austenit thănh mactenxit, do đó lăm tăng Vth

- Kích thước của hạt austenit: Như đê biết, khi chuyền biến peclit, nằm đầu tiín sinh ra ở biín giới hạt austenit, do vậy hạt austenit nhỏ vă tổng biín giới hạt lớn sẽ thúc đđy chuyến biến thănh peclit vă khó chuyến biến thănh

Trang 38

mactenxit Vì thế mặc dầu hạt austenit to tạo nín câc sản phẩm có tính đòn

cao, nhưng nó cho tốc độ tôi tới hạn nhỏ hơn

- Thănh phần hợp kim của austenit : Như đê trình băy ở trín austenit căng chứa nhiều nguyín tố hợp kim, tính ốn định của nó căng tăng, tốc độ tôi tới hạn căng nhỏ Do vậy thĩp hợp kim có tốc độ tôi tới hạn nhỏ hơn so với thĩp cacbon Lượng cacbon trong austenit cũng ảnh hưởng tới tốc độ tôi tới hạn Khi tăng hăm lượng cacbon Vth giảm đi tới 0,8- 1%C đạt đến giâ trị nhỏ nhất, sau khi Vth lại tăng lín

2.3.2.Độ thấm tôi

Độ thấm tôi lă một đặc tính công nghệ quan trọng của vật liệu Trong

quâ trình lăm nguội khi tôi, tốc độ nguội không thể đều nhau trín toăn bộ tiết diện của chỉ tiết, bao giờ bề mặt cũng nguội nhanh hơn lõi

Tuỳ thuộc văo tốc độ nguội, trín tiết diện chỉ tiết có thể nhận được câc tổ chức khâc nhau Hiện tượng thường gặp lă từ bề mặt tới chiều sđu nhất định của chỉ tiết có tổ chức lă mactenxit cứng, phần lõi có tô chức lă truxtit, xoocbit

mím hơn

Độ thấm tôi lă chiều dăy của lớp được tôi cứng có tô chức lă mactenxit hay mactenxit + truxtit Nói khâc đi, người ta coi độ thấm tôi lă khoảng câch

tính từ bề mặt văo đến vùng có tổ chức 100% hoặc 50% mactenxit

Nếu coi độ thấm tôi lă khoảng câch từ bề mặt văo đến vùng có tô chức

100% mactenxit thì có thể xâc định như sau: Gia sử có chỉ tiết hình trụ vă sự

phđn bồ tốc độ lăm nguội theo tiết diện có dạng như đường l trín hình 11 Níu tốc độ lăm nguội tới hạn có giâ trị Vịth thì chiều sđu lớp được tôi hoăn toăn lă “a”, vì những điểm nằm trong chiều đăy “a” đều có tốc độ lăm nguội bằng hoặc lớn hơn tốc độ tôi tới hạn, sau khi tôi sẽ nhận được tổ chức lă mactenxit Trường hợp tốc độ lăm nguội tới hạn có giâ trị Vạth > V¡th thì chiều

Trang 39

Khoâ luận tốt nghiệp ++* Pham Thi Diu sđu lớp được tôi lă “b” (b<a) ứng với tốc độ lăm nguội tới hạn Vath, ngay cả lõi chỉ tiết cũng được lăm nguội với tốc độ bằng tốc độ tới hạn, trường hợp năy toăn bộ tiết diện chỉ tiết đều được tôi vă ta gọi lă tôi thấu Qua đđy thấy rằng tốc độ lăm nguội tới hạn căng lớn, chiều sđu lớp được tôi căng nhỏ hay lă độ thấm tôi căng thấp Hình 11: Câch tính độ thấm tôi Vnguei Zz " SY NhiƯ ® th Lípt«i Líp Rh«ng Lớ ptôi

đụơc tôi Thới gian *

Hình 12: Sơ đồ biếu diễn độ thấm tôi vă mối quan hệ của nó với tốc độ tôi tới hạn

- Câc yíu tố ảnh hưởng đến độ thắm tôi :

Trang 40

+ Tốc độ lăm nguội tới hạn (Vth) Gia sử chỉ tiết bằng thĩp hình tru tron vă có đường kinh D, khi lăm nguội, tốc độ nguội phđn bố trín đường kính có dạng hình chữ V (hình12) Khi đó chỉ có lớp bề mặt với chiều dăy nhất định ( lớp gạch chĩo) có tốc độ nguội lớn hơn Vth mới được tôi cứng

Vậy yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới độ thấm tôi lă tốc độ lăm nguội tới hạn Nếu bằng câch năo đó lăm tính ôn định của austenit quâ nguội tăng lín, đường cong chữ “c” địch chuyến sang phải dẫn tới hạ thấp Vth, dẫn tới lăm tăng độ thấm tôi Trong trường hợp tốc độ nguội tới hạn của thĩp quâ nhỏ đến mức bĩ hơn cả tốc độ nguội của lõi, thì khi đó câ lõi cũng được tôi

cứng thănh mactenxit, lúc đó toăn tiết diện có tổ chức lă mactenxit Hiện tượng

đó gọi lă tôi thấu

Ngược lại cũng có thể có trường hợp Vth của thĩp quâ lớn (đường cong chữ “c” của thĩp dịch chuyển sang trâi) mă ngay cả tốc độ nguội nhanh ở lớp bề mặt cũng không đạt tới, lúc đó toăn bộ tiết diện không được tôi Như vậy, mọi yếu tố lăm giảm Vth (hợp kim hoâ thĩp, lăm austenit đồng nhất, hạt austenit lớn ) đều lăm tăng độ thấm tôi

+ Tốc độ lăm nguội, tuỳ thuộc văo khả năng lăm nguội nhanh hay chậm

của môi trường tôi mă độ thấm tôi sẽ đạt được lớn hay nhỏ Rõ răng lă khi lăm

nguội nhanh hơn, tốc độ nguội của cả lớp bề mặt vă lõi đều tăng lín, đường phđn bồ tốc độ nguội theo tiết diện sẽ nđng cao hơn, như vậy độ thấm tôi cũng được tăng lín tương ứng

- Câc phương phâp xâc định độ thđm tôi :

Định dạng
Số trang	57
Dung lượng	11,14 MB