CHUYÊN ĐỀ NHIỆT LUYỆN TRONG NHÀ MÁY CƠ KHÍ

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. 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 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. Các tác dụng chủ yếu của Nhiệt luyện: 1 Tăng độ cứng, tính chịu ăn mòn, độ dẻo dai và độ bền của vật liệu Mục tiêu của SX cơ khí là SX ra các cơ cấu và máy bền hơn, nhẹ hơn, khoẻ hơn với các tính năng tốt hơn. Để đạt được điều đó không thể không sử dụng thành quả của vật liệu kim loại và nhiệt luyện, sử dụng triệt để các tiềm năng của vật liệu về mặt cơ tính. 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 mài mòn 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 hợp với điều kiện làm việc và được gọi là nhiệt luyện kết thúc (thường tiến hành trên sản phẩm). Như thường thấy, chất lượng của máy, thiết bị cũng như phụ tùng thay thế phụ thuộc rất nhiều vào cách sử dụng vật liệu và nhiệt luyện chúng. Những máy làm việc tốt không thể không sử dụng vật liệu tốt (một cách hợp lý, đúng chỗ) và nhiệt luyện bảo đảm. 2 Cải thiện tính công nghệ (rèn, dập, gia công cắt, tính chịu mài, tính hàn…), từ tính, điện tính… Muốn tạo thành chi tiết máy, vật liệu ban đầu phải qua nhiều khâu, nguyên công gia công cơ khí: rèn, dập, cắt…Để đảm bảo sản xuất dễ dàng với năng suất lao động cao, chi phí thấp vật liệu phải có cơ tính sao cho phù hợp với điều kiện gia công tiếp theo như cần mềm để dễ cắt hoặc dẻo để dễ biến dạng nguội. Muốn vậy cũng phải áp dụng các biện pháp nhiệt luyện thích hợp (ủ hoặc thường hoá như với thép). Ví 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 dài cho chi tiết, dụng cụ bằng thép mà còn đễ dàng cho quá trình gia công. 3 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 bản thân 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 lượng của sản phẩm.

CHUYÊN ĐỀ:NHIỆT LUYỆN TRONG NHÀ MÁY CƠ KHÍ A- NHỮNG HIỂU BIẾT CỦA EM VỀ NHIỆT LUYỆN I-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. 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 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. II-Các tác dụng chủ yếu của Nhiệt luyện: 1/ Tăng độ cứng, tính chịu ăn mòn, độ dẻo dai và độ bền của vật liệu Mục tiêu của SX cơ khí là SX ra các cơ cấu và máy bền hơn, nhẹ hơn, khoẻ hơn với các tính năng tốt hơn. Để đạt được điều đó không thể không sử dụng thành quả của vật liệu kim loại và nhiệt luyện, sử dụng triệt để các tiềm năng của vật liệu về mặt cơ tính. 