Chương III xử lý nhiệt kim loại

Chương III Xử lý nhiệt kim loại 3.1.Nhiệt luyện thép 3.1.1 Khái niệm a Khái niệm Nhiệt luyện kim loại trình làm thay đổi tính chất kim loại ̣bằng cách đốt nóng tới nhiệt độ định, giữ nhiệt độ thời gian sau làm nguội theo b Tác dụng nhiệt luyện kim loại Vật liệu qua nhiệt luyện: - Cứng, bền, dẻo, dai thay đổi - Nguyên nhân thay đổi cấu tạo mạng tinh thể c Ảnh hưởng nhiệt luyện với kim loại Kim loại khác ảnh hưởng khác Nhiệt luyện + Một số kim loại không thay đổi tác dụng nhiệt luyện + Một số kim loại thay đổi + Một số kim loại thay đổi nhiều.Thể rõ tính Ví dụ: + Thép cacbon ̣̣C < 0.3 % thay đổi 3.1.2 Các phương pháp nhiệt luyện kim loại 3.1.2.1 Ủ a Nội dung Là trình đốt nóng chi tiết thép lên tới nhiệt độ định đường AC3 với loại thép, giữ nhiệt độ thời gian sau làm nguội chậm thường lò Tác dụng ủ: Làm ổn định tổ chức, giảm độ cứng, ứng suất tập trung với sản phẩm đúc, cán rèn nguội không vị trí khác chi tiết b Các phương pháp ủ: - Ủ thấp: Được tiến hành nhiệt độ 200 ÷ 600oC Mục đích : khử ứng suất bên - Ủ hoàn toàn: Nhiệt độ nung đường AC3 khoảng 30 ÷ 50oC, giữ nhiệt, làm nguội lò Chỉ áp dụng với thép trước tích Mục đích: + Giảm độ cứng, tăng độ dẻo, cải thiện tính cắt gọt + Làm nhỏ hạt tinh thể + Làm đồng thành phần, đặc biệt thép hợp kim Tổ chức kim loại sau ủ: có chuyển biến pha Tổ chức thu peclit xoocbit trustit - Ủ không hoàn toàn: Khoảng nhiệt độ nung: AC1 < nhiệt độ nung < AC3 lặp lại vài lần Nhiệt độ nung ỏ AC1 từ 20 ÷ 30oC Thời gian giữ nhiệt khoảng 1h Làm nguội lò Mục đích: kích thích cho xêmentit tạo thành dạng hạt Sơ đồ ủ không hoàn toàn: d Chuyển biến ram M (Fe3) => P (F + Xê) Về nguyên lý chuyển biến xẩy nhiệt độ lượng tự Peclít thấp Máctenxít Nhưng thực tế xẩy nung thép nhiê ̣t độ thấp Ac1 Ram công nghệ tất yếu với sản phẩm đã qua nhằm điều chỉnh độ cứng giảm nội ứng suất, tính giòn sau 3.1.2.4 Bốn chuyển biến pha nhiệt luyện thép - Khi nung nóng: P (F + Xê) => Ô (Fe3) (khi nung nóng thép Ac1 ) - Khi làm nguội chậm: Ô (Fe3) => P (F + Xê) (nhiệt độ xuống Ar1) - Khi làm nguội nhanh: Ô (Fe3) => M (Fe3) - Khi ram: M (Fe3) => P (F + Xê) Về nguyên lý chuyển biến ram xẩy nhiệt độ lượng tự Peclít thấp Máctenxít Nhưng thực tế xẩy 3.2 Hoá nhiê ṭ luyê n ̣ 3.2.1 Khái niê ̣m hoá nhiê ̣t luyê n ̣ 3.2.1.1 Khái niê m ̣ : Phương pháp gia công nhiệt làm thay đổi cấu tạo kim loại mà thành phần hoá học lớp bề mặt kim loại thay đổi 3.2.1.2 Biê ̣n pháp thực hiê ̣n: Để thay đổi thành phần hoá học lớp bề mặt cần tăng cường cho nguyên tố cần thiết cách cho bề mă ̣t tiếp xúc với môi trường có chứa nhiều nguyên tố cần bổ xung nhiê ṭ độ cao Sau một thời gian tiếp xúc kết hợp với nhiệt độ cao nguyên tố sẽ thấm vào bề mặt sản phẩm một chiều sâu định sau tiến hành nhiê ṭ luyện 