C©u1: §Þnh luËt Fick1, Fick2. a. Định luật Fick I và hệ số khuyếch tán Định luật FickI nêu lên quan hệ giữa dòng nguyên tử khuếch tán J qua một đơn vị bề mặt vuông góc với phương khuếch tán và Gradient nồng độ δcδx: J = D. = Dgradc(1.1) Trong đó: Dấu trừ chỉ dòng khuếch tán theo chiều giảm nồng độ D hệ số khuếch tán ( cm2s) Trong nhiều trường hợp: D = D0.exp(QRT) D0: hằng số ( cm2s) Q: hoạt năng khuếch tán T: nhiệt độ khuếch tán (K) R: hằng số khí ( R=1,98calmol) Từ những trị số D0 và Q có thể xác định hệ số khuyếch tán D ở nhiệt độ bất kỳ và đặc điểm của quá trình khuếch tán Trên hình 1.1 biểu diễn sự phụ thuộc hệ số khuếch tán khác loại của Cu trong Al trong hệ trục lgD ≈ 1T Hình 1.1 Hệ số khuếch tán của Cu trong Al phụ thuộc và nhiệt độ Bảng1.1 Số liệu thực nghiệm D0 và Q Chất khuếch tán Trong dung môi Vùng nhiệt độ, 0C D0, cm2s Q, Kcalmol D ở nhiệt độ, cm2s 5000C 2000C Al Al 450 ÷ 650 1,71 34,0 4,5.1010 Zn Cu 0,34 45,5 1,5.1013 Fe α – Fe 700÷750 2,00 60,6 8,0.1018 C α – Fe 500÷750 0,20 24,6 2,8.108 N α – Fe 3.102 18,2 9,0.109 N Cr 3.104 24,4 4,0.1011 B Fe40N40B20 1,1.108 82,8 3,0.1015 Ag Pd81Si19 2,0.106 29,9 1,2.1013 Na+ NaCl 350÷750 0,5 38,0 2,8.1011 Cl NaCl 1,1.102 51,4 1,7.1013 Ag+ AgBr 1,2 16,0 1,8.1012 Ag+ GaAs 500÷1000 2,5.103 9,0 5,0.106 1,2.1010 O2 Polyetylen 2,09 12,2 1,8.109 H2 Cao su tự nhiên 0,26 6,0 1,0.107 Ở trạng thái rắn ( nhiệt độ < 6600C) D tăng rất nhanh theo nhiệt độ, còn ở trạng thái lỏng DL thay đổi không đáng kể. Trong nhiều trường hợp DL được xác định theo biểu thức DL = const(Tη) η là độ sệt. Ở gần nhiệt độ nóng chảy DL khoảng 104 cm2s. Hệ số khuếch tán tăng vài cỡ số khi chuyển từ trạng thái rắn sang lỏng. Ở trạng thái rắn độ dốc của đường lnD = f(1T) là QR. Do vậy từ trị số D ở hai nhiệt độ khác nhau có thể xác định được D0 và Q. 1.2.2 Định luật FickII Nếu nồng độ c không những là hàm của x mà còn phụ thuộc vào thời gian t thì để thuận tiện người ta sử dụng định luật FickII Định luật FickII trong trường hợp hệ số khuếch tán không phụ thuộc nồng độ như sau: = D. (1.2) Nghiệm của phương trình trên trong trường hợp khuếch tán một chất có nồng độ cs trên bề mặt vào bên trong mẫu với nồng độ ban đầu c0( cs>c0) có dạng: C(x,t) = cs – (cs – c0 ) erf( ) (1.3)
Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu X Lí VT LIU Câu1: Định luật Fick1, Fick2 a nh lut Fick I v h s khuych tỏn nh lut FickI nờu lờn quan h gia dũng nguyờn t khuch tỏn J qua mt n v b mt vuụng gúc vi phng khuch tỏn v Gradient nng c/x: J = -D dc = -Dgradc(1.1) dx Trong ú: - Du tr ch dũng khuch tỏn theo chiu gim nng - D h s khuch tỏn ( cm2/s) Trong nhiu trng hp: D = D0.exp(-Q/RT) D0: hng s ( cm /s) Q: hot nng khuch tỏn T: nhit khuch tỏn (K) R: hng s khớ ( R=1,98cal/mol) T nhng tr s D0 v Q cú th xỏc nh h s khuych tỏn D nhit bt k v c im ca quỏ trỡnh khuch tỏn Trờn hỡnh 1.1 biu din s ph thuc h s khuch tỏn khỏc loi ca Cu Al h trc lgD 1/T D1 cm/s -5 10 -11 10 -16 10 -21 10 100 200 300 500 1000 C Hỡnh 1.1 H s khuch tỏn ca Cu Al ph thuc v nhit Cổng phụ khu a đhcnhn Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu Bng1.1 S liu thc nghim D0 v Q Cht khuch Al Zn Fe C N N B Ag Na+ ClAg+ Ag+ O2 H2 Trong dung mụi Vựng nhit , 0C D0, cm2/s Q, Kcal/mol Al 450 ữ 650 1,71 Cu 0,34 Fe 700ữ750 2,00 Fe 500ữ750 0,20 Fe 3.10-2 Cr 3.10-4 Fe40N40B20 1,1.10-8 Pd81Si19 2,0.10-6 NaCl 350ữ750 0,5 NaCl 1,1.102 AgBr 1,2 GaAs 500ữ1000 2,5.10-3 Polyetylen 2,09 Cao su t nhiờn 0,26 34,0 45,5 60,6 24,6 18,2 24,4 82,8 29,9 38,0 51,4 16,0 9,0 12,2 6,0 D nhit , cm2/s 5000C 2000C 4,5.10-10 1,5.10-13 8,0.10-18 2,8.10-8 9,0.10-9 4,0.10-11 3,0.10-15 1,2.10-13 2,8.10-11 1,7.10-13 5,0.10-6 - 1,8.10-12 1,2.10-10 1,8.10-9 1,0.10-7 trng thỏi rn ( nhit < 6600C) D tng rt nhanh theo nhit , cũn trng thỏi lng DL thay i khụng ỏng k Trong nhiu trng hp D L c xỏc nh theo biu thc DL = const(T/) l st gn nhit núng chy DL khong 10-4 cm2/s H s khuch tỏn tng vi c s chuyn t trng thỏi rn sang lng trng thỏi rn dc ca ng lnD = f(1/T) l Q/R Do vy t tr s D hai nhit khỏc cú th xỏc nh c D v Q 1.2.2 nh lut FickII Nu nng c khụng nhng l hm ca x m cũn ph thuc vo thi gian t thỡ thun tin ngi ta s dng nh lut FickII nh lut FickII trng hp h s khuch tỏn khụng ph thuc nng nh sau: c 2c = D = Dc (1.2) t x Nghim ca phng trỡnh trờn trng hp khuch tỏn mt cht cú nng cs trờn b mt vo bờn mu vi nng ban u c 0( cs>c0) cú dng: x ) (1.3) D.t x x Trong ú erf( ) l hm sai ca i lng c tớnh sn s D.t D.t C(x,t) = cs (cs c0 ) erf( tay toỏn hc Cổng phụ khu a đhcnhn Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu T biu thc (1.3) thy rng c(x,t) t l vi x Nu cs v c0 l hng s cú D.t ngha l chiu sõu x lp khuch tỏn vi nng c no ú t l thun vi D.t Câu2: Sự hình thành tinh thể vật đúc? Tổ chức đặc trng thỏi đúc kim loại gồm ba vùng: Vùng da đúc, vùng tinh thể hình trụ, vùng tinh thể hạt thô trục Khi kim loại đợc rót vào khuôn nguội,lớp bề mặt tiếp xúc trực tiếp vào thành khuôn nên kim loại đợc làm nguội nhanh Do có độ nguội lớn nên bề mặt nhấp nhô thành khuôn hình thành vô số mấm ký sinh chúng phát triển vô hớng tiếp xúc cản trở lẫn tạo thành lớp da đúc gồm hạt tinh thể nhỏ mịm, kim loại lỏng tiếp tục đợc làm nguội theo hớng tỏa nhiệt chính, phơng vuông góc với thành khuôn Tinh thể có trục nhánh trùng với phơng tỏa nhiệt phát triển nhanh vào bên trong, cản trở phát triển tinh thể lân cận có hớng trục bất lợi Sau trình cạnh tranh số tinh thể ngừng phát triển, số lại phát triển u tiên theo phơng vuông góc với trục tạo vùng tinh thể hình trụ, pha lỏng lại vùng trung tâm thỏi đúc tiếp tục kết tinh với độ nguội bé nhiều so với vùng bên Số lợng mầm kết tinh thêm vào chúng lớn lên điều kiện nhiệt độ nhỏ nh theo phơng nên phát triển đồng tạo thành tổ chức với hạt thô trục Không phải tổ chức thỏi đúc gồm đủ ba vùng - Khi đúc vật mỏng (vài mm) khuôn kim loại làm nguội nớc tốc độ nguội lớn nên tổ chức nhận đợc gồm có vùng da đúc nhỏ mịn chiều dày vật đúc - Khi đúc kim loại nguyên chất khuôn nguội nhanh độ nguội đủ lớn vùng tinh thể hình trụ phát triển xuyên suốt vào thỏi đúc tạo nên tổ chức xuyên tinh - Thỏi thép với tổ chức xuyên tinh dễ bị nứt cán rèn kim loại có độ dẻo cao nh Al, Cu tổ chức