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 mài mòn 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 hợp với điều kiện làm việc và được gọi là nhiệt luyện kết thúc (thường tiến hành trên sản phẩm). Như thường thấy, chất lượng của máy, thiết bị cũng như phụ tùng thay thế phụ thuộc rất nhiều vào cách sử dụng vật liệu và nhiệt luyện chúng. Những máy làm việc tốt không thể không sử dụng vật liệu tốt (một cách hợp lý, đúng chỗ) và nhiệt luyện bảo đảm. 1 2/ Cải thiện tính công nghệ (rèn, dập, gia công cắt, tính chịu mài, tính hàn…), từ tính, điện tính… Muốn tạo thành chi tiết máy, vật liệu ban đầu phải qua nhiều khâu, nguyên công gia công cơ khí: rèn, dập, cắt…Để đảm bảo sản xuất dễ dàng với năng suất lao động cao, chi phí thấp vật liệu phải có cơ tính sao cho phù hợp với điều kiện gia công tiếp theo như cần mềm để dễ cắt hoặc dẻo để dễ biến dạng nguội. Muốn vậy cũng phải áp dụng các biện pháp nhiệt luyện thích hợp (ủ hoặc thường hoá như với thép). Ví 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 dài cho chi tiết, dụng cụ bằng thép mà còn đễ dàng cho quá trình gia công. 3/ 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 bản thân 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 lượng của sản phẩm. 2 B-KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ NHIỆT LUYỆN THÉP 1. KHÁI NIỆM VỀ NHIỆT LUYỆN THÉP 1 . 1. S ơ lược về n h i ệ t l uyện t h é p 1.1.1. Định nghĩa: là nung nóng thép đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt một thời gian thích hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ xác định để nhận được tổ chức, do đó tính chất theo yêu cầu. Đặc điểm: - Không làm nóng chảy và biến dạng sản phẩm thép - Kết quả được đánh giá bằng biến đổi của tổ chức tế vi và tính chất. 1.1. 2 . Các yếu tố đặc trưng cho nhiệt luyện Ba thông số quan trọng nhất (hình 4.1): - Nhiệt độ nung nóng: 0 n T - Thời gian giữ nhiệt: gn T - Tốc độ nguội V nguội sau khi giữ nhiệt Các chỉ tiêu đánh giá kết quả: + Tổ chức tế vi bao gồm cấu tạo pha, kích thước hạt, chiều sâu lớp hóa bền là chỉ tiêu gốc, cơ bản nhất. + Độ cứng, độ bền, độ dẻo, độ dai. + Độ cong vênh, biến dạng. 1.1.3. Phân loại nhiệt luyện thép 1.1.3.1. Nhiệt luyện: thường gặp nhất, chỉ có tác động nhiệt làm biến đổi tổ chức và tính chất gồm nhiều phương pháp: ủ, thường hoá, tôi, ram. 1.1.3.2. Hóa - nhiệt luyện: Nhiệt luyện có kèm theo thay đổi thành phần hóa học ở bề mặt rồi nhiệt luyện tiếp theo để cải thiện hơn nữa tính chất của vật liệu: Thấm đơn hoặc đa nguyên tố: C,N, 1.1.3.3. Cơ - nhiệt luyện: là biến dạng dẻo thép ở trạng thái γ sau đó tôi và ram để nhận được tổ chức M nhỏ mịn có cơ tính tổng hợp cao nhất, thường ở xưởng cán nóng thép, luyện kim. 1.2. Tác d ụ ng của n h i ệ t l uyện đ ố i v ớ i s ả n xuất cơ khí 1.2.1. Tăng độ cứng, tính chống mài mòn và độ bền của thép: phát huy triệt để các tiềm năng của vật liệu: bền, cứng, dai… do đó giảm nhẹ kết cấu, tăng tuổi thọ, 3 Hình 4.1. Sơ đồ của quá trình nhiệt luyện đơn giản nhất 1.2.2. Cải thiện tính công nghệ Phù hợp với điều kiện gia công: cần đủ mềm để dễ cắt, cần dẻo để dễ biến dạng, … 1.2.3. Nhiệt luyện trong nhà máy cơ khí - Nặng nhọc, độc → cơ khí hóa, tự động hóa, chống nóng, độc - Phải được chuyên môn hóa cao → bảo đảm chất lượng sản phẩm và năng suất - Tiêu phí nhiều năng lượng → phương án tiết kiệm được năng lượng - Là khâu sau cùng, thường không thể bỏ qua, do đó quyết định tiến độ chung, chất lượng và giá thành sản phẩm của cả xí nghiệp. 