Đang tải... (xem toàn văn)
Đây là một tài liệu có tính chuyên ngành được biên soạn một cách cô động, dễ hiểu. Người đọc không phải người trong ngành vẫn có thể đọc và hiểu một cách nhanh chongq. đối với công nhân khi đọc tài liệu này có thể làm nhiệt luyện được. Tài liệu còn cung cấp bảng tra cứu các qui trình nhiệt luyện một số mác thép thường dùng như C45, 40Cr, 50Mn....
NHIỆT LUYỆN Nhiệt luyện gì? Nhiệt luyện phương pháp gia cơng dùng nhiệt để làm thay đổi tính chất kim loại hợp kim nhờ thay đổi cấu trúc bên mà khơng làm thay đổi hình dáng kích thước chi tiết Các yếu tố đặc trưng Bất kỳ phương pháp nhiệt luyện gồm ba giai đoạn: nung nóng, giữ nhiệt làm nguội vng oC tn Sơ đồ q trình nhiệt luyện Giữ nhiệt τgn tn : nhiệt độ cao mà q τgn : thời gian ngưng nh vng : sau giữ nhiệt Làm nguội Nung nóng Thời gian Các thuật ngữ, khái niệm dùng công nghệ nhiệt luyện: Acm - Nhiệt độ cân giới hạn khu vực xêmentit thứ hai ôstêntit Ac1 – Nhiệt độ bắt đầu tạo thành ostênit nung thép (PSK) Ac3 – Nhiệt độ kết thúc tạo thành ôstenit nung thép trước tích (thép có hàm lượng Cacbon < 0.83%)- đường GOS Acm – Nhiệt độ kết thúc hoà tan xêmantít thứ hai vào ôstenit nung thép tích (thép có hàm lượng Cacbon = 0.83%) sau tích (thép có hàm lượng Cacbon từ 0.83 1.7%) – đường SE Ar1 – Nhiệt độ kết thúc chuyển biến ôstênit sang feclit làm nguội thép Ar3 – Nhiệt độ bắt đầu chuyển biến ôstenít sang ferit làm nguội thép trước tích Arcm – Nhiệt độ bắt đầu tiết Xemantit thứ hai từ ôstenit làm nguội thép Giản đồ trạng thái sắt – cácbon (sắt – xêmentit): 1 D 1600 AH B L+a J a a+γ 1400 N L L+XeI L+ γ 1200 C E γ γ+XeII+(γ+Xe) F 1147 (γ+Xe)+XeI N h iệtđ ộ,° C 1000 G 800 M 700 aP A2 O S P+ a a+XeIII 600 a+γ 0.8 γ+XeII P+XeII 2.14 K A1 727 P+XeII+(P+Xe) (P+Xe)+XeI 4.3 Giản đồ trạng thái sắt - cácbon %C Trên giản đồ đường ABCD-gọi đường lỏng, đường AHJECF- đường đặc Các tổ chức pha (pha - thành phần tổ chức hợp kim, đồng tổ chức tính chất) Hợp kim lỏng L: hợp kim lỏng dung dòch lỏng cacbon sắt, tồn phía đường ABCD Xêmentit ( Xe hay Fe3C ) hợp chất hóa học sắt với cacbon - Fe 3C, ứng với đường thẳng đứng DFKL Trên giản đồ trạng thái cần phân biệt ba dạng xêmentit 2 Xêmentit thứ XeI loại kết tinh từ hợp kim lỏng, tạo thành hợp kim chứa nhiều 4.3%C khoản nhiệt độ 1600-1147 0C (theo đường DC) Do tạo pha lỏng nhiệt độ cao nên xêmentit có tổ chức thô to Xêmentit thứ hai XeII loại tiết từ dung dòch rắn ôstenit khoảng nhiệt độ 727-11470C theo đường ES độ hòa tan giới hạn cacbon pha giảm từ 2.14 xuống 0.8% XeII có hợp kim với C >0.8% Do tạo từ pha rắn có nhiệt độ không cao nên xêmentit thứ hai có tổ chức nhỏ Xêmentit thứ ba XeIII loại tiết từ dung dòch rắn ferit