xuyên tinh không gây tác hại Câu3: Các khuyết tật xảy đúc? Các khuyết tật đúc làm xấu nhiều chất lợng vật đúc Có dạng khuyết tật sau: a Rỗ co lõm co Chúng có nguyên nhân kim loại kết tinh bị co lại nhng hình thức thể lại khác - Các lỗ hổng nhỏ nằm nhánh hay biên giới hạt tạo nên co kim loại lỏng kết tinh đợc phân bố rải rác khắp vật đúc đợc gọi Cổng phụ khu a đhcnhn Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu rỗ co Rỗ co làm giảm mật độ kim loại, làm xấu tính vật đúc nhng thỏi đúc đợc qua gia công áp lực nhiệt độ cao chúng đợc hàn kín lại nhờ bị bẹp lại trình khuếch tán làm liền kín nên trờng hợp ảnh hởng không đáng kể đến tính - Phần lỗ hổng phần dày thỏi đợc gọi lõm co Đây phần kết tinh sau cùng, thân kim loại bù co cho phần kết tinh trớc phía dới đến lợt kết tinh không đâu kim loại lỏng để bổ xung cho tạo lỗ hổng tập trung Trong thực tế thiết kế vật đúc ngời ta phải để phần lõm co sản phẩm dới dạng đậu ngót Đối với kim loại, hợp kim, lợng co kết tinh giá trị cố định nên thể tích lõm co tăng lên tổng thể tích rỗ co giảm ngợc lại làm đợc khuyết tật chất kim loại Để dạng khuyết tật nằm sản phẩm đúc nên sử dụng đúc liên tục b Rỗ khí Trong điều kiện nấu chảy thông thờng, kim loại lỏng có khả hòa tan lợng khí đáng kể sau kết tinh độ hòa tan khí kim loại rắn giảm đột ngột, khí thoát không kịp bị mắc kẹt tạo nên túi rỗng nhỏ đợc gọi rỗ khí hay bọt khí So với rỗ co rỗ khí thờng làm giảm mạnh mật độ tính mạnh có kích thớc lớn Khi rỗ khí đợc phân bố dới lớp vỏ thỏi thép nguy hiểm dễ bị oxy hóa nên biến dạng nóng hàn kín đợc gây tróc vỏ nứt sử dụng Ta khắc phục cách khử khí tốt rót khuôn, sấy khô khuôn cát đúc chân không c Thiên tích Là không đồng thành phần tổ chức sản phẩm đúc, xảy hợp kim mà kim loại tích tụ tạp chất Sự không đồng dẫn đến khác tính chất nh độ bền, khả gia công áp lực, sử dụng hiệu Có nhiều dạng thiên tích: theo trọng lợng, thân hạt P, S thép d ứng suất đúc Khi làm nguội vật đúc ứng suất đợc sinh nguyên nhân sau đây: - Khi đúc vật đúc đợc làm nguội không đồng đều, phần mỏng lớp bề mặt tiếp xúc với thành khuôn đợc nguội nhanh so với phần dày lớp bên - Do đợc làm nguội không chuyển pha vật liệu không xảy đồng thời nh toàn vật đúc - Đối với vật đúc có hình dạng phức tạp trình co vật liệu bị khuôn cản trở Cổng phụ khu a đhcnhn Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu Các ứng suất sinh thời tồn lâu dài sau vật đúc nguội hoàn toàn gọi ứng suất d ứng suất có lợi (ví dụ ứng suất kéo đông đặc) nhng vợt qua giá trị cho phép vật liệu chúng gây nên cong vênh làm nứt vật đúc Đối với nhiều vật liệu ứng suất d kéo nguy hiểm, chúng kết hợp với ngoại lực thúc đẩy phát triển vết nứt gây nên phá hủy vật liệu Để hạn chế ứng suất hình dáng chi tiết phải đợc thiết kế hợp lý, đúc cần rỡ vật đúc sớm khỏi khuôn Các chi tiết có hình dạng dễ cong vênh nguội cần tạo thêm gân trợ lực, làm tăng độ cứng vững chi tiết đúc Sau đúc phải ủ để khử ứng suất d Câu4: Bản chất giai đoạn biến dạng? 2.1.1 Các giai đoạn biến dạng Cơ tính vật liệu đợc xác định phơng pháp thử (kiểm tra) khác tùy theo chất tải (chủng loại, tốc độ, độ lớn) môi trờng thải (nhiệt độ, thời gian, hoạt tính) Đơn giản thông dụng phơng pháp thử kéo Trong mẫu thử chịu lực kéo chiều trùng với trục mẫu, tăng dần mẫu đứt Kết thử đợc ghi giản đồ kéo biểu thị quan hệ lực kéo độ dãn dài phân biệt ba giai đoạn sau - Biến dạng thuận nghịch, sau bỏ tải sau thời gian xác định (vi dụ biến dạng đàn hồi, biến dạng đàn hồi trễ) - Biến dạng không thuận nghịch, giữ lại bỏ tải (ví dụ biến dạng dẻo, nhớt ) - Phá hủy vật liệu tách đứt vỡ giai đoạn xuất sau biến dạng không thuận nghịch (phá hủy dẻo) ch phụ thuộc vào cấu trúc vật liệu điều kiện thử a Biến dạng thuận nghịch Không có vòng trễ chu kỳ đặt tải- bỏ tải trờng hợp đàn hồi lý tởng, có tuyến tính (đa số kim loại, hợp kim) phi tuyến (cao su, polymer, xơng động vật) Sự xuất vòng trễ chứng tỏ biến dạng kèm theo lợng Đó tợng đàn hồi trễ, liên quan đến thành phần phụ thuộc thời gian biến dạng, không đáng kể kim loại, nhng quan trọng cho polymer nhiệt độ trung bình Biến dạng đàn hồi xảy tất vật liệu, thờng không vợt qúa 1% vật liệu tinh thể xếp chặt, nhng lớn nhiều polyme có cấu trúc định hình bán tinh thể Biến dạng thuận nghịch đặc biệt quan trọng công nghiệp chế tạo máy dụng cụ đo nơi mà phần tử đàn hồi (lò xo, giảm xóc) không đ ợc phép có biến dạng d chịu tải tức thời nh tải lâu dài b Biến dạng không thuận nghịch - Có thể biến dạng dẻo vật liệu tinh thể (kim loại hợp kim) chảy nhớt vật liệu phi tinh thể (gốm, thủy tinh, polymer nhiệt độ cao Cổng phụ khu a đhcnhn Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu ) Hai hình thức biến dạng tạo biến dạng d nhng khác chế thời điểm bắt đầu - Biến dạng dẻo bắt đầu ứng suất lớn giới hạn chảy C đợc thực nhờ chuyển động khuyết tật mạng tinh thể (lệch, khuyết tật điểm ) - Chảy nhớt xảy C = nhờ chuyển động phân tử nhóm phân tử Nắm đợc biến dạng không thuận nghịch giúp ích cho công nghệ tạo hình nh: Đúc, Cán, Rèn (vật liệu kim loại) ép, Dập, Đúc (vật liệu polymer) Thổi, Uốn (vật liệu thủy tinh) nh thiết kế chi tiết có độ bền kết cấu cao nhờ độ dẻo vật liệu c Phá hủy Là tách đứt vật thể liên kết nguyên tử (ion, phân tử) bị phá vỡ, xảy ứng suất đạt tới giới hạn bền kéo k - Phá hủy giòn không kèm theo biến dạng d đáng kể ( < 1% nên b e) Ví dụ: vật liệu gốm có nhiệt độ nóng chảy cao - Phá hủy dẻo xảy b >> e, tức sau vật liệu có biến dạng dẻo nhiều (>>1%) nh số kim loại Các dạng phá hủy trải qua hai giai đoạn: Tạo vết nứt phát triển vết nứt Tính giòn tính dẻo tính chất vật liệu, chúng qui định chủ yếu điều kiện tải, vật liệu khí chủ yếu làm việc vùng đàn hồi nên sử dụng vật liệu dẻo cần đề phòng chúng bị biến dạng dẻo phá hủy tải trọng tĩnh Ngợc lại phá hủy giòn cần thiết kỹ thuật nghiền đập 2.1.2 Biến dạng đàn hồi a Định luật Hooke Khi chịu tải, vật liệu sinh phản lực cân với ngoại lực, hình thành nên ứng suất phản lực tính đơn vị diện tích Luc lien ket F b) c) Day a) (r) 2dr Hut Khoang cach r ro d) Hình 2.2 Biến dạng đàn hồi do: Cổng phụ khu a đhcnhn Hình2.3 Lực liên kết hai nguyên Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu a) ứng suất kéo; b) ứng suất nén c) ứng suất tiếp; d) ép ba chiều tử lân cận ứng suất vuông góc với mặt chịu lực gọi ứng suất pháp , gây biến dạng ứng suất tiếp sinh xê dịch mặt chịu lực ứng suất ba chiều (áp lực P) làm biến đổi thể tích V/V Biến dạng đàn hồi ứng suất pháp ứng suất tiếp sinh Đó biến dạng bị bỏ tải, tuyến tính vòng trễ Đối với nhiều vật liệu quan hệ tuyến tính ứng suất biến dạng đàn hồi đợc mô tả định luật Hooke, phơng trình sở lý thuyết đàn hồi = E. (áp dụng cho kéo, nén) (2.1) = G. (áp dụng cho xê dịch) P = -K.V/V (áp dụng cho ép ba chiều) Trong đó: E: môđun đàn hồi G: môđun xê dịch K: môđun ép Các môđun liên hệ với qua số Poisson (tỷ số độ co chiều ngang độ giãn chiều dài) nh sau: K = E/[ ( 1- 2à) ] G = E/[ (1 + à) ] Đối với đa số vật liệu 0,3 nên E 2,6G Đối với phơng trình đợc dùng để tính thiết kế chi tiết máy cho vật liệu đẳng hớng giả đẳng hớng có cấu trúc vô định hình Đối với vật liệu dị hớng nh đơn tinh thể, đa tinh thể có tổ chức textual (định hớng u tiên hạt, biên hạt, pha thứ hai ) chất dẻo có mạch phân tử định hớng tạo tạo phơng biến dạng thuận lợi bất lợi cho số đàn hồi phụ thuộc vào phơng tinh thể Ví dụ: Môđun đàn hồi E đơn tinh thể - Fe phơng [ 100 ], [ 110 ], [ 111 ] lần lợt 135, 210 290 MPa, đa tinh thể 210.103MPa Biến dạng đàn hồi dựa xê dịch nguyên tử khỏi vị trí cân b Đàn hồi phi tuyến Biến dạng thuận nghịch không tuân theo định luật Hooke đàn hồi phi tuyến hay đàn hồi kiểu cao su Biến dạng thờng gặp cao su tự nhiên, vật liệu phi kim định hình tinh thể cục bộ, vật liệu kim loại (gang xám).Đờng cong biến dạng cho thấy quy luật tuyến tính với biến dạng nhỏ, lại phi tuyến, tức môđun đàn hồi E không số mạng mà phụ thuộc vào ứng suất biến dạng;: = E () (2.2) Cổng phụ khu a đhcnhn Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu Ngoài E nhỏ, lớn (>>1% tới 100%) Biến dạng đàn hồi loại vật liệu dựa vào thay đổi hình dáng mạch phân tử trạng thái không tải, vật liệu có cấu trúc vô định hình bao gồm mạch phân tử bị uốn cong đan móc vào tạo búi lới phân tử Khi chịu kéo, mạch phân tử đợc duỗi thẳng song song với phơng ngoại lực mà liên kết với điểm nút ô lới búi Có thể xảy kết tinh cục Biến dạng đàn hồi độ giãn dài tổng cộng phơng tải trọng c Đàn hồi trễ Biến dạng thuận nghịch đợc miêu tả nh không phụ thuộc vào thời gian tức biến dạng tức thời xuất đặt tải, không biến đổi suốt thời gian chịu tải sau bỏ tải Trong nhiều vật liệu thực tế có chênh lệch pha ứng suất biến dạng, tức biến dạng đàn hồi tiếp tục tải đạt đến cực đại cần thời gian kể từ lúc bỏ tải để biến dang trở không Bản chất biến dạng đàn hồi trễ gắn liền với trình vi mô khác nh khuếch tán khuyết tật điểm, dao động đoạn lệch bị chốt hai đầu, chảy mặt phân cách (biên hạt, biên giới pha), chuyển pha tạo biến dạng thuận nghịch Trong kỹ thuật, vật liệu có khả tắt dao động nhờ tính đàn hồi trễ thờng gặp cao su, gang, số hợp kim sắt từ Các tác động tính đàn hồi trễ cần đợc đặc biệt lu ý nơi phải đảm bảo độ xác cao lực đàn hồi kích thớc phần tử đàn hồi chịu tải tức thời lâu dài 2.2 Biến dạng dẻo(NOTE) Biến dạng dẻo biến dạng d, bắt đầu ngoại lực đạt giá trị tới hạngiới hạn chảy c (lúc định luật Hooke hiệu lực) không bị bỏ tải Biến dạng d có đợc dịch chuyển nguyên tử, nhờ phá vỡ liên kết ban đầu lặp lại liên kết với lân cận mới, để bỏ tải nguyên tử không trở vị trí xuất phát mà cấu trúc vật liệu đợc bảo toàn Trong tinh thể lý tởng chế dịch chuyển chuyển dời tập thể đồng thời nguyên tử, song có nhiều điều cha đợc sáng tỏ Đối với tinh thể thực đợc thực trợt, song pha chuyển pha mactenxtit liên quan đến chuyển động khuyết tật mạng Để mô tả đặc tính biến dạng vật liệu thông dụng kỹ thuật cần thiết phải tìm hiểu đặc điểm biến dạng dẻo đơn tinh thể tính chất hạt chứa nh vùng liên kết Câu5: Cách xác định độ dai phá hủy? Cổng phụ khu a đhcnhn Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu 2.4.1 Vật liệu vô a Đặc điểm biến dạng - nhiệt độ thấp vật liệu gốm, thủy tinh biến dạng đàn hồivà kết thúc phá hủy giòn Đặc trng biến dạng môđun E, G, giới hạn bền b Nếu vật liệu chứa lỗ trống môđun giảm tùy thuộc vào số lợng lỗ trống Loại trừ MgO đơn tinh thể nhiệt độ phòng, chịu nén, trớc lúc phá hủy biến dạng dẻo đợc vài phần trăm Lý mà MgO có đợc vài hệ trợt hoạt động, nếu chịu tải kéo đan tinh thể bị phá hủy giòn nh vật liệu gốm khác.Mặc dù có cấu trúc tinh thể nh kim loại, xếp chặt với mặt phơng tinh thể xếp chặt, chứa lệch nguồn lệch, nhng hệ trợt hoạt động đợc, liên kết ion làm cho ion tích điện dấu phải xê dịch gần lệch trợt, nhng lực đẩy tĩnh điện cản trở xê dịch Tính giòn cản trở biến dạng dẻo cục nhằm giảm bớt tập trung ứng suất nơi có vết nứt -Thủy tinh trật tự xa nên hệ trợt lệch mạng nhiệt độ thấp nhiệt độ thủy tinh hóa Tg đặc tính biến dạng giống nh gốm, nghĩa có biến dạng đàn hồi làm biến dạng lới ion tức thời sau hình dạng ban đầu đợc khôi phục lại bỏ tải Sự tăng giảm môđun đàn hồi E phụ thuộc vào thành phần thể loại ion, tốc độ phục hồi hình dạng phụ thuộc vào ứng suất tác dụng nhiệt độ - nhiệt độ cao vật liệu gốm bị biến dạng dẻo nhờ chuyển động hoạt nhiệt lệch, nhờ có thêm mặt trợt mới, nhờ lệch leo, Vì lệch linh động gốm có liên kết ion nhiều gốm có liên kết đồng hóa trị u tiên chọn loại sau cho chi tiết chịu tải nhiệt độ cao Thủy tinh có nhiệt độ T Tg hóa mềm chuyển sang trạng thái nhiệt dẻo, tính biến dạng phụ thuộc vào tốc độ biến dạng, chảy nhớt tốc độ thấp giòn tốc độ cao Sự hóa mềm thủy tinh hạn chế sử dụng chúng nhịêt độ đó, song lại tạo điều kiện thuận lợi để gia công tạo hình mà loại gốm không làm đợc b Đặc điểm phá hủy Vật liệu gốm không dẻo nên phá hủy giòn Độ bền phá hủy thực hịên mẫu thử kéo, thử nén cho thấy lần lợt bk 10-2lt (mẫu thờng, thử kéo), bn 10-1lt (mẫu thờng thử nén) Sự khác biệt cho thấy vết nứt đóng vai trò chính, thử kéo mở rộng thử nén hàn kín vết nứt sẵn có nhiệt độ thấp nứt phá hủy xảy bên hạt, nhiệt độ cao phá hủy theo biên hạt, có tác động ăn mòn đến vết nứt bề mặt, phá hủy xảy chậm theo thời gian Cổng phụ khu a đhcnhn Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu Thủy tinh phá hủy giống nh gốm Thủy tinh vô định hình phá hủy giòn nhiệt độ T< Tg Do