Xác định thời gian giữ nhiệt khi luyện thép

Xác định thời gian giữ nhiệt nhiệt luyện thép Bất kỳ quy trình nhiệt luyện nào, dù đơn giản nhất, bao gồm giai đoạn: nung, giữ nhiệt, làm nguội Nung nhằm đưa chi tiết nhiệt luyện đạt tới nhiệt độ cần thiết để chuyển biến tổ chức xảy ra; giữ nhiệt nhằm để hoàn thành triệt để chuyển biến tổ chức cần thiết; làm nguội để đưa chi tiết nhiệt độ thường với tổ chức mong muốn Nung cần thực với tốc độ định để tránh làm cong vênh, nứt sản phẩm Làm nguội cần thực với tốc độ khống chế để mục đích tránh làm cong vênh, nứt sản phẩm, phải tạo tổ chức cần thiết, tuỳ theo mục đích nhiệt luyện cụ thể Đây giai đoạn quan trọng, cần xét kỹ nhiệt luyện, ta xét chuyên mục riêng Ở ta quan tâm đến thời gian giữ nhiệt, thông số cần đảm bảo tương đối xác, song nhà công nghệ nhiều chưa thống cách xác định Trong nêu cách xác định thời gian giữ nhiệt thép Đối với quy trình ủ hoàn toàn, thường hoá thép áp dụng cách tính Các cách tính toán Giả sử chi tiết nhiệt luyện nung đến đạt nhiệt độ cần thiết Khi thời gian giữ nhiệt (t) loại thép khác tính sau [1]: Thép cacbon, thép kết cấu hợp kim thấp: tgn = ¸ 15 phút Thép kết cấu hợp kim trung bình: tgn = 15 ¸ 25 phút Thép dụng cụ gia công nóng (thép hợp kim cao có hàm lượng bon » 0,3 – 0,5%): tgn = 20 - 30 phút Loại thép chứa chủ yếu loại cacbit hợp kim hoà tan austenit khoảng 10000C trở lên Thép dụng cụ hợp kim thấp, chứa hàm lượng cacbon cao (khoảng 1,0%C trở lên): phút < tgn = 0,5D < 60 phút Trong D kích thước chiều dày đặc trưng chi tiết nhiệt luyện, tính mm Nếu chi tiết có dạng hình trụ D đường kính Nếu chi tiết có dạng phức tạp coi D chiều dày lớn số chiều dày hình khối tạo thành Thép dụng cụ hợp kim cao, cacbon cao (thông thường có chứa Cr): 10 phút < tgn = (0,5 - 0,8)D < 60 phút Trong D kích thước chiều dày đặc trưng, tính Giá trị 0,5 dùng cho nhiệt độ chọn giới hạn trên, giá trị 0,8 dùng nhiệt độ nằm giới hạn Thép gió, nhiệt độ khoảng 1200 – 13000C : tgn = - 15 phút Sở dĩ số công thức có xuất đại lượng D- kích thước đặc trưng chi tiết thép C cao gia công nóng sau đúc dễ tồn dải cacbit; dải cacbit lớn kích thước gia công lớn Do đó, để khử chúng thời gian giữ nhiệt phải dài, tức thời gian giữ nhiệt phụ thuộc kích thước chi tiết Nếu thời gian giữ nhiệt ngắn lượng cacbit hoà tan vào austenit không đủ để tạo cho thép có tính chất cần thiết sau làm nguội (độ cứng, độ thấm tôi, tính cứng nóng,….) Nếu thời gian giữ nhiệt kéo dài hạt austenit trở lên thô to, thép bị giòn; ra, lấy độ cứng thứ để sử dụng giá trị độ cứng không đạt (bị thấp) austenit dư nhiều Ở phần xác định thời gian giữ nhiệt tgn với ước định rằng, chi tiết đạt nhiệt độ nung toàn tiết diện Điều chi tiết có kích thước nhỏ hay mỏng Những chi tiết gọi “mỏng” (theo quan hệ nhiệt, tức chênh lệch nhiệt độ bề mặt lõi chi tiết trình nung) Trong tính toán truyền nhiệt, tiêu Biô cho vật có giá trị không lớn 0,25 vật coi “mỏng” theo quan hệ nhiệt Chỉ tiêu Biô (Bi) tính sau: Bi = aS/l Trong a hệ số truyền nhiệt (toả nhiệt), tính W/m2K hay W/m2.