3.2.1.3 So sánh hai phương pháp nhiê ṭ luyện hoá nhiệt luyện: Nhiệt luyện: thay đổi tính kim loại dựa vào thay đổi cấu tạo, thành phần hoá học không thay đổi Hoá nhiệt luyện: Tạo lớp kim loại khác - lớp bề mặt, lớp bên có thành phần hoá học khác nhiệt luyện tính lớp khác Trong trình làm việc nhiều chi tiết cần tính Ví dụ: + Răng bánh cần cứng mềm với mục đích chống mòn chống va đập làm việc + Các chi tiết làm việc môi trường nước biển môi trường a xit, môi trường kiềm cần bên chống ăn mòn cao, bên lại không cần 3.2.2 Các phương pháp hoá nhiệt luyện 3.2.2 Thấm cácbon: N ội dung: Tăng cường C lớp bề mă ̣t ứng dụng cho chi tiết hay bị va đâ ̣p, chịu ứng suất thay đổi Thấm C có tác dụng với thép C (C từ 0.12 ÷ 0.25 %) Sau thấm C tăng lên tới (0.9 ÷ 1%) Phản ứng xảy ra: C + O2 → 2CO ; 2CO → CO2 + C hoạt tính Biê n ̣ pháp: Chi tiết đă ṭ môi trường nhiều C (rắn, lỏng, khí) nung nóng tới nhiê ṭ đô ̣ 850 ÷ 9500C C khuyếch tán vào (ngấm) với chiều sâu 0.5 ÷ mm Tác dụng: Sau thấm lớp bề mă ṭ chi tiết trở thành thép nhiều C có đủ đô ̣ cứng cần thiết sau nhiê ṭ luyê n ̣ , bên chi tiết vẫn thép cacbon mềm dai 3.2.2 Thấm Nitơ: N ội dung: Tăng cường Ni vào lớp bề mă ̣ chi tiết mục đích tăng độ cứng bề mặt, chống ăn mòn, chống mài mòn Chiều sâu lớp thấm (0.5 ÷ 1) mm Biện pháp: Chi tiết nung môi trường giàu NH3 tác dụng nhiê ṭ (500 ÷ 600 C) N ngấm vào bề mặt một chiều sâu định Phản ứng xảy ra: NH3 → H2 + N ht (N ht : Nguyên tử hoạt tính) Ứng dụng: Với chi tiết thép hợp kim (chứa Al, Cr, Mo ) làm việc bị va đập, chi tiết không cần độ cứng bề mặt cao lại cần chống mài mòn bề mă ṭ 3.2.2 xyanua hoá: Thấm C + N N ội dung: Là trình tăng cường cả C N vào bề mặt sản phẩm thép dể nâng cao độ cứng, tính chống mài mòn giới hạn mỏi lớp bề mặt Biện pháp: Nhiệt độ thấm: + Môi trường rắn: 540 ÷ 560oC + Môi trường lỏng với nhiệt độ khác : thấp 500 ÷ 600oC; Trung bình 800 ÷ 850oC; Cao: 900 ÷ 950oC + Môi trường khí: 540 ÷ 560oC Chiều sâu lớp thấm đạt (0.1 ÷ 0,2) mm Ứng dụng Phương pháp hiệu quả với chi tiết cỡ nhỏ trung bình 3.2.2 Thấm kim loại Là trình tăng cường nguyên tố kim loại: nhôm, crôm, si lic, bo, berili v.v… vào bề mặt sản phẩm thép để làm cho thép có thêm những tính quý như: chịu nhiệt, chống gỉ, chống mài mòn v.v… Trong số trường hợp dùng thép thấm kim loại để thay thế cho những thép hợp kim cao cấp, hiếm Biện pháp: Nung nóng sản phẩm thép đến nhiệt độ định Giữ sản phẩm vị trí tiếp xúc với nguyên tố nêu Các dạng thấm: nguyên tố thấm trạng thái rắn, lỏng, khí 3.2.3 Các phương pháp xử lý khác 3.2.3.1 Xử lý nhiệt khuyếch tán Nội dung: Đây trường hợp hoá nhiệt luyện Sự tạo thành lớp phủ tác động nhiệt làm nóng chảy vật liệu phủ vào bề mặt tạo điều kiện cho khuyếch tán hình thành lớp phủ Mục đích: Bảo vệ bề mặt khỏi tác động