2. CÁC TỔ CHỨC ĐẠT ĐƯỢC KHI NUNG NÓNG VÀ LÀM NGUỘI THÉP 2.1. Các chuyển biến xảy ra khi nung nóng thép - Sự tạo thành austenit 2.1.1. Cơ sở xác định chuyển biến khi nung Dựa vào giản đồ pha Fe - C, hình 4.2: ở nhiệt độ thường mọi thép đều cấu tạo bởi hai pha cơ bản: F và Xê (trong đó P =[F+Xê]). -Thép cùng tích: có tổ chức đơn giản là P -Thép trước và sau cùng tích: P+F và P+Xê II Khi nung nóng: + Khi T< A 1 → chưa có chuyển biến gì; + Khi T= Ac 1 , P → γ theo phản ứng: Thép CT: [Fe a + Xê] 0,80%C → γ 0,80%C Thép TCT và SCT: F và Xê II không thay đổi: + Khi T> Ac 1 : F và Xê II tan vào γ nhưng không hoàn toàn; + Khi T> Ac 3 và Ac m : F và Xê II tan hoàn toàn vào γ Trên đường GSE mọi thép đều có tổ chức γ 2.1.2. Đặc điểm của chuyển biến peclit thành austenit Nhiệt độ & thời gian chuyển biến: (hình 4.3) V nung càng lớn thì T chuyển biến càng cao. T nung càng cao, khoảng thời gian chuyển biến càng ngắn. Tốc độ nung V 2 > V 1 , thì nhiệt độ bắt đầu và kết thúc chuyển biến ở càng cao và 4 Hình 4.2. Giản đồ pha Fe-C (phần thép) Hình 4.3. Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt P của thép cùng tích thời gian chuyển biến càng ngắn. Kích th ư ớc hạt austenit: Ý nghĩa: Hạt γ càng nhỏ → M(hoặc tổ chức khác) có độ dẻo, dai cao hơn. Cơ chế chuyển biến: P → γ : cũng tạo và phát triển mầm như kết tinh (hình 4.4), nhưng do bề mặt phân chia giữa F-Xê rất nhiều nên số mầm rất lớn → hạt γ ban đầu rất nhỏ mịn (< cấp 8-10, hình 4.4d) chuyển biến peclit → austenit bao giờ cũng làm nhỏ hạt thép, phải tận dụng Độ hạt austenit: - peclit ban đầu: càng mịn → γ nhỏ - V nung càng lớn → hạt γ càng nhỏ - T& t giữ nhiệt lớn thì hạt lớn - Theo bản chất thép: bản chất hạt lớn và hạt nhỏ (hình 4.5). Thép bản chất hạt nhỏ: thép được khử ôxy triệt để bằng Al, thép hợp kim Ti, Mo, V, Zr, Nb, dễ tạo cacbit ngăn cản phát triển hạt. Mn và P làm hạt phát triển nhanh 2.2. Mục đích của giữ nhiệt: - Làm đều nhiệt độ trên tiết diện - Để chuyển biến xảy ra hoàn toàn - Làm đồng đều % của γ 2.3. Các chuyển biến khi làm nguội 2.3.1. Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt austenit quá nguội (giản đồ T-T-T) của thép cùng tích Giản đồ T-T-T: Nhiệt độ (T) - thời gian (T) và chuyển biến (T) Vì có dạng chữ "C") → đường cong chữ “C”. 