khoảng nhiệt độ thấp 7270C theo đường PQ độ hòa tan giới hạn cacbon ferit giảm tử 0.02 xuống 0.06% XeIII có hợp kim có C > 0.006% với lượng Xe III thường dạng mạng hay hạt nhỏ bên cạnh ferit Xêmentit cứng (khỏang 800HB) giòn, từ tính yếu từ tính nhiệt độ 210 0C - Ferit ( ký hiệu F hay α) ferit dung dòch rắn xen kẽ cacbon nguyên tố khác Feα có mạng lập phương thể tâm Trên giản đồ trạng thái ferit nằm khu vực GPQ Ferit dẻo dai, có nguyên tố khác (đặt biệt Si Mn ) hòa tan vào độ cứng tăng lên độ dẻo dai giảm đáng kể - stenit ( ký hiệu s hay γ) ôstenit dung dòch rắn xen kẽ cacbon nguyên tố khác Feγ có mạng lập phương thể tâm Trên giản đồ trạng thái ôstenit nằm khu vực NJESG nên không tồn nhiệt độ thường stenit dẻo dai có nguyên tố khác hòa tan vào độ cứng tăng lên độ dẻo dai giảm đáng kể stenit không tồn nhiệt độ thường tổ chức trung gian thiếu nhiệt luyện Các tổ chức hai pha: - Peclit (kí hiệu p[F + Xe]) hỗn hợp học tích ferit xêmentit tạo thành 2720C từ dung dòch ôstenit chứa 0.8%C Trong peclit có 88% ferit 12% xêmentit nên tính chất chúng tính chất trung gian, kết hợp tính dẻo, dai ferit giòn cứng xêmentit tùy thuộc vào dạng peclit độ nhỏ mòn xêmentit Có dạng peclit peclit tấm, peclit hạt Peclit thường gặp peclit cứng bền dẻo so với peclit hạt Trong peclit, xêmentit có độ nhỏ mòn độ cứng bền cao, dộ dai dẻo thấp - Lêđêburit kí hiệu Lê- (γ + Xe) hay (Peclit+Xe) hỗn hợp học tinh kết tinh từ pha lỏng có hàm lượng cacbon 4.3% nhiệt độ 1130 0C đường ECF, lêđêburit có độ cứng giòn cao - Mactenxit ký hiệu M dung dòch đặc bão hòa cacbon nguyên tố khác sắt α, tạo thành ostenit chuyển biến không khuyết tán Mactenxit có độ cứng, bền độ dẻo dai - Bainit hỗn hợp hai pha ferit xêmentit Bainit gồm hai loại bainit có độ dẻo dai độ cứng bền thấp, bainit có độ cứng bền cao bainit có độ dẻo dai nên sử dụng nhiều Tọa độ điểm gian đồ trạng thái Fe-C Điể Nhiệt Nhiệt o m độ, C %C Điểm độ, oC A 1539 E 1147 B 1499 0.51 C 1147 H 1499 0.1 F 1147 %C 2.14 4.3 6.67 Nhiệt Điểm độ, oC P 727 S 727 K 727 %C 0.02 0.8 8.67 J N 1499 1392 0.16 D G 1600 911 6.67 Q L 0 0.006 6.67 Dựa vào giản đồ trạng thái Fe-C ta biết trình chuyển biến pha nung làm nguội thép , xác đònh nhiệt độ bắt đầu kết thúc chuyển biến tổ chức trạng thái rắn Thực chất trình nhiệt luyện nung nóng thép đến nhiệt độ tạo thành dung dòch đặc, giữ nhiệt độ dó sau làm nguội với tốc độ khác tùy theo tổ chức tính chất lý theo yêu cầu Quá trình nung nóng thép diễn chuyển biến peclit thành ostenit Quá trình làm nguội tùy theo công nghệ yêu càu kỹ thuật mà ta tạo peclit, bainit hay maxtenxit PECLIT OSTENNIT Nguội vừa BAINIT MACTENXIT 1.