đợc hình thành từ thể lỏng, thủy tinh lỗ trống bên nhiều nh gốm, trạng thái bề mặt (vết nứt, khía, ghồ ghề) định đến độ bền phá hủy ảnh hởng cuả ăn mòn giống nh gốm Khi nhiệt độ T>Tg nhờ chảy nhớt mà thủy tinh phá hủy dẻo c Khả cải thiện tính Không có cách làm tăng đợc khả biến dạng dẻo vật liệu vô Biện pháp tốt tăng khả chống phá huỷ nhờ giảm số lợng kích thớc vết nứt, lỗ trống bên bề mặt vật liệu Bên cần tạo vật liệu lỗ trống, hạt nhỏ mịn tổ chức đơn pha Bên cần tạo trạng thái ứng suất nén lớp bề mặt Dới nêu vài phơng pháp xử lý bề mặt thờng gặp nhất: - Phủ lớp bề mặt thích hợp lên gốm nhiệt độ cao - Làm cứng hóa học cho thủy tinh cách nhúng vật cần bảo vệ vào dung dịch muối - Làm cứng nhiệt áp dụng cho thủy tinh gốm phơng pháp - Làm cứng chuyển pha mactenxit hạt ZrO2 - Làm giảm nguy lan rộng vết nứt, tăng KIC nhờ dùng hạt ZrO2 hấp thụ lợng tích gần vết nứt để tự chuyển pha 2.4.2 Vật liệu chất dẻo a Đặc điểm biến dạng Do cấu trúc phức tạp quán nên trình biến dạng chất dẻo phức tạp Đặc điểm biến dạng chất dẻo nằm hai trạng thái giới hạn: vật rắn giòn chất lỏng nhớt, xảy trình tơng tự nh vật liệu kim loại tạo dải xê dịch, chuyển pha mactenxit, hồi phục kết tinh lại Đờng cong ứng suất biến dạng thờng có ba dạng ( hình vẽ 3.14a) Hình 2.14 Đờng cong ứng suất biến dạng chất dẻo a) Các dạng đờng cong thử kéo; b) ảnh hởng nhiệt độ tốc độ thử kéo Cổng phụ khu a đhcnhn 10 911 xử lý vật liệu A cm Cửa hàng photo ngân sơn G Ac +Fe3CII M T P R F+P 200 (Fe) [+Fe3C] Peclit, P 600 Ac1 S P+Fe3CII Q a 0,8 2,14 - Xác định nhiệtđộ Ac3 Giả sử thép cacbon có hàm lợng a%C (a< 0,8%) Khi giản đồ hợp kim Fe C ta coi đờng Ac3 (GS) Acm (ES) đờng thẳng: Ta có Ac3 = OT + RM = 727 + RM: Xác định RM: Trên hinh vẽ ta thấy hai hai tam giác RSM TSG Nên RM RS IGxRS = RM = IG TS TS mà IG = (911 727); RS = TS TR = (0,8 a) (911 727) x(0,8 a ) 0,8 (911 727) x (0,8 a ) Do vậy: Ac3 = 727 + 0,8 RM = Tơng tự nh ta tính đợc Acm nh cách d Các môi trờng thờng dùng * Nớc Nớc môi trờng đơn giản đợc sử dụng rộng rãi thờng dùng để thép cacbon hay thép hợp kim thấp, nớc môi trờng mạnh (với tốc độ nguội lớn) đảm bảo độ cứng cao nhng dễ gây nứt, biến dạng Dùng nớc an toàn không gây cháy bốc mùi khó chịu, nhiên nớc bể bị nóng lên làm giảm mạnh tốc độ nguội nhiệt độ cao nên giảm mạnh khả cứng mà không làm giảm khả Cổng phụ khu a đhcnhn 19 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu biến dạng nứt phải ý giữ cho nớc bể lạnh cách cấp nớc lạnh vào thả lớp nớc nóng bề mặt * Dung dịch muối ăn (NaCl) hay xút (NaOH) nớc Nếu nớc có ion dễ điện ly, dẫn nhiệt tốt làm tăng tốc độ nguội thép khoảng 650 ữ 550 0C mà không làm tăng tốc độ nguội khoảng chuyển biến mactenxit dung dịch nớc pha muối ăn (NaCl), Xút (NaOH) môi trờng mạnh nớc, khả cứng dung dịch tăng lên song không tăng khả gây nứt, sau bề mặt chi tiết * Dầu Dầu môi trơng thông dụng, tốc độ làm nguội vùng 500 ữ 600 C lớn tốc độ làm nguội vùng 300 ữ 200 0C khoảng ữ lần Tuy tốc độ nguội dầu nhỏ nớc nhiều nên dầu đợc dùng chủ yếu để loại thép có austenit ổn định Cơ chế làm nguội dầu giống làm nguội nớc, khác nhiệt độ chuyển từ giai đoạn sang giai đoạn khác Do khả làm nguội nhỏ nên dầu dùng để thép hợp kim môi trờng thứ hai hai môi trờng Khi phân cấp hay đẳng nhiệt, dùng môi trờng dầu máy (150 ữ 250 0C) e Tốc độ tới hạn độ thấm * Tốc độ tới hạn Là tốc độ nguội nhỏ cần thiết để austenit chuyển biến thành mactenxit, tốc độ tới hạn thép nhỏ dễ tức không cần làm nguội nhanh đạt đợc tổ chức mactenxit, Việc làm nguội chậm đạt đợc tổ chức mactenxit có lợi vừa có khả đạt đợc độ cứng cao đồng thời biến dạng nhỏ không bị nứt Có thể xác định gần giá trị tốc độ theo công thức sau: Vth = (A1 Tm0)/m (0C/s) Trong đó: A1 Nhiệt độ tới hạn thép, 0C Tm0, m: Nhiệt độ thời gian ứng với austenit ổn định nhất, 0C, s Cổng phụ khu a đhcnhn 20 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu Hình 3.4 Biểu đồ xác định nhiệt độ tới hạn * Độ thấm Độ thấm chiều dày lớp kim loại đợc cứng có tổ chức mactenxit hay có tổ chức mactenxit + trustit f Các phơng pháp * Tôi môi trờng Sau nung nóng thép đến nhiệt độ tôi, giữ nhiệt thời gian cần thiết làm nguội môi trờng (nớc, dầu,.) với tốc độ đủ nhanh đến nhiệt độ định để austenit chuyển biến thành mactenxit Đây phơng pháp phổ biến đơn giản, dễ khí hóa Chọn nhiệt độ cho thép có ý nghĩa quan trọng ảnh hởng đến chất lợng thép Nhợc điểm phơng pháp tạo ứng suất lớn, làm nguội nớc Thông thờng thép cacbon thờng đợc môi trờng nớc dung dịch NaOH hay NaCl Thép hợp kim đợc làm nguội dầu * Tôi hai môi trờng Sau nung nóng thép đến nhiệt độ tôi, giữ nhiệt thời gian cần thiết làm nguội lần lợt hai môi trờng Đầu tiên chi tiết đợc làm nguội môi trờng có tốc độ nguội nhanh thờng môi trờng nớc NaCl, đến khoảng 250 ữ 300 0C chuyển sang môi trờng có tốc nguội chậm thờng dầu, không khí nguội hẳn Tôi hai môi trờng giảm đợc ứng suất nên hạn chế đợc cong vênh, nứt phơng pháp để dụng cụ thép cacbon (nhất thép cacbon cao) Nhợc điểm phơng pháp khó xác định đợc thời gian chuyển từ môi trờng thứ sang môi trờng thứ hai Nếu chuyển sang môi trờng thứ hai sớm xảy chuyển biến trung gian làm độ cứng thấp không đạt yêu cầu Nếu chuyển sang môi trờng thứ hai muộn hạn chế tác dụng giảm ứng suất hai môi trờng gây biến dạng nứt Tôi hai môi trờng phụ thuộc vào tay nghề ngời thợ, khó khí hóa, thờng áp dụng cho sản xuất loạt nhỏ hay đơn * Tôi phân cấp - Khi phân cấp, chi tiết đợc làm nguội môi trờng có nhiệt độ cố định cao Mđ (Mđ nhiệt độ bắt đầu chuyển biến mactenxit) thép, giữ nhiệt khoảng thời gian định để nhiệt độ đồng toàn chi tiết, nhiên thời gian giữ chi tiết môi trờng không đợc dài dễ chuyển biến trung gian Dùng phơng pháp phân cấp khắc phục đợc nhợc điểm hai môi trờng Tôi phân cấp có u điểm lớn giảm đợc ứng suất nên gây biến dạng cong vênh Vì Cổng phụ khu a đhcnhn 21 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu phân cấp đợc dùng phổ biến cho dụng cụ có hình dạng phức tạp chi tiết yêu cầu biến dạng sau nhiệt luyện - Môi trờng làm nguội phân cấp muối nóng chảy cón nhiệt độ cao điểm Mđ sau chi tiết đợc giữ đẳng nhiệt thời gian định để đạt đợc nhiệt độ môi trờng muối nóng chảy, ngời