5 Hì nh 4.4. Quá trình tạo mầm và phát triển mầm Hình 4.5. Sơ đồ phát triển hạt austenit I- di truyền hạt nhỏ, II- di truyền hạt lớn Khi γ bị nguội (tức thời) d ư ới 727 o C nó chưa chuyển biến ngay được gọi là γ quá nguội,không ổn định Giản đồ có 5 vùng: - Trên 727 o C là khu vực tồn tại của γ ổn định - Bên trái chữ "C" đầu tiên - vùng γ quá nguội - Giữa hai chữ "C" γ đang chuyển biến (tồn tại cả ba pha γ , F và Xe) - Bên phải chữ "C" thứ hai - các sản phẩm phân hóa đẳng nhiệt γ quá nguội là hỗn hợp: F - Xê vớ i mứ c đ ộ nhỏ mịn khác nhau Giữ γ quá nguội ở sát A 1 : (T~ 700 o C, DT 0 nhỏ, ~25 o C): Peclit (tấm), HRC 10 ÷ 15. + (T~ 650 o C, DT 0 ~ 75 o C): Xoocbit tôi, HRC 25 ÷ 35. + T ~ đỉnh lồi chữ “C“ (khoảng 500 ÷ 600 o C): Trôxtit, HRC 40. Cả 3 chuyển biến trên đều là chuyển biến peclit, X, T là peclit phân tán. + Khi giữ austenit quá nguội ở nhiệt: ~450 ÷ 250 o C: Bainit, HRC 50 ÷ 55, Đ ư ợc coi là chuyển biến trung gian 2.3.2 . Sự phân hóa g khi làm nguội liên tục Cũng xét giản đồ chữ “C” (hình 4.7) như chuyển biến đẳng nhiệt. 6 Hình 4.7. Giản đồ T-T-T của thép cùng tích với V 1 < V 2 < V 3 <V 4 < V 5 < V 6 Đặc điểm 1: V 1 : trên hình 4.7,ở sát A 1 : gđ peclit tấm V 2 : (làm nguội trong k/khí tĩnh) → xoocbit . V 3 (Làm nguội trong không khí nén), cắt ở phần lồi: → γ trôxtit V 4 :(làm nguội trong dầu),trôxtit + mactenxit = bán mactenxit V5: (làm nguội trong n ư ớc lạnh) V 5 không cắt đ ư ờng cong chữ "C" nào, tức g đ M Kết luận: khi làm nguội liên tục, tổ chức tạo thành ∈ vào vị trí của vectơ tốc độ nguội trên đ ư ờng cong chữ "C Đặc điểm 2: Tổ chức đạt đ ư ợc th ư ờng là không đồng nhất trên toàn tiết diện Đặc điểm 3: Không đạt đ ư ợc tổ chức hoàn toàn bainit (B) (chỉ có thể T+B hoặc T+B+M) vì nửa d ư ới chữ “ C ” lõm vào Đặc điểm 4: Những điều trên chỉ đúng với thép cacbon, thép hợp kim đ ư ờng cong chữ "C" dịch sang phải do đó: + V th có thể rất nhỏ. Ví dụ, thép gió tôi trong gió. + Tổ chức đồng nhất ngay cả đối với tiết diện lớn. 2.3.3 . Giản đồ T - T - T của các thép khác cùng tích + Thép tr ư ớc và sau cùng tích, có thêm nhánh phụ (hình 4.9) biểu thị sự tiết ra F (TCT) hoặc Xê II (SCT), có thêm đường 3 điểm khác biệt so với thép cùng tích: 1- Đường cong (chữ "C" và nhánh phụ) 2- Khi làm nguội chậm liên tục (V 2 ), γ quá nguội 7 Hình 4.10. Giản đồ T-T-T của thép khác cùng tích sẽ tiết ra F (TCT) hoặc Xê II (SCT) tr ư ớc sau đó mới phân hóa ra hỗn hợp F-Xê 3- Khi làm nguội đủ nhanh V 3 (hoặc >V 3 ) để V ng không cắt nhánh phụ, γ quá nguội → F-Xê d ư ới dạng X, T, B (B chỉ khi làm nguội đẳng nhiệt). Thép không có thành phần đúng 0,80%C mà vẫn không tiết F hoặc Xê đ ư ợc gọi là cùng tích giả. Đối với thép hợp kim, ngoài ảnh hưởng của C, các nguyên tố hợp kim (dịch chữ "C" sang phải) sẽ xét sau. 2 . 