Thép và pp nhiệt luyện

A- Các điểm tới hạn thép Như thấy rõ từ giản đồ pha Fe - C (hình 3.18), khu vực thép có nhiều đường ứng với chuyển biến pha khác Để đơn giản hóa việc gọi tên chuyển biến pha người ta ký hiệu (đánh số) đường tương ứng chữ A (từ tiếng Pháp arrêt có nghĩa dừng, có chuyển biến pha nhiệt độ biến đổi chậm lại dừng hẳn) với số thứ tự 0, 1, 2, 3, 4, cm, chúng gọi điểm (hay nhiệt độ) tới hạn Các điểm tới hạn thường dùng gồm: A1 - đường PSK (727oC) ứng với chuyển biến austenit ←→ peclit, có loại thép A3 - đường GS (911 - 727oC) ứng với bắt đầu tiết ferit khỏi austenit làm nguội hay kết thúc hòa tan ferit vào austenit nung nóng, có thép trước tích Acm - đường ES (1147 - 727oC) ứng với bắt đầu tiết xêmentit khỏi austenit làm nguội hay kết thúc hòa tan xêmentit vào austenit nung nóng, có thép sau tích [Các điểm tới hạn khác A0 (210oC) - điểm Curi xêmentit, A2 (768oC) - điểm Curi ferit, A4 - đường JN (1499 - 1392oC) ứng với chuyển biến γ ←→ δ] Có thể dễ dàng xác định (gần đúng) giá trị A3 Acm thép có thành phần cacbon khác theo giản đồ pha Fe - C cách gióng hay tính toán với quy ước đường tương ứng GS ES thẳng Tuy nhiên điểm tới hạn tìm với trạng thái cân (nung nóng hay làm nguội vô chậm), không phù hợp với trường hợp nung nóng, làm nguội thông thường nhanh Cũng giống tượng nguội (khi kết tinh), nung (khi nấu chảy) điểm tới hạn thấp xuống cao lên làm nguội nung nóng; tốc độ cao cách biệt lớn Để phân biệt điểm tới hạn cho hai trường hợp: nung nóng làm nguội, người ta thêm chữ c (chauffage) nung nóng, thêm chữ r (refroidissement) làm nguội Với thép có: Ac1 > A1 > Ar1; Ac3 > A3 > Ar3 , A tính theo giản đồ pha Ac cao phụ thuộc vào tốc độ nung, Ar thấp phụ thuộc vào tốc độ nguội, tốc độ cao sai khác mạnh B- Khái niệm nhiệt luyện thép a) Sơ lược nhiệt luyện thép + Định nghĩa: Là nung thép đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt thời gian thích hợp sau làm nguội với tốc độ xác định để nhận tổ chức có tính chất theo yêu cầu + Đặc điểm: Không làm nóng chảy biến dạng sản phẩm thép Kết đánh giá biến đổi tổ chức tế vi tính chất + Các yếu tố đặc trưng cho nhiệt luyên • • • Nhiệt độ nung nóng Thời gian giữ nhiệt Tốc độ làm nguội + Phân loại nhiệt luyện thép • • • Nhiệt luyện: Thường gặp nhất, có tác động nhiệt làm biến đổi tổ chức tính chất gồm nhiều phương pháp ủ, thường hoá, tôi, Ram Hóa nhiệt luyện: Nhiệt luyện có kèm theo thay đổi thành phần hoá học bề mặt nhiệt luyện để cải thiện tính chất vật liệu Thấm đơn đa nguyên tố: C, N Cơ nhiệt luyện: biến dạng dẻo thép sau ram để nhận tổ chức nhỏ mịn có tính tổng hợp cao thường xưởng cán nóng thép, luyện kim + Tác dụng nhiệt luyện sản xuất khí • • • Tăng độ cứng, tính chống mài mòn độ bền thép Cải thiện tính công nghệ: Phù hợp với