ta nhấc làm nguội chậm không khí, chuyển biến mactenxit xảy làm nguội không khí - Ưu điểm phân cấp: + ứng suất bên thấp trình nguội đợc ngắt làm hai giai đoạn, chênh lệch lõi bề mặt ít, chuyển biến mactenxit xảy với tốc độ chậm + Có thể tiến hành nắn (sửa cong vênh) đồ gá đặc biệt làm nguội thép không khí từ nhiệt độ phân cấp lúc chi tiết dẻo cha hay bắt đầu chuyển bíên mactenxit - Nhợc điểm: Khó dùng cho chi tiết lớn môi trờng có nhiệt độ cao (300 ữ 500 0C) khả làm nguội chậm nên với chi tiết có tiết diện lớn khó đạt tới tốc độ nguội tới hạn - Phạm vi áp dụng: Dùng cho thép dụng cụ thép hợp kim với tính ổn định austenit lớn, có tiết diện bé * Tôi đẳng nhiệt Chi tiết sau đợc nung nóng giữ nhiệt đợc làm nguội môi trờng có nhiệt độ định với thời gian đủ lâu để austenit phân hóa hoàn toàn thành hỗn hợp F + Xe độ dai tốt Thờng giữ đẳng nhiệt 250 ữ 400 0C để đợc bainit nhiệt độ cao (500 ữ 600 0C) để đợc trustit Khi đẳng nhịêt thời gian giữ nhiệt nhiệt độ cố định phải đủ dài để hoàn thành chuyển biến sau làm nguội không khí Khác với phơng pháp trên, đẳng nhiệt nhận đợc sản phẩm chuyển biến trung gian chuyển biến peclit tùy thuộc vào nhiệt độ giữ đẳng nhiệt Sau không cần phải ram Tôi đẳng nhiệt áp dụng cho thép hợp kim có tính ổn định austenit có tiết diện nhỏ Do tạo thành tổ chức không tốt tổ chức hạt nên phạm vi áp dụng đẳng nhiệt bị hạn chế * Tôi tự ram Là phơng pháp mà toàn chi tiết đợc nung đến nhiệt độ sau giữ nhiệt nhúng phần làm việc vào môi trờng làm nguội thời gian ngắn định đủ để chuyển biến thành mactenxit, lõi phần lại nóng dừng làm nguội nhiệt độ phần lõi Cổng phụ khu a đhcnhn 22 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu nung nóng phần đợc cứng đợc ram Nh trình ram xảy tiếp sau trình Để xác định dùng phơng pháp đo dụng cụ mà phải dùng cách nhìn màu nhiệt độ 200 0C Khi bề mặt chi tiết có lớp màng ôxit với chiều dày khác Nếu biết đợc mối quan hệ màu sắc nhiệt độ hoàn toàn khống chế đợc nhiệt độ ram qua màu sắc biến đổi bề mặt chi tiết u điểm phơng pháp giảm đợc nứt trình ram xảy kịp thời, không tốn lò, nhiệt rút ngắn đợc trình chế tạo, không thời gian ram * Tôi phận Có hai cách phận - Nung nóng phận Là phơng pháp nung nóng phần cứng lên đến nhiệt độ sau đợc làm nguội bình thờng môi trờng thích hợp, phần đợc nung nóng đợc cứng, phần lại mềm, điển hình cho cách tôi đầu mút supap động - Nung nóng toàn bộ, làm nguội phận Nung nóng toàn chi tiết đến nhiệt độ nhng làm nguội môi trờng thích hợp phần cần cứng Cách làm nguội nhúng chi tiết vào môi trờng lỏng phần đầu chi tiết, phun chất lỏng (nớc, dầu) phần chi tiết Thông thờng cách thờng đợc tiến hành cách tự ram nên gọi tự ram * Gia công lạnh - Đối với nhiều thép hợp kim dụng cụ, thành phần cacbon hợp kim cao, điểm MK (MK nhiệt độ kết thúc chuyển biến mactenxit) hạ thấp xuống dới 0C làm nguội cách thông thờng thép mactenxit có lợng lớn austenit d nên làm giảm độ cứng thép gây không ổn định kích thớc, để tránh thiếu sót sau thờng đem thép làm lạnh đến nhịêt độ âm thiết bị lạnh (máy làm lạnh, nitơ lỏng) để austenit d chuyển biến thành mactenxit, phơng pháp đợc gọi gia công lạnh - Mục đích gia công lạnh làm tăng độ cứng thép dụng cụ hợp kim sau để tăng tính chống mài mòn, thờng áp dụng cho thép dụng cụ cắt, chi tiết thấm cacbon, vòng bi Ngoài làm tăng thể tích ổn định kích thớc dụng cụ đo, chi tiết xác, tăng từ tính nam châm vĩnh cửu - Khi gia công lạnh cần ý hai điểm sau: + Gia công lạnh phải đợc tiến hành sau tôi, để lâu nhiệt độ thờng làm ổn định hóa austenit, hiệu gia công lạnh Cổng phụ khu a đhcnhn 23 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu + Nhiệt độ gia công lạnh đợc xác định điểm MK chuyển biến mactenxit không xảy làm nguội thấp xuống MK * Tôi bề mặt Tôi bề mặt phơng pháp phận có lớp bề mặt chi tiết đợc cứng lõi không đợc nh sau có bề mặt có tổ chức mactenxit, lớp bên có tổ chức xoocbit peclit Chiều sâu lớp đợc phụ thuộc vào phân bố nhiệt nung Chiều sâu lớp đạt đợc cách sử dụng phơng pháp sau: - Tôi bề mặt lửa đèn ôxy Axêtilen Để nung nóng chi tiết cần ngời ta dùng lửa hỗn hợp khí ôxy axêtilen hỗn hợp ôxy với hỗn hợp khí khác Thiết bị nung bao gồm phận sinh khí mỏ đốt Để nung nóng dùng loại nhiên liệu sau: Khí tự nhiên, Axêtilen, khí lò cốc, hỗn hợp prôpan butan, dầu hỏa Hình 3.5 Sơ đồ nung lửa a) Tôi mặt phẳng; b) Tôi trục Khi mỏ đốt di chuyển dọc theo chi tiết cần nung với tốc độ xác định nung nóng lớp kim loại bề mặt đến nhiệt độ cao điểm tới hạn Đi sau mỏ đốt voi làm nguội, khoảng cách mỏ đốt vòi làm nguội có giá trị nên nhiệt truyền vào đến chiều sâu định Chiều sâu lớp chiều dày lớp kim loại đợc nung nóng đến nhiệt độ tới hạn AC1 (AC3) Tôi bề mặt lửa thực phơng pháp sau đây: + Tôi đồng thời: Dùng cho chi tiết nhỏ, mà công suất máy nung nóng toàn bề mặt cần lúc Tôi đồng thời gồm hai giai đoạn độc lập nung nóng làm nguội + Tôi liên tục: Dùng bề mặt nung lớn, công suất thiết bị không đủ để nung toàn bề mặt lúc nên phải nung nóng phần bề mặt cần Đặc điểm phơng pháp lửa oxy axêtilen Cổng phụ khu a đhcnhn 24 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu + Thiết bị đơn giản, tính động cao, di chuyển lắp đặt xởng khí, chi tiết lớn hay bé + Chất lợng khó đảm bảo, lửa oxy axêtilen có nhiệt độ cao bề mặt chi tiết dễ bị nhiệt, hạt lớn, gây ôxy hoá, không khống chế độ bề mặt bị chảy Chiều dày lớp dày khó điều chỉnh lớp theo ý muốn + Năng suất thấp thích hợp với sản xuất đơn Tôi bề mặt lửa thờng dùng cho chi tiết làm thép cacbon, gang hợp kim màu dùng - Tôi bề mặt nung chất điện phân Khi cho dòng điện chiều chạy qua dung dịch điện phân, catốt (chi tiết) tạo thành ion hyđrô, anốt tạo thành ion oxy Nếu điện áp đủ cao ( ví dụ khoảng 200 ữ 300 V) dòng điện qua lớp màng hyđrô tỏa nhiệt lợng đủ để nung chi tiết đến nhiệt độ Thực chất phơng pháp nung nóng chất điện phân dựa vào hiệu ứng catốt, tức điều kiện xác định điện phân catốt bị nung nóng mạnh Tốc độ nung chất điện phân phụ thuộc vào nồng độ thành phần nồng độ dung dịch điện phân, nhiệt độ dung dịch, điện áp mật độ dòng điện Trong chất điện phân thực phơng pháp nung nh nung đầu mút, nung phận, nung bề mặt nung liên tiếp Đối với chi tiết phức