4. Ch u y ển b i ến của austen i t khi l àm ng u ội nhanh - Chuyển b i ế macte n x i t (k hi t ô i ) Nếu V ng > V th thì γ → M gọi đó là tôi thép. V th : là tốc độ làm nguội nhỏ nhất để gây ra chuyển biến mactenxit. m m th TA V τ − = 1 2.4.1.Bản chất của mactenxit Định nghĩa: M là dung dịch rắn quá bão hòa của C trong Fe a Đ/điểm: vì quá bão hoà C → mạng chính phương tâm khối (hình 4.12). Độ chính phương c/a = 1,001 ÷ 1,06 ( ∈ %C) → xô lệch mạng rất lớn → M rất cứng. 8 2.4.2. Các đặc điểm của chuyển biến mactenxit 1) Chỉ xảy ra khi làm nguội nhanh và liên tục g với tốc độ > V th . 2) Chuyển biến không khuếch tán: C ~ giữ nguyên vị trí, Fe: từ g (A1) → M (gần như A2) 3) Xảy ra với tốc độ rất lớn, tới hàng nghìn m/s 4) Chỉ xảy ra trong khoảng giữa M đ và kết thúc M K . M đ và M K giảm khi tăng %C và % nguyên tố hợp kim (trừ Si, Co và Al), M đ và M K không phụ thuộc vào V nguội . 5) Chuyển biến xảy ra không hoàn toàn vì hiệu ứng tăng thể tích gây lực nén lên → γ không thể chuyển biến, γ không chuyển biến được gọi là γ dư Điểm M K th ư ờng thấp (<20 o C) có khi rất thấp (ví dụ -100 o C) → lượng γ d ư có thể (20 ÷ 30%). Tỷ lệ γ d ư : phụ thuộc vào các yếu tố sau: + Điểm M K : M K càng thấp dưới 20 o C lượng γ dư càng nhiều: M K giảm khi tăng lượng nguyên tố hợp kim trong γ + %C tăng → ↑∆V γ → d ư càng nhiều 2.4.3. Cơ tính của mactenxit Độ cứng: (hình 4.14): %C ↑→ cứng tăng do đó: Thép ít cacbon: %C ≤ 0,25%, độ cứng sau tôi ≤ HRC 40 Thép C trung bình: %C= 0,40 ÷ 0,50%, độ cứng sau tôi tương đối cao, HRC ≥ 50. Thép C cao: %C ≥ 0,60%, độ cứng sau tôi cao, HRC ≥ 60. 9 Hình4.12. ô cơ sở của động mạng tinh thể mactenx mactenxit Hình 4.13. Đ ư ờng cong học chuyển biến Hình 4.14 : Độ cứng tôi phụ thuộc vào%C Chỉ có thép ≥ 0,40%C tôi mới tăng tính chịu mài mòn . Chú ý : phân biệt độ cứng của M và độ cứng của thép tôi: độ cứng của thép tôi là độ cứng tổng hợp của M tôi+ γ dư + cacbit (Xê II nếu có). Thường γ dư làm giảm độ cứng của thép tôi:>10% làm giảm 3-5HRC (cá biệt tới 10HRC),vài % → không đáng kể. Tính giòn: là nhược điểm của M làm hạn chế sử dụng, tính giòn phụ thuộc vào: + Kim M càng nhỏ tính giòn càng thấp → làm nhỏ hạt γ khi nung thì tính giòn + ứng suất bên trong càng nhỏ tính giòn càng thấp Dùng thép bản chất hạt nhỏ, nhiệt độ tôi và phương pháp tôi thích hợp để giảm ứng suất bên trong như tôi phân cấp, đẳng nhiệt và ram ngay tiếp theo. 2 . 5. C h u y ển biến khi n u ng n ó ng t h ép đã t ô i (kh i r a m) Đ/n: ram nung nóng thép sau khi tôi để điều chỉnh độ cứng và tính chất phù hợp với yêu cầu. 2.5. 1 . Tí nh không ổn định của mactenxit và austenit Tổ chức thép tôi=M+ γ d ư : khi nung nóng M → F+Xê theo: Fe a (C) → Fe 3 C + Fe a γ d ư → F+Xê theo: Fe g (C) → Fe 3 C + Fe a M và γ d ư không chuyển biến ngay thành hỗn hợp F-Xê mà phải qua tổ chức trung gian là M ram theo sơ đồ: (M + γ d ư ) → M ram → F-Xê 2.5. 