môi trường Các phương pháp: Nhúng kẽm, nhúng thiếc, nhúng chì 3.2.3.2 Công nghệ CVD (công nghệ bốc bay chân không) Nội dung: Công nghệ CVD (chemical Vapour Deposition) tạo lớp phủ kim loại ceramic lên bề mặt vật liệu khác Mục đích: Để tạo lớp phủ chịu mài mòn TiC, TiN, Al2O3 v.v… lớp phủ chống ăn mòn như: Cr, Al, Si v.v… Phương pháp: Nguyên tố kim loại cần phủ phải chuyển thành hợp chất thể khí nhờ nguồn nhiệt lớn sau hoàn nguyên trả lại nhờ tác động vật lý, hoá học xảy vùng lân cần bề mặt phủ 3.2.3.3 Công nghệ PVD (Physical Vapour Deposition) Nội dung: Đây công nghệ áp dụng tác động vật lý để tạo lớp phủ như: lực điện từ, tượng phóng điện, phát quang pha khí, bay khuyếch tán … Phương pháp: Sự hình thành lớp phủ bao gồm giai đoạn: + hoá vật liệu phủ + bốc bay chất phủ đến bề mặt + Ngưng tụ , khuyếch tán tạo lớp phủ Ngòai phương pháp có phương pháp xử lý khác phun phủ bề mặt, xử lý chùm tia lượng cao v.v… [...]... hạt và khử ứng lực có hại trong kim loại Ưu điểm của thường hoá: So với ủ thường hoá kinh tế hơn vì không cần làm nguội cùng lò 3.1.2.2 Tôi a Khái niệm Quá trình đốt nóng vật phẩm bằng thép lên đến nhiệt độ nhất định tương ứng với từng loại thép,giữ ở nhiệt độ đó một thời gian để ổn định cấu trúc của kim loại và làm nguội đột ngột trong môi trường tương ứng với từng loại thép b Tác dụng của tôi thép... nhiê ṭ luyện 3.2.1.3 So sánh hai phương pháp nhiê ṭ luyện và hoá nhiệt luyện: Nhiệt luyện: thay đổi tính năng của kim loại chỉ dựa vào thay đổi cấu tạo, thành phần hoá học không thay đổi Hoá nhiệt luyện: Tạo được lớp kim loại khác nhau - lớp bề mặt, lớp bên trong có thành phần hoá học khác nhau do vậy khi nhiệt luyện tính năng của các lớp cũng khác nhau Trong quá trình làm việc rất nhiều... (Fe3) => P (F + Xê) Về nguyên lý thì chuyển biến khi ram có thể xẩy ra ở mọi nhiệt độ do năng lượng tự do của Peclít thấp hơn của Máctenxít Nhưng thực tế chỉ xẩy ra khi 3.2 Hoá nhiê ṭ luyê n ̣ 3.2.1 Khái niê ̣m về hoá nhiê ̣t luyê n ̣ 3.2.1.1 Khái niê m ̣ : Phương pháp gia công nhiệt làm thay đổi không những cấu tạo của kim loại mà thành phần hoá học của lớp bề mặt kim loại cũng thay đổi 3.2.1.2... dòng điện cao tần; điện phân 3.1.2.3 Ram: a Khái niệm: Nung nóng lại thép đã tôi giữ nhiệt và làm nguội Nhiệt độ nung khi ram: Chi tiết được nung nóng đến nhiệt độ (150 ÷ 6800C), giữ ở nhiệt độ đó một thời gian nhất định với từng loại thép rồi để nguội d Chuyển biến khi ram M => P (F + Xê) Về nguyên lý thì chuyển biến này có thể xẩy ra ở mọi nhiệt độ do năng lượng tự do của Peclít thấp... Khác ủ là sau khi nung đến nhiệt độ ủ thì làm nguội bằng không khí tĩnh, tốc độ nguội nhanh hơn so với khi ủ Nhiệt độ nung giống nhiệt độ nung khi ủ Sau thường hoá thép có cấu trúc đồng nhất và nhỏ hạt như sau khi ủ nhưng