Ủ Định nghĩa: ủ q trình nung thép tới nhiệt độ cần thiết, giữ nhiệt nhiệt độ thời gian sau làm nguội chậm lò Mục đích: Cải thiện tính cắt gọi kim loại Cải thiện tính Tăng độ dẻo, phục hồi lại độ dẻo sau thép qua cán nguội Làm đồng thành phần hóa học thép Chuẩn bị tổ chức kim loại để tơi Khử ứng suất bên Phân loại: Ủ khơng hồn tồn tiến hành nhiệt độ Ac + 50oC áp dụng cho thép trước tích Ủ hồn tồn tiến hành nhiệt độ Ac + 50oC áp dụng cho thép tích sau tích Ủ cầu hóa tiến hành nhiệt độ Ac1 + 50oC làm nguội xuống Ac1 - 50oC, lặp lặp lại nhiều lần Được áp dụng cho thép sau tích Ủ đẳng nhiệt Thép nung đến nhiệt độ ủ, giữ nhiệt thời gian, sau đưa vào thiết bò khác có nhiệt độ thấp Ac khoảng 50 -100 oC , giữ nhiệt độ thời gian sau làm nguội lò 4 Ủ khuếch tán dùng cho phôi đúc tiến hành nhiệt độ cao 1100 - 1150 oC giữ nhiệt lâu (10 -15h) nhằm đồng hoá thành phần phôi đúc Ủ kết tinh lại: thường dùng cho chi tiết sau bò biến dạng dẻo, nhằm sửa chữa sai lệch mạng biến dạng Thường nhiệt độ từ 600-650oC Chọn thơng số cơng nghệ ủ thép: Thép cacbon ủ nhiệt độ : ton = Ac1 + ( 30 – 50 )oC Thép hợp kim ủ nhiệt độ : ton = Ac1 + ( 50 – 70 )oC Thời gian nung thời gian tính từ lúc cho chi tiết vào lò đạt đến nhiệt độ qui đònh Được tính theo công thức sau: Tn = a*K*D (phút) (1.1) Trong đó: a- hệ số nung nóng (ph/mm), lấy theo thực nghiệm phụ thuộc vào nhiệt độ lò môi trường K- Hệ số xắp xép chi tiết lò D- kích thước đặt trưng chi tiết (mm), tính tích chiều dày trung bình chi tiết nhân với hệ số hình dạng Khd Hệ số nung nóng a (d- chiều dày trung bình chi tiết) nung chi tiết lò điện Loại thép Thép Cacbon d < 50mm d > 50mm Thép hợp kim d < 50mm d > 50mm Hệ số nung nóng a (ph/mm) Nhiệt độ 800 - 900oC 1,0-1,2 1,2-1,5 1,2-1,5 1,8-1,8 Hệ số xắp xếp K phụ thuộc vào khoảng cách chi tiết hình dạng 5 Phương thức xắp xếp Hệ số Phương thức xắp xếp Hệ số 1 1.4 0.5d 0.5d 2.2 1.4 d d 2d 1.3 1.5 Hệ số hình dạng Khd Các dạng tiết diện Các dạng tiết diện Hệ số Hệ số s ÞS s S s ÞS 0.75 S s S S 1.5 S b 4- ống dài đóng kín 2- ống ngắn hở 1.5- b = 2S 1.75- b = 3+4S - b > 4S 1.5 - Thời gian giữ nhiệt: thường lấy sau 1 1 ÷ 2 4 τgn = τn (1.2) Cho chi tiết vào lò nhiệt độ đạt 500-600 oC Theo kinh nghiệm , thép cacbon giữ nhiệt – thép hợp kim – Làm nguội: Giai đọan thứ nhất: làm nguội từ nhiệt độ ủ đến nhiệt độ giữ đẳng nhiệt, tốt khoảng 150oC/h Thực tế chuyển chi tiết sang lò khác có nhiệt độ đẳng nhiệt để làm nguội Giai đọan thứ hai: giữ đẳng nhiệt, phải xác định nhiệt độ đẳng nhiệt, thường nhiệt độ Ar1 từ 10 – 30oC Ủ đẳng nhiệt tiến hành lò hay chuyển sang lò khác lò muối hay lò chì Theo kinh nghiệm , thép cacbon giữ nhiệt – thép hợp kim – 6 Giai đọan thứ ba: sau giữ đẳng nhiệt, theo lý thuyết Ơstenit