độ; l hệ số dẫn nhiệt chi tiết, W/mK; S kích thước truyền nhiệt chi tiết, m Giá trị S lấy D/2 chi tiết hình trụ Nếu chi tiết dạng S ½ chiều dày nung hai phía, chiều dày nung phía Bây giờ, chi tiết “dày” theo quan hệ nhiệt, tức Bi > 0,25 sao? Ta biết, với chi tiết “dày” (Bi > 0,25) nhiệt độ bề mặt luôn chênh lệch so với lõi (hình 1) Trong đó, thời gian nung tính nhiệt độ bề mặt chi tiết đạt giá trị cần thiết Do thời gian giữ nhiệt trường hợp cần bổ sung thêm giai đoạn nhiệt độ đồng bề mặt lõi Thời gian giữ nhiệt tổng thể tgn phải bao gồm thành phần tgn1 tgn2: tgn = tgn1 + tgn2 Thành phần tgn2 cần thiết để chuyển biến xảy đầy đủ xác định phần Thành phần tgn1 thời gian đủ để nhiệt độ lõi bề mặt đồng đều, ta xác định [2] Bảng Hệ số hình dáng, kích thước KF hệ số nhiệt độ KT a- hệ số truyền nhiệt độ vật liệu (a = l/cr), tính m2/s; Skích thước truyền nhiệt, m; KF hệ số hình dáng, kích thước vật nung KT hệ số nhiệt độ, tính theo bảng DtC/DtD = (tBMC- tLC)/ (tBMD- tLD); tBMD, tBMC, tLD, tLC – tương ứng nhiệt độ bề mặt lõi ban đầu cuối giai đoạn giữ nhiệt Các đại lượng DtD DtC tương ứng chênh lệch nhiệt độ bề mặt lõi đầu cuối giai đoạn giữ nhiệt Biểu thức suy từ tiêu Fo toán truyền nhiệt, cho kết tính toán với độ xác cao Tuy nhiên, dễ thấy điều kiện sản xuất, việc xác định giá trị DtD khó khăn Trường hợp nhiệt luyện bình thường, thỏa mãn với giá trị DtC/DtD đủ nhỏ đó, ví dụ DtC/DtD = 0,1 ¸ 0,2 để tính toán mà không cần biết cụ thể giá trị chênh lệch nhiệt độ DtD lõi bề mặt đầu giai đoạn giữ nhiệt Một khó khăn khác xác định thời điểm nhiệt độ bề mặt chi tiết đạt giá trị cần nung để bắt đầu tính thời gian giữ nhiệt, khó Thông thường ta dễ dàng biết nhiệt độ môi trường lò đạt giá trị đặt trước mà Trong thực tế, ta xác định thời gian giữ nhiệt theo phương pháp kinh nghiệm trình bày mục Các cách tính mục lấy thời điểm lò đạt nhiệt làm điểm khởi đầu để xác định thời gian giữ nhiệt Vì khó khăn gặp phải tính toán nêu trên, thực tế người ta xác định thời gian giữ nhiệt sau: Cách thứ 1: Thời gian giữ nhiệt tính theo thời gian nung Nếu thời gian nung tn thời gian giữ nhiệt là: tgn = (0,20 ¸ 0,25) tn Cách thứ 2: Thời gian giữ nhiệt lấy theo kích thước chi tiết Nếu kích thước đặc trưng chi tiết D (mm) thì: tgn = D phút Cách thứ 3: Tính theo công thức: tgn = A + b.D (bảng 2) Chú ý cách tính chọn thời điểm bắt đầu lò nung đạt nhiệt độ lò làm việc chế độ nhiệt độ không đổi Ta biết rằng, mẻ xếp có khối lượng lớn nhiệt độ bề mặt chi tiết lâu đạt với mẻ có khối lượng nhỏ Do cách tính chịu sai số định Tuy nhiên, mẻ xếp sản xuất thường chọn gần giới hạn khối lượng cao cho phép, cho suất đạt tối đa Trên cách tính áp dụng cho mẻ xếp với khối lượng cách tính nên áp dụng điều kiện sản xuất Kết luận: Nếu nhiệt luyện chi tiết nhỏ “mỏng” (theo quan hệ nhiệt) với số lượng mẻ xếp lò nhỏ, áp dụng công thức nêu mục để tính thời gian giữ nhiệt Nếu chi tiết nung “dày”, song khối lượng mẻ xếp vào lò nhỏ điều kiện thí nghiệm nghiên cứu, lúc coi bề mặt chi tiết đạt nhiệt độ lò đạt nhiệt độ nung áp dụng cách tính mục