gia công cần đủ mềm để dễ cắt, cần dẻo để dễ biến dạng… Nhiệt luyện nhà máy khí - Nặng nhọc, độc khí hoá, tự động hoá, chống nóng chống độc - Phải chuyên môn hoá cao đảm bảo chất lượng sản phẩm suất - Tiêu phí nhiều lượng phương án tiết kiệm lượng - Là khâu sau cùng, thường bỏ qua định tiến độ chung chất lượng, giá thành xí nghiệp 3.5.2 Các phương pháp nhiệt luyện Định nghĩa: Là phương pháp thuộc nhóm nhiệt luyện sơ bộ, tạo độ cứng, tổ chức thích hợp cho gia công (cắt, dập, nguội, nhiệt luyện ) 1, ủ thép: a Định nghĩa mục đích ĐN: Là phương pháp núng nóng thép đến nhiệt độ xác định (Từ 200 đến 1000 C), giữ nhiệt lâu làm nguội chậm lò để đạt tổ chức cân ổn định với độ cứng thấp độ dẻo cao b Mục đích • • • • • Làm mềm thép để tiến hành gia công cắt Tăng độ dẻo để dễ biến dạng (dập, cán, kéo…) nguôi Giảm hay làm ứng suất gây nên gia công cắt, đúc, hàn, biến dạng dẻo Làm đồng thành phần hoá học Làm nhỏ hạt thép c Phân loại ủ: nhóm: ủ chuyển pha ủ chuyển biến pha 2, Thường hoá thép: a Định nghĩa: nung nóng thép đến trạng thái, giữ nhiệt làm nguội không khí tĩnh độ cứng tương đối thấp (nhưng cao ủ chút) b, Mục đích lĩnh vực áp dụng: + đạt độ cứng thích hợp cho gia công + Làm nhỏ xêmentit chuẩn bị cho nhiệt luyện kết thúc thường áp dụng cho thép kết cấu trước + Thép đỡ giòn, gia công dễ 3, Tôi thép: Là nguyên công quan trọng nhiệt luyện a Định nghĩa + Định nghĩa: phương pháp nung thép lên cao nhiệt độ tới hạn giữ nhiệt làm nguội nhanh thích hợp để tạo thành tổ chức có độ cứng cao + Đặc trưng tôi: • • • Nhiệt độ Tốc độ làm nguội Tổ chức tạo thành cứng không ổn định b Mục đích • • Tăng độ cứng để chống mài mòn tốt nhất, dùng để làm để làm dụng cụ cắt, biến dạng nguôi Nâng cao độ bền sức chịu tải chi tiết máy 4, Ram thép: Ram thép nguyên công bắt buộc thép thành Mactenxit a Mục đích định nghĩa + Trạng thái thép thành mactenxit: cứng, giòn, dẻo, dai với ứng suất bên lớn Mục đích Ram: Giảm ứng suất, điều chỉnh tính phù hợp với điều kiện làm việc + Định nghĩa: nung nóng thép để Mactensit phân hoá thành tổ chức có tính phù hợp với điều kiện làm việc quy định b Các phương pháp ram thép cacbon + Ram thấp (150250oC) Tổ chức đạt Mactenxit ram có độ cứng cao, tính dẻo, dai tốt hơn, áp dụng cho dụng cụ chi tiết cần độ cứng tính chống mài mòn cao như: dao cắt, khuôn dập nguôi, bánh răng, chi tiết thấm cacbon, ổ lăn, trục, chốt + Ram trung bình (300450oC) Sau ram trung bình độ cứng giảm rõ rệt, cao, giới hạn đàn hồi max, áp dụng cho chi tiết máy, dụng cụ cần độ cứng tương đối cao độ đàn hồi lò xo, nhíp + Ram cao (500650oC) Tổ chức tạo thành có tính tổng hợp cao áp dụng cho chi tiết máy cần có giới hạn bền, đặc biệt giới hạn chảy độ giai va đập cao loại trục, bánh làm thép chứa 0.300.50%C, đạt độ bóng cao gia công