độ bền, độ dai có phần cao hơn Phạm vi ứng dụng của thường hoá: + Cần ít thời gian hơn ủ dùng thay cho ủ đối với thép ít C và C trung bình + Một số thép hợp kim sau khi gia công áp lực... từng loại thép có hàm lượng C khác nhau: Ta thấy thép càng ít C nhiệt độ nung cho nhiệt luyện càng cao.Tốc độ nung: Phụ thuộc vào từng loại thép Thời gian giữ nhiệt: đủ để cho nhiệt độ phân bố đều ở khắp chiều dày của vật nung, thường được tra bảng của sổ tay nhiệt luyện Thiết bị nung: lò than, lò điện, lò muối, dòng điện cao tần, d Làm nguội Tốc độ làm nguội khi nhiệt luyện do tổ chức sau nhiệt... (khắc phục bằng ram) Tổ chức của thép sau khi tôi là Mactenxit C Nhiệt độ tôi Nhiệt độ tôi của thép cacbon được chọn theo thành phần của C tương ứng trên giản đồ Fe – C o o ( t = A + 30 ÷ 50 C) Thép trước cùng tích: t c3 Thép sau cùng tích: t t o = Ac1 + ( 30 ÷ 50 o C ) Biểu đồ biến đổi nhiêêt đôê nung khi nhiêêt luyêên với từng loại thép có hàm lượng C khác nhau: Ta thấy thép càng ít C nhiệt... sử dụng (trục khuỷu, cổ trục, dụng cụ ) h Các phương pháp tôi + Tôi trong 1 môi trường Thường dùng với thép cácbon trung bình và thép hợp kim thấp + Tôi trong 2 môi trường (thường là nước và dầu) Thường dùng để tôi thép cácbon cao và thép hợp kim trung bình (để chống nứt) + Tôi phân cấp Giảm nhiêêt đôê đến 1 nhiêêt đôê nhất định giữ nhiêêt 1 thời gian ngắn rồi lại tiếp tục giảm... nhiê êt, làm nguô êi với các tốc đô ê khác nhau Khi tôi Os chuyển biến thành các tổ chức sau: Peclit, xocbit, truxtit, bainit và mactenxit Các tổ chức này có độ cứng tăng dần Trong quá trình thay đổi nhiệt sẽ xảy ra các chuyển biến cơ bản sau: 1 Chuyển biến xảy ra khi nung nóng: Chuyển biến P peclit → Os austenit Quá trình chuyển biến: Tốc độ nung ảnh hưởng đến nhiệt độ và thời gian chuyển biến;... nhiệt độ (500 ÷ 6800C) và giữ nhiệt một thời gian rồi làm nguội Tác dụng giảm ứng suất dư, tăng σ b , tăng độ dai Dùng cho chi tiết quan trọng d Chuyển biến khi ram M (Fe3) => P (F + Xê) Về nguyên lý thì chuyển biến này có thể xẩy ra ở mọi nhiệt độ do năng lượng tự do của Peclít thấp hơn của Máctenxít Nhưng thực tế chỉ xẩy ra khi nung thép ở các nhiê ̣t độ thấp hơn Ac1 Ram là công nghệ tất yếu ... nhiệt luyện kim loại Vật liệu qua nhiệt luyện: - Cứng, bền, dẻo, dai thay đổi - Nguyên nhân thay đổi cấu tạo mạng tinh thể c Ảnh hưởng nhiệt luyện với kim loại Kim loại khác ảnh hưởng khác Nhiệt. ..3.1 .Nhiệt luyện thép 3.1.1 Khái niệm a Khái niệm Nhiệt luyện kim loại trình làm thay đổi tính chất kim loại ̣bằng cách đốt nóng tới nhiệt độ định, giữ nhiệt độ thời gian sau... Một số kim loại không thay đổi tác dụng nhiệt luyện + Một số kim loại thay đổi + Một số kim loại thay đổi nhiều.Thể rõ tính Ví dụ: + Thép cacbon ̣̣C < 0.3 % thay đổi 3.1.2 Các phương pháp nhiệt