chuyển hồn tồn thành peclit nên làm nguội với tốc độ khơng ảnh hưởng đến tổ chức độ cứng thép Thực tế Ơstenit chưa chuyển biến hết thành peclit nên q trình làm nguội chuyển biến thành tổ chức khác có độ cứng cao Trị số khơng lớn nên làm nguội lò khơng khí chí nước Tốt làm nguội khơng khí Nếu cần làm nguội khơng khí đến 300 – 400oC sau làm nguội nước 2.Thường hóa Khái niệm Khi thường hoá chi tiết nung đến nhiệt độ cao AC giữ nhiệt thời gian sau làm nguội không khí tónh Đối với thép cacbon thấp nên dùng thường hóa thay cho ủ dể nâng cao tính Việc thay ủ thường hóa thép cacbon trung bình cao thực trường hợp cụ thể.Nếu độ cứng sau thường hóa không ảnh hưởng đến tính gia công tính công nghệ khác kim loại dùng thường hóa thay cho ủ Mục đích Làm giảm độ cứng thép để dễ tiến hành gia công cắt gọt Làm tăng độ dẻo để tiến hành dập,cán kéo thép trạng thái nguội Làm giảm hay ứng suất bên sau nguyên công gia công khí như: mài, quấn nguội, cắt gọt, đúc hàn… Làm đồng thành phần hoá học toàn tiết diện vật đúc thép bò thiên tích Làm nhỏ hạt nguyên công trước làm hạt lớn Chuẩn bò thích hợp cho nguyên công gia công hay nhiệt luyện Chọn thơng số cơng nghệ thường hoá thép Nhiệt độ nung - Thép trước tích ton = Ac3 + 50oC - Thép tích ,và sau tích ton = Acm + (10-20)oC - Thời gian nung giữ nhiệt tính theo công thức (1.1) (1.2) 3.Tơi Định nghĩa: Tơi thép phương pháp nhiệt luyện gồm nung nóng chi tiết lên tới nhiệt độ cao nhiệt độ tới hạn Ac1 Ac3 tùy thuộc vào loại thép , sau giữ nhịêt thời gian chi tiết làm nguội nhanh môi trường nước dầu Mục đích: Tăng độ cứng, tính chống mài mòn cho chi tiết Tăng độ bền làm tăng tuổi thọ cho chi tiết Các phương pháp tơi: – Tơi mơi trường – Tơi hai mội trường – Tơi phân cấp – Tơi đẳng nhiệt – Tôi phận Chọn thơng số cơng nghệ tơi thép: Chọn nhiệt độ tơi: Thép trước tích: totơi = AC3 + ( 30 – 50 )oC Thép tích sau tích: totơi = Ac1 + ( 30 – 50 )oC 7 1300 Nhiệt độ,°C 1200 E 1147 1100 γ 1000 Khoảng nhiệt độ 900 800 700 γ+XeII S a+γ 727 P F+P P+XeII 600 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 Khoảng nhiệt độ thép cacbon %C Thời gian nung giữ nhiệt tính theo công thức (1.1) (1.2) theo phép tính 1phút 1mm chiều dày quy ước (sổ tay nhiệt luyện FiLiNốp – NXB Khoa học Kỹ thuật.) Các mơi trường tơi Nước: vận tốc nguội cao từ 400 – 1200oC/s, thường dùng cho thép cacbon Dễ gây nứt ≤ cong vênh, bị nóng lên tốc độ nguội giảm mạnh nên khống chế 40oC Nước + 10%NaCl: mơi trường tơi mạnh khoảng nhiệt độ gần mũi đường cong chữ “C” khoảng chuyển biến Mactenxit lại khơng tăng nhiều Thường sử dụng cho thép cacbon có tiết diên lớn Dầu: mơi trường có vận tốc nguội chậm thường dùng cho chi tiết thép hợp kim Khơng