2 . Các chuyển biến xảy ra khi ram Thép cùng tích (0,80%C): tổ chức M và γ dư, quá trình chuyển biến khi ram: *Giai đoạn I (T < 200 o C) - < 80 o C trong thép tôi chưa có chuyển biến gì, tức vẫn có M và γ dư. - Từ 80-200 o C: γ dư chưa chuyển biến, M có tiết C dưới dạng cacbit e Fe x C (x=2,0 ÷ 2,4), hình tấm mỏng, phân tán, %C trong M giảm xuống còn khoảng 0,25 ÷ 0,40%, c/a giảm đi. Hỗn hợp M ít cacbon và cacbit e đó đ ư ợc gọi là M ram (vẫn liền mạng): (M tôi) Fe a (C) 0,8 → [Fe a (C) 0,25 ÷ 0,40 + Fe 2 ÷ 2,4 C] (M ram) * Giai đoạn II (T= 200 ÷ 260 o C) Tiếp tục tiết C khỏi M xuống còn khoảng 0,15 ÷ 0,20%: Fe a (C) 0,25-0,4 → [Fe a (C) 0,15 ÷ 0,20 +Fe 2 ÷ 2,4 C] γ dư thành M ram: ( γ dư) Fe g (C) 0,8 → [Fe a (C) 0,15 ÷ 0,20 + Fe 2 ÷ 2,4 C] (M ram) M ram là tổ chức có độ cứng thấp hơn M tôi, song lại ít giòn hơn do giảm được ứng suất. Độ cứng thứ II: Một số thép sau khi tôi có lượng γ dư lớn (hàng chục %), khi ram γ d ư thành M ram mạnh hơn hiệu ứng giảm độ cứng do C tiết ra khỏi dung dung dịch rắn → độ cứng thứ II. 10 [...]... phải làm nguội chậm đến nhiệt độ 2002oC để tiết nitrit làm tăng độ cứng, rồi đuổi hết khí ra mới được mở lò để chống nổ - Nếu trong khí thấm có pha thêm lượng nhỏ khí đốt (1-2%), hoặc thỉnh thoảng mở van cho 1 chút không khí vào, các nguyên tố C (trong khí đốt), oxy (trong không khí) có tác đụng ổn định pha ε do đó tốc độ thấm tăng + Thời gian thấm: khi có mặt C và O trong khí thấm thì :τ = X2 K=0,2... nhanh trong thời gian 10 phút tới nhiệt độ 6200C, giữ nhiệt độ 6200C trong thời gian 3 giờ, làm nguội tới 1000C trong 45 phút 1.3 .Nhiệt luyện bánh răng Để đảm bảo độ cứng và độ bền của bánh răng, chúng ta phải được nhiệt luyện bằng một trong các phương pháp sau: - Tôi thể tích và ram - Tôi bề mặt - Nhiệt hóa bề mặt 1.3.1 Tôi thể tích Chế độ tôi thể tích và ram bánh răng đối với thép kết cấu được ghi trong. .. nghệ thấm N riêng biệt Thép dùng để thấm C-N: thường là thép hợp kim: 25CrMnMo, sau khi thấm C-N nhiệt độ cao tôi trực tiếp phân cấp trong dầu nóng 180 oC 27 C-NHIỆT LUYỆN TRONG THỰC TẾ NHIỆT LUYỆN BÁNH RĂNG 1.1.bảng đặc tính chung của quá trình nhiệt luyện bánh răng Nguyên Công dụng Chế độ nhiệt công Nhiệt độ nung Điều kiện làm nguôi 0 ủ và làm Tăng khả năng 30-50 C cao Làm nguội đến nguội từ từ cắt... dịch rắn của N trong Fe α Độ cứng cao nhất của lớp thấm là vùng ( γ ’+ α ), do có nhiều nitrit: CrN, AlN, tiết ra nhỏ mịn nằm phân bố đều, không phải qua nhiệt luyện tiếp theo như khi thấm C Thép dùng để thấm N: là thép hợp kim chuyên để thấm N điển hình là 38CrMoAlA sau khi nhiệt luyện hoá tốt o Chất thấm N: khí NH3 công nghiệp (amôniac), ở nhiệt độ thấm (480 ÷ 650) C, NH3 bị phân huỷ nhiệt theo phản... có hình dạng phức tạp, tiết diện thay đổi đột ngột do khó chế tạo vòng cảm ứng thích hợp 7.2 Hóa - nhiệt luyện Định nghĩa: Hóa - nhiệt luyện là đưa chi tiết và trong môi trường thấm có thành phần, nhiệt độ thích hợp trong thời gian đủ để nguyên tố cần thấm đi sâu vào trong chi tiết sau đó đem nhiệt luyện để cải thiện hơn nữa tí nh chất của lớp bề mặt 7.2.1 Nguyên lý chung Môi trường thấm: là môi trường... tăng từ 1,5 đến 2 lần Gồm 2 loại: 4.5.2 Cơ - nhiệt luyện nhiệt độ cao: hình 4.20a, biến dạng dẻo ở trên A3 rồi tôi ngay, đặc điểm: - có thể áp dụng cho mọi thép kể cả thép cacbon, - dễ tiến hành vì ở nhiệt độ cao austenit dẻo, ổn định, lực ép nhỏ, độ biến dạng ε = 20 ÷ 30% - độ bền khá cao: σ b = 2200 ÷ 2400MPa, δ = 6 ÷ 8%, ak= 300kJ/m2 4.5.3 .Cơ – nhiệt luyện nhiệt độ thấp: (hình 4.20b): Sau khi γ hóa... mactenxit ít cacbon Trong cấu trúc lõi không cho phép có Pherit Bề mặt sau khi tôi thường được kiểm tra độ cứng HRC Bảng các phương pháp kiểm tra bánh răng sau nhiệt luyện Thông số kiểm tra Phương pháp kiểm tra Chiều dày lớp bề mặt sau nhiệt luyện Đo độ cứng từ ngoài vào trong Độ cứng bề mặt sau tôi ram Dùng máy đo độ cứng Rokvel (HRC >= 59-63) Cấu trúc tế vi của lớp bề mặt sau nhiệt luyện Dùng kính hiểm... nghiệm, khó cơ khí hóa, chỉ áp dụng cho tôi đơn chiếc thép C cao 4.4.3.Tôi phân cấp: đường c trên hình 4.18 o Muối nóng chảy có nhiệt độ cao hơn điểm Mđ khoảng 50 ÷ 1000 C, 3 ÷ 5min để đồng đều nhiệt độ trên tiết diện rồi nhấc ra làm nguội trong không khí để chuyển biến M Ưu điểm: khắc phục được khó khăn về xác định thời điểm chuyển môi trường của cách b Đạt độ cứng cao song có ứng suất bên trong rất... cứng, giảm ứng suất bên trong sau khi tôi, tùy thuộc vào nhiệt độ ram có thể đạt được cơ tính khác nhau phù hợp với yêu cầu sử dụng 3 Ủ VÀ THƯỜNG HÓA THÉP Định nghĩa: là các phương pháp thuộc nhóm nhiệt luyện sơ bộ, tạo độ cứng, tổ chức thích hợp cho gia công (cắt, dập nguội, nhiệt luyện) tiếp theo 3.1 Ủ thép 3.1.1 Định nghĩa và mục đích Định nghĩa: là phương pháp nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định (từ... hơn nhiệt độ kết tinh lại, rồi biến dạng dẻo và tôi ngay 18 Đ/điểm: - chỉ áp dụng được cho thép hợp kim - khó tiến hành vì ở nhiệt độ thấp (400 ÷ 600oC) γ kém dẻo hơn, máy cán lớn, o phôi thép phải nhỏ để kịp nguội nhanh xuống 400 ÷ 600 C - đạt được độ bền rất cao sb = 2600 ÷ 2800MPa, song độ dẻo, độ dai thấp hơn loại trên: d = 3%, aK = 200kJ /m2 Hình 4.20 Sơ đồ cơ - nhiệt luyện: nhiệt độ cao (a) và nhiệt . luyện thích hợp, không những đảm bảo khả năng làm việc lâu dài cho chi tiết, dụng cụ bằng thép mà còn đễ dàng cho quá trình gia công. 3/ Nhiệt luyện trong nhà máy cơ khí Ở các nhà máy cơ khí. CHUYÊN ĐỀ:NHIỆT LUYỆN TRONG NHÀ MÁY CƠ KHÍ A- NHỮNG HIỂU BIẾT CỦA EM VỀ NHIỆT LUYỆN I-Sơ lược về nhiệt luyện (Heat treatment) Nhiệt luyện là công nghệ nung nóng. biến dạng, … 1.2.3. Nhiệt luyện trong nhà máy cơ khí - Nặng nhọc, độc → cơ khí hóa, tự động hóa, chống nóng, độc - Phải được chuyên môn hóa cao