tạp nung chất điện phân đợc mật độ dòng điện cạnh sắc chỗ nhô lên cao gây chảy dụng cụ Đối với chi tiết hình trụ, bề mặt nung quay nhúng dung dịch điện phân phun dung dịch điện phân lên bề mặt cần nung Đến cha nghiên cứu đầy đủ ảnh hởng điện áp, mật độ dòng điện, nồng độ dung dịch điện phân đến chất lợng sản phẩm, nhiệt luyện nên hạn chế việc sử dụng phơng pháp vào sản xuất Ngoài phơng pháp nung chất điện phân có nhợc điểm không khống chế đợc nhiệt độ lớp bề mặt mà nhiệt độ thờng cao nên hay xảy nhiệt - Tôi mặt nung nóng phơng pháp tiếp xúc Dòng điện qua máy biến áp đợc dẫn đến bề mặt tiếp xúc cần nung chỗ tiếp xúc điện cực chi tiết cần nung có mật độ dòng điện lớn, lên đến hàng trăm ampe milimet vuông, nhờ mà chi tiết nhanh chóng đợc nung nóng lên đến nhiệt độ Nhiệt lợng sinh dòng điện chạy qua chi tiết đợc tính theo công thức sau: Q = 0,24.Rtx.I2.t Trong đó: + Rtx - Điện trở tiếp xúc, + I Cờng độ dòng điện, A + t Thời gian, phút Cổng phụ khu a đhcnhn 25 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu Điện cực thờng làm đồng, có điện trở nhỏ nên trình làm việc không bị nung nóng đáng kể, ngợc lại chi tiết thép có điện trở cao nên đợc nung nóng đến nhiệt độ Đặc điểm tiếp xúc so với phơng pháp bề mặt khác bề mặt chi tiết có lớp mỏng không đợc lớp không điện cực dẫn điện nhanh, lớp đợc phát phơng pháp kim tơng, sau nung chi tiết đợc làm nguội lớp bề mặt kịp nung nóng đến nhiệt độ nhờ có truyền nhiệt từ Nhợc điểm chủ yếu nung tiếp xúc suất thấp, bề mặt cần nung điện cực phải có áp lực tiếp xúc định nên tạo thành vết làm hỏng bề mặt chi tiết Ngợc lại nung, điện cực tách khỏi bề mặt chi tiết tạo thành hồ quang gây nhiệt cục Do có nhợc điểm nên phơng pháp tiếp xúc đợc sử dụng - Tôi cao tần Tôi cảm ứng phơng pháp bề mặt đợc sử dụng rộng rãi mhất có suất cao, dễ khí hóa, tự động hóa nên bố trí nguyên công nhiệt luyện dây truyền sản xuất khí Nguyên lý nung nóng dòng điện tần số cao Khi vật dẫn có dòng điện xoay chiều chạy qua xum quanh xuất từ trờng biến thiên.Nếu đặt từ trờng chi tiết kim loại biến thiên từ trờng sinh sức điện động cảm ứng, chi tiết kim loại có dòng điện có tần số Trong thực tế ngời ta dùng dòng điện với tần số cao (hàng chục vạn Hz) dòng điện cảm ứng có tần số cao nh Đặc tính bật dòng điện tần số cao có mật độ lớn bề mặt giảm mạnh phía lõi vật dẫn, nhờ có khả nung nóng nhanh bề mặt đến nhiệt độ Dòng điện cảm ứng dòng xoay chiều nên phân bố không tiết diện dây dẫn, tần số dòng điện cao dòng điện tập trung lớp bề mặt mỏng Ưu nhợc điểm phơng pháp tần số + Ưu điểm: Chất lợng sản phẩm cao, tốc độ nung nhanh, nhiệt độ chuyển biến peclit thành austenit cao nên hạt austenit nhỏ, tổ chức mactenxit sau nhỏ Nhờ tổ chức nh nên độ cứng, độ bền mà độ dẻo dai sau tần số cao sau bình thờng biến dạng: Do lớp đợc nhỏ so với toàn chi tiết nên biến dạng sau nhỏ Hầu nh không bị ôxy hóa thoát cacbon thời gian nung ngắn, lại thời gian giữ nhiệt Năng suất lao động cao, đặc biệt sản xuất hàng loạt loạt lớn Cổng phụ khu a đhcnhn 26 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu Dễ khí hóa tự động hóa nên khâu nhiệt luyện có thể bố trí dây truyền gia công + Nhợc điểm Thiết bị đắt tiền Không thích hợp cho sản xuất đơn Không đợc cho chi tiết có hình dạng phức tạp Khó đo kiểm tra nhiệt độ nh nhiệt độ nung Câu9: Các khuyết tật xảy tôi? Câu10 : Nêu đặc điểm, chất phơng pháp thấm cacbon, nitơ ? 3.2.5 Thấm cacbon a Khái niệm, mục đích * Khái niệm Thấm cacbon phơng pháp hóa nhiệt luyện làm bão hòa (thấm, khuếch tán) cacbon vào bề mặt thép cacbon thấp (thờng 0,1 ữ 0,25% C)để ram thấp làm bề mặt (với hàm lợng cacbon 0,8 ữ 1,2 %C) có độ cứng, độ bền cao, lõi (với hàm lợng cacbon thấp) dẻo, dai * Mục đích Làm cho bề mặt thép cứng tới 60 HRC, có tính chống mài mòn cao, chịu mỏi tốt lõi giữ đợc tính dẻo dai thép ban đầu đem thấm Do chi tiết đem thấm cacbon chi tiết chịu tải trọng va đập mà bề mặt chịu ma sát Để đạt đợc mục đích trên, lớp thấm cacbon lõi phải đạt đợc yêu cầu sau: - Hàm lợng cacbon phải đạt tới 0,8 ữ 1,2 %C, thấp giới hạn sau chi tiết không đủ độ cứng tính chống mài mòn Khi cao giới hạn lớp thấm bị dòn, tróc, làm giảm giới hạn bền mỏi chi tiết - Độ cứng lớp bề mặt sau thấm nhiệt luyện phải đạt đợc 58 ữ 60 HRC - Tổ chức tế vi lớp bề mặt lõi sau thấm, ram thấp phải đạt bề mặt mactenxit phần tử cacbit nhỏ mịn, phân bố đều, không cho phép cacbit tích tụ lớn dạng liên tục quanh biên giới hạt, lõi mactenxit ferit tổ chức trung gian khác - Hạt nhỏ, cấp ữ Độ bền mỏi chi tiết đạt đợc cao chiều dày lớp khuếch tán 10 ữ 15% chiều dày (đờng kính) tiết diện đợc hóa bền b Nhiệt độ thời gian thấm * Nhiệt độ Cổng phụ khu a đhcnhn 27 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu Nguyên tắc chọn nhiệt độ thấm cacbon phải cho thép trạng thái hoàn toàn austenit Vậy nhiệt độ thấm cacbon cao A C3 thép tức khoảng 900 ữ 950 0C, thấm nhiệt độ cao chóng đạt tới chiều sâu lớp qui định, có khuynh hớng chọn nhiệt độ cao tốt, song cao làm cho hạt austenit lớn làm thép giòn Vì tiến hành thấm cacbon giới hạn trongkhoảng quy định tùy thuộc vào chất hạt thép * Thời gian thấm Thời gian thấm phụ thuộc vào hai yếu tố sau: - Chiều dày lớp thấm yêu cầu đợc quy định điều kiện kỹ thuật thờng ba mức sau: 0,50 ữ 0,80, 0,90 ữ 1,20 1,50 ữ 1,80mm cho lớp thấm có chiều dày 0,10 ữ 0,15 đờng kính hay chiều dày tiết diện Chiều sâu lớp thấm yêu cầu lớn thời gian cần phải dài - Tốc độ thấm Đại lợng phụ thuộc vào môi trờng thấm nhiệt độ nhiệt độ, tốc độ thấm cacbon môi trờng lỏng cao sau đến khí thấp thể rắn c Các phơng pháp thấm cacbon * Thấm cacbon thể rắn Thấm cacbon thể rắn trình làm bão hòa vào lớp bề mặt chi tiết làm thép cacbon thấp (< 0,3%C) để làm tăng hàm lợng cacbon lớp bề mặt (tới 1,2%C) môi trờng chất thấm thể rắn - Chất thấm Chất thấm cacbon thể rắn hỗn hợp than gỗ với chất xúc tác số chất phụ khác Chất thấm phải thỏa mãn yêu cầu sau: + Có khả phân hủy mạnh để tạo thành cacbon hoạt tính + nhiệt độ thấm bị co thể tích có độ bền đủ lớn + Nhẹ, truyền nhiệt tốt, không chứa tạp chất có hại + Sử dụng đợc nhiều lần + Rẻ Nguồn cung cấp cacbon chủ yếu than gỗ, đợc nghiền thành hạt có kích thớc khoảng ữ 5mm, chiếm 