gây nứt tốc độ làm nguội thay đổi theo khoảng nhiệt độ làm ngi Thường sử dụng dầu nóng 60oC, ý nhiệt độ cao dễ bốc cháy Nước + polyvinylalcol: tốc độ nguội khoảng nước dầu Có thể điều chỉnh tốc độ nguội cách thêm PVA, nên áp dụng cho nhiều loại thép Khơng khí nén: dùng cho thép hợp kim có Vth nhỏ Khn ép: tơi thép mỏng để tránh cong vênh Ứng suất tôi: Khi hạ nhiệt độ đột ngột,sự co rút chi tiết thay đổi đột ngột Bề mặt chi tiết làm nguội trước tiên nên co rút trước phần bên trong.Hiện tượng sinh ứng suất bên trong,ứng suất sinh chênh lệch nhiệt đô gọi ứng suất nhiệt Hơn thép cho tổ chức mactenxit tích riêng lớn nên chuyển biến có giãn nở thể tích Sự giãn nở thể tích không đồng vùng khác chi tiết nên tạo ứng suất tổ chức.Khi hàm lượng cacbon tăng ứng suất tổ chức tăng,đối với thép C có 0,2-0,3%,còn với thép dụng cụ có 1,2-1,4% thể tích tăng tới 2% Tóm lại tôi,trong chi tiết xuất ứng suất ứng suất tổ chức ứng suất nhiệt Nếu ứng suất tổng hai ứng suất lớn σch gây cong vênh, biến dạng chi tiết trầm trọng lớn σch gây nứt 8 Khuyết tật Biến dạng Tùy thuộc vào hai yếu tố mà chi tiết bò biến dạng mức khác nhau, chủ yếu do: - Làm nguội không hay nhanh sinh ứng suất, biến dạng giảm lượng ôstenit dư lớn - Nhiệt nung cao, thời gian giữ nhiệt dài tốc độ nung nhanh - Tiết diện chi tiết không đều, không hợp lý thiết kế Nứt Là khuyết tật dẫn đến hậu chi tiết không dùng được, có nhiều nguyên nhân gây nứt: - Thành phần hoá học thép: hàm lượng cacbon nguyên tố hợp kim lớn làm độ thấm lớn,tôi môi trường không thích hợp sinh nứt - Hình dạng kích thước không hợp lý - Tổ chức thép trước thô Chi tiết có điểm mềm Do nguyên nhân sau: −Nhiệt độ nung thấp, thời gian giữ nhiệt ngắn −Môi trường làm nguội không −Chi tiết có kích thước lớn, độ thấm thấp −Bề mặt chi tiết bò oxy hoá thoát cacbon cục −Nhiệt độ nung cao,thời gian giữ nhiệt độ dài làm tồn nhiều ôstenit dư Chi tiết có mặt gãy thô nguyên nhân sau : −Thời gian giữ lâu, nhiệt độ nung cao −Tổ chức thép trước không xử lý tốt −Chi tiết bò thoát cacbon, oxy hóa bò ăn mòn 1) Biện pháp tránh khuyết tật `Nguyên nhân thiết kế chi tiết có hình dạng kích thước hợp lý, tránh gốc nhọn, tránh thay đổi đột ngột kích thước hai bề mặt −Khử ứng suất trước nhiệt luyện sơ −Chọn thông số xác, thao tác nhiệt luyện −Chọn môi trường thích hợp −Sau nguyên công nguyên công ram nắn ép để đảm bảo độ cong vênh cho phép 4.Ram thép Định nghĩa: Ram thép nguyên công bắt buột sau bao gồm nung nóng chi tiết lên tới nhiệt độ thấp nhiệt độ tới hạn Ac 1, sau giữ nhiệt thời gian cần thiết sau mang để nguội ngồi khơng khí tĩnh Mục đích: Khử ứng suất dư sau tơi Chuyển tổ chức Mactenxit Ơstenit dư sau tơi thành tổ chức khác