Giới hạn phân chia nhiệt độ Ram tương đối phù hợp cho thép cacbon thời gian giữ nhiệt khoảng Ngoài ba phương pháp ram có loại ram như: Ram màu tự ram 3.5.3 Các khuyết tật xẩy nhiệt luyện thép a Biến dạng nứt: + Nguyên nhân, tác hại: ứng suất sinh nguội làm thép bị biến dạng, cong vênh, nứt Nói chung khó tránh khỏi phải tìm cách hạn chế + Ngăn ngừa: • Nung nóng đặc biệt làm nguội với tốc độ hợp lý • • Nung nóng làm nguội trục dài: nung treo thắng đứng để tránh cong vênh, làm nguội phải nhúng thắng đứng, phần dày xuống trước Nên dùng phân cấp, hạ nhiệt trước với vật mỏng phải khuôn ép + Khắc phục: biến dạng, cong vênh với số biến dạng chi tiết trục dài, đem nắn, ép nóng nguội, bị nứt không sửa b Ôxi hoá thoát cacbon + Nguyên nhân tác hại: môi trương nung có chứa chất ôxi hoá Fe, C, O2, CO2, nước- ôxi hoá thường kèm với thoát cacbon Tác hại ôxi hoá: Làm hụt kích thước, xấu bề mặt sản phẩm, thoát cacbon làm giảm độ cứng + Ngăn ngừa: • • • Khí bảo vệ: CO2/CO, H2O/H2, H2/CH4 < Pth gây ôxi hoá Khí trung tính: N, Ar Núng nóng chân không: 10-2 10-4 at có khả chống ôxi hoá thoát cacbon cách tuyệt đối cho thép hợp kim + Khắc phục: Phải để đủ lượng dư để hớt bỏ đem thấm cacbon c Độ cứng không đạt: + Độ cứng cao: Sau ủ thường hoá thép hợp kim tốc độ nguội lớn ủ lại + Độ cứng thấp: Nhiệt độ chưa đủ cao, thời gian giữ nhiệt ngắn, làm nguội không đủ nhanh theo yêu cầu đề để tạo nên Mactensit d Tính giòn cao: Sau tôi, độ cứng thép bình thường mà thép lại giòn ( rơi vỡ ), Nguyên nhân nhiệt độ cao (gọi nhiệt), hạt thép bị lớn Khắc phục: Thường hoá lại, tăng biến dạng 3.5.4 Hoá nhiệt luyện Định nghĩa: Là đưa chi tiết vào môi trường thấm có thành phần, nhiệt độ thích hợp thời gian đủ để nguyên tố thấm sâu vào chi tiết sau đem nhiệt luyện để cải thiện tính chất lớp bề mặt Nguyên lý chung: Môi trường thấm: môi trường chứa nhiều nguyên tố cần thấm có khả phản ứng để cố định nguyên tố thấm lên bề mặt chi tiết khuyếch tán vào sâu phía bên Thấm C: Môi trường khí phân huỷ từ dầu hoả, Thấm N: Khí NH3… Mục đích chính: Nâng cao độ cứng, tính chống mài mòn độ mỏi thép bề mặt thấm C, thấm N, thấm C-N…được ứng dụng rộng rãi sản xuất khí Nâng cao tính chống ăn mòn: thấm Cr, thấm Al, Si, B Các trình thấm phải tiến hành nhiệt độ cao thời gian dài hơn, thông dụng c Các giai đoạn: • • • Khuyếch tán thể khí: trình khuyếch tán chất thấm đến bề mặt chi tiết Phản ứng tạo nguyên tử hoạt tính cố định bề mặt: hấp phụ tạo nguyên tử hạt bề mặt phản ứng với để cố định chúng bề mặt (có thể hấp phụ phân ly phản ứng phân ly nguyên tử hoạt tính) Khuyếch tán thể rắn: nguyên tử chất thấm cố định bề mặt khuyếch tán sâu vào bên để tạo thành lớp thấm định Trong ba giai đoạn kể giai đoạn khuyếch tán thể rắn thường chậm khâu định hình thành lớp thấm