85 ữ 90 % Chất xúc tác thờng dùng cacbonat bari (BaCO 3), cacbonat natri (Na2CO3), cacbonat kali (K2CO3) chiếm khoảng 10 ữ15% Ngoài chất phụ khác nh CaCO3, CaO có tác dụng chống dính kết Đôi cho thêm bột than cốc để tăng thêm độ bền chất thấm - Các trình xảy thấm cacbon nhiệt độ thấm, thép có tổ chức hoàn toàn austenit điều kiện thiếu ôxy, than gỗ chất thấm tác dụng với ôxy có hộp thấm theo phản ứng: Cổng phụ khu a đhcnhn 28 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu 2C + O2 = 2CO nhiệt độ cao (> 300 C) khí CO không ổn định nên tiếp xúc với bề mặt chi tiết phân hủy theo phản ứng: 2CO CO2 + Cht Cht + Fe Fe (C) Cht + 3Fe Fe3C Các muối cacbonat đóng vai trò quan trọng bị phân hóa nhiệt độ cao thành khí CO khí có lợi cho việc tạo cacbon nguyên tử hoạt tính (Cht) theo dãy phản ứng: BaCO3 + C BaO + 2CO Và 2CO CO2 + Cht Khi làm nguội thì: CO2 + BaO BaCO3 - Quá trình thấm Thấm bon gồm bớc sau: +Làm chi tiết khỏi dầu mỡ chất bẩn khác + Chuẩn bị chất thấm + Chuẩn bị hộp thấm + Xếp chi tiết vào hộp thấm Hình 3.6 Cách xếp chi tiết hộp thấm 1- Hộp thấm; Chất thấm; Chi tiết; Mẫu thử; Lớp đất sét Chi tiết cần thấm cacbon đợc đặt hộp, xung quanh phủ, xum quanh phủ chất thấm, hình dạng hộp thờng đợc làm giống hình dạng chi tiết để đảm bảo trình thấm đồng Nhiệt độ thấm cacbon thờng chọn vào khoảng 930 ữ 950 0C thời gian thấm phụ thuộc vào chiều dàylớp thấm, nhiên ta chọn thời gian thấm theo kinh nghiệm tra sổ tay tra cứu nhiệt luyện Nhiệt độ thấm cao, trình thấm nhanh nhng việc tăng nhiệt độ thấm bị giới hạn nhiệt độ thấm cao hạt austenit thô nên tính lớp thấm thấp - Ưu nhợc điểm Cổng phụ khu a đhcnhn 29 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu + Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, chất thấm dễ tìm, thao tác dễ, thích hợp cho sở sản xuất, áp dụng phù hợp cho sản xuất đơn hay sản xuất loạt nhỏ + Nhợc điểm: Chất lợng thấm không đều, thao tác nặng nhọc, tốn nhiều nhiệt, thời gian dài nên suất thấp, khó hóa, tự động hóa * Thấm cacbon thể khí Thấm cacbon thể khí phơng pháp thấm đại đợc sử dụng rộng rãi sản xuất Thấm cacbon thể khí thờng đợc tiến hành lò chuyên dùng, lò đẩy, lò múp liên tục Chất thấm chủ yếu là: Oxyt cacbon (CO), cacbon hyđrô bão hòa C nH2n+2, cacbua hyđrô không bão hòa CnH2n.Trong công nghiệp dùng khí khác để làm chất thấm cacbon nh khí tự nhiên, hỗn hợp khí nhiệt phân phân tích dầu mỏ Hoạt tính oxyt cacbon giảm nhiệt độ tăng, hoạt tính cacbua hyđrô ngợc lại, thực tế hay dùng hỗn hợp hai loại Các phản ứng xảy thấm cacbon thể khí: Đối với Oxyt cacbon: 2CC CO2 + Cht Đối với cacbua hyđrô bão hòa CnH2n+2 (mêtan CH4 , êtan C2H6) CnH2n+2 nCht + (n + 1)H2 Đối với cacbua hyđrô không bão hòa CnH2n (mêtylen CH2, êtylen C2H4) Những nguyên tử cacbon hoạt tính hấp thụ vào bề mặt khuếch tán vào sâu bên để tạo lớp thấm cacbon So với CO, hyđrôcacbon, đặc bịêt CH có tác dụng thấm cacbon mạnh nhiều theo phản ứng: CH4 2H2 + Cht Trong hyđrôcacbon loại bão hòa có tác dụng thấm tốt loại không bão hòa Hyđrôcacbon không bão hòa phân hóa tạo nên nhiều muội nên hạn chế sử dụng Thấm cacbon thể khí đợc tiến hành nhịêt độ 930 ữ 905 0C, thời gian giữ nhiệt nhiệt độ thấm phụ thuộc vào chiều sâu lớp thấm, nhng trình xảy nhanh thấm cacbon thể rắn Theo kinh nghiệm thấm cacbon thể rắn chọn 0,1mm/h thấm cacbon thể khí lấy 0,2mm/h Thấm cacbon thể khí có hàng loạt u điểm so với thấm cacbon thể rắn: - Thiết bị cho phép tăng nhanh trình sản xuất, tăng suất lao động - Rút ngắn đáng kể thời gian thấm Điều đạt đợc thấm cacbon thể khí chi tiết nhanh chóng đạt đợc đến nhiệt độ thấm điều kiện tiếp xúc chi tiết môi trờng thấm tốt Cổng phụ khu a đhcnhn 30 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu - Điều kiện lao động tốt hơn, dễ khí hóa tự động hóa sản xuất - Chất lợng tốt đảm bảo khống chế đợc nồng độ cacbon lớp bề mặt theo yêu cầu Từ yêu điểm cho thấy thấm cacbon thể khí đảm bảo tính kinh tế nhiều so với cacbon thể rắn * Thấm cacbon thể lỏng Thấm cacbon thể lỏng đợc thực lò muối nóng chảy Môi trờng thấm muối nóng chảy có chứa SiC NaCN Thành phần tối u muối sử dụng để thấm là: ( 80 ữ 82%) Na2CO3 + (10 ữ12%)NaCl + (6 ữ 8%)SiC nhiệt độ thấm 870 ữ 900 0C bể xảy phản ứng: 2Na2CO3 + SiC = Na2SiO3 + Na2O + 2CO + Cht Hay 3Na2CO3 + SiC = Na2SiO3 + Na2O + 4CO 2CO = CO2 + Cht Phơng pháp chủ yếu dùng cho chi tiết nhỏ Đặc điểm thấm cacbon thể lỏng trình xảy nhanh, nung nóng trực tiếp sau thấm Muối SiC cho vào sau hai loại muối đầu nóng chảy, sau khoảng ữ làm việc phải cho thêm vào ữ 3%SĩC để bù lại lợng hao hụt Cũng dùng hỗn hợp hai loại muối khác nh: ( ữ 8%)NaCN + 84%BaCl2 + ( 10%NaCl) Hai loại muối sau môi trờng nung NaCN nguồn tạo cacbon nitơ hoạt tính để thấm vào bề mặt chi tiết Nhiệt độ thấm cacbon thể lỏng 840 ữ 900 0C, thời gian giữ phụ thuộc vào chiều sâu lớp thấm Ưu điểm thấm cacbon thể lỏng bề mặt chi tiết sau thấm trực tiếp sạch, không cần làm học * Nhiệt luyện sau thấm Sự khuếch tán cacbon tạo nên phân bố cacbon hợp lý tiết diện, tạo điều kiện cho đạt đợc yêu cầu: bề mặt cứng (nhờ cacbon cao), lõi bền, dai (nhờ cacbon thấp) Vì sau thấm cacbon, thép bắt buộc phải qua + ram thấp hay nói khác trình thấm cacbon phải bao gồm hai nguyên công * Công dụng Thấm cacbon cho tính công dụng nh bề mặt: bề mặt cứng, lõi dẻo, dai, song mức độ cao đảm bảo tính chống mài mòn chịu tải tốt Thấm cacbon thờng đợc áp dụng cho chi tiết làm việc điều kiện nặng áp dụng cho chi tiết phức tạp 3.2.6 Thấm nitơ Cổng phụ khu a đhcnhn 31 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu a Định nghĩa, mục đích Thấm nitơ phơng pháp hóa nhiệt luyện làm bão hòa (thấm, khuếch tán) nitơ vào bề mặt thép, nhằm mục đích chủ yếu nâng cao độ cứng tính chống mài mòn Cũng nh thấm cacbon, thấm nitơ tạo nên lớp ứng suất nén d bề mặt, làm tăng giới hạn mỏi Ngoài thấm nitơ có bề mặt mờ, chống ăn mòn tốt môi trờng khí dùng làm trang sức b Tổ chức lớp thấm Độ cứng thấm nitơ chất tự nhiên nó, qua nhiệt luyện nh thấm cacbon Ngời ta thấm nitơ dòng khí amôniac (NH3) có nhiệt độ khoảng 480 ữ 650 0C lúc bị phân hóa mạnh theo phản ứng: 2NH3 3H2 + 2Nng.tử Hỡnh 3.7 Gin pha Fe - N Nitơ nguyên tử tạo thành có hoạt tính cao bị hấp thụ khuếch tán vào thép Cơ sở để xác định tổ chức lớp thấm nitơ vào thép giản đồ pha Fe N Lớp thấm giàu nitơ, tính từ vào có pha sau: - Dung dịch rắn mà chất (nền) pha xen kẽ Fe2N , - Dung dịch rắn mà chất (nền) pha xen kẽ Fe4N - Ferit nitơ (hay dung dịch rắn nitơ Fe Cổng phụ khu a đhcnhn 32 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu Nh lớp thấm gồm nitrit pha xen kẽ với độ cứng cao, phân tán, nhờ lớp thấm có độ cứng tính chống mài mòn cao c Đặc điểm thấm nitơ - Do phải tiến hành nhiệt độ thấp khuếch tán khó khăn nên thời gian dài mà lớp thấm mỏng - Sau thấm không tiến hành mài - Thép dùng để thấm thờng thép hợp kim chuyên dùng Nếu dùng thép cacbon lớp thấm có nitrit sắt, pha cứng nhng giòn nên thờng dùng thép hợp kim hóa Crôm, Molipđen nhôm nitrit chúng cứng giòn Trớc thấm nitơ thép đợc đem + ram trớc để định hình tính cho lõi, nhiệt độ ram phải cao nhiệt độ thấm nitơ để trình thấm không giảm độ bền lõi - Lớp thấm cứng độ cứng cao giữ đợc làm việc nhiệt độ 500 0C, độ cứng cao lớp thấm cacbon bị giảm mạnh nhiệt độ vợt 200 0C mactenxit bị phân hóa ram d Công dụng Thấm nitơ đợc áp dụng chủ yếu cho chi tiết cần độ cứng tính chống mài mòn cao, làm việc nhiệt độ 500 0C, song chịu tải không lớn nh số trục, bánh răng, sơmi máy bay, dụng cụ cắt, dụng cụ đo Cổng phụ khu a đhcnhn 33 [...]... sơn xử lý vật liệu - Đờng 1 cho các chất giòn phá hủy ngay sau biến dạng đàn hồi - Đờng 2 giống với vật liệu kim loại: có biến dạng đàn hồi, răng chảy và biến dạng dẻo trớc phá hủy, đúng cho các vật liệu dẻo - Đờng 3 đặc trng cho biến dạng đàn hồi kiểu cao su các elastome (biến dạng thuận nghịch lớn ở ứng suất nhỏ và phi tuyến) Các đặc trng biến dạng của chất dẻo tuy khác về trị số so với vật liệu. .. suất bên trong gây nên bởi gia công cắt, đúc, hàn, biến dạng dẻo - Làm đồng đều thành phần hóa học trên vật đúc bị thi n tích - Làm nhỏ hạt thép c Các phơng pháp ủ không có chuyển biến pha Cổng phụ khu a đhcnhn 14 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu Các phơng pháp ủ này có nhiệt độ ủ thấp hơn đờng Ac1 nên không có chuyển biến peclit austenit khi nung nóng do đó không làm biến đổi tổ chức của thép... tăng từ tính của nam châm vĩnh cửu - Khi gia công lạnh cần chú ý hai điểm sau: + Gia công lạnh phải đợc tiến hành ngay sau khi tôi, vì để lâu ở nhiệt độ thờng sẽ làm ổn định hóa austenit, hiệu quả gia công lạnh sẽ kém đi Cổng phụ khu a đhcnhn 23 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu + Nhiệt độ gia công lạnh đợc xác định điểm MK vì chuyển biến mactenxit không xảy ra khi làm nguội thấp xuống hơn MK *... công suất của máy có thể nung nóng toàn bộ bề mặt cần tôi cùng một lúc Tôi đồng thời gồm hai giai đoạn độc lập nhau là nung nóng và làm nguội + Tôi liên tục: Dùng khi bề mặt nung lớn, công suất thi t bị không đủ để nung toàn bộ bề mặt một lúc nên phải nung nóng từng phần của bề mặt cần tôi Đặc điểm của phơng pháp tôi ngọn lửa oxy axêtilen Cổng phụ khu a đhcnhn 24 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu. .. cao, đặc biệt trong sản xuất hàng loạt và từng loạt lớn Cổng phụ khu a đhcnhn 26 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu Dễ cơ khí hóa và tự động hóa nên khâu nhiệt luyện có thể có thể bố trí ngay trong dây truyền gia công cơ + Nhợc điểm Thi t bị đắt tiền Không thích hợp cho sản xuất đơn chiếc Không tôi đợc cho các chi tiết có hình dạng phức tạp Khó đo và kiểm tra nhiệt độ cũng nh nhiệt độ nung Câu9:... Cổng phụ khu a đhcnhn 12 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu Môđun đàn hồi của vật liệu vô định hình nhỏ hơn khoảng 20 ữ 30% môđun đàn hồi của hợp kim tinh thể do tỷ khối của trạng thái vô định hình nhỏ hơn trạng thái tinh thể Trong khi đó giới hạn chảy của chúng tơng đối cao có thể tới E/ (50ữ100) là do ứng suất xê dịch cần để trợt xảy rất lớn khi không có các khuyết tật thích hợpchuyển động Tuy... pháp này không làm thay đổi đáng kể Tg) - Sử dụng các chất bổ trợ và tăng cờng dạng sợi, tấm hoặc cầu bằng thủy tinh, cacbon, amiăng, thạch cao, compozit để tăng độ bền Có thể dùng bức xạ điện tử cực nhanh hoặc các phản ứng nhiệt hóa để tăng độ bền, chống mài mòn, tăng bền nhiệt cho một số loại chất dẻo 2.4.3 Vật liệu vô định hình Do không có cấu trúc tinh thể nên vật liệu vô định hình không chứa các... cũng dễ gây ra nứt, biến dạng Dùng nớc tôi rất an toàn không gây ra cháy và bốc mùi khó chịu, tuy nhiên khi nớc trong bể tôi bị nóng lên làm giảm mạnh tốc độ nguội ở nhiệt độ cao nên giảm mạnh khả năng tôi cứng mà không làm giảm khả năng Cổng phụ khu a đhcnhn 19 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu biến dạng và nứt vì vậy khi tôi phải chú ý luôn giữ cho nớc ở bể tôi lạnh bằng cách cấp nớc lạnh mới... Nhiệt lợng sinh ra do dòng điện chạy qua chi tiết có thể đợc tính theo công thức sau: Q = 0,24.Rtx.I2.t Trong đó: + Rtx - Điện trở tiếp xúc, + I Cờng độ dòng điện, A + t Thời gian, phút Cổng phụ khu a đhcnhn 25 Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu Điện cực thờng làm bằng đồng, có điện trở nhỏ nên trong quá trình làm việc không bị nung nóng đáng kể, ngợc lại chi tiết bằng thép có điện trở cao nên... B và Fe- Si B cho thấy đờng cong ứng suất biến dạng gần giống các vật liệu giòn, nghĩa là không có biến dạng dẻo đáng kể, không có hóa bền biến dạng và độ dãn dài khi phá hủy không vợt quá 1 ữ2% Có thể khi thử nén quá trình trợt đợc phân bố đồng đều hơn trong toàn thể tích và do đó biến dạng dẻo sẽ lớn hơn, song kỹ thuật thử không cho phép thực hiện với các mẫu mỏng Quá trình trợt đợc thực hiện ... xử lý vật liệu 2.4.1 Vật liệu vô a Đặc điểm biến dạng - nhiệt độ thấp vật liệu gốm, thủy tinh biến dạng đàn hồivà kết thúc phá hủy giòn Đặc trng biến dạng môđun E, G, giới hạn bền b Nếu vật liệu. .. Nắm đợc biến dạng không thuận nghịch giúp ích cho công nghệ tạo hình nh: Đúc, Cán, Rèn (vật liệu kim loại) ép, Dập, Đúc (vật liệu polymer) Thổi, Uốn (vật liệu thủy tinh) nh thi t kế chi tiết có... đúc - Đối với vật đúc có hình dạng phức tạp trình co vật liệu bị khuôn cản trở Cổng phụ khu a đhcnhn Cửa hàng photo ngân sơn xử lý vật liệu Các ứng suất sinh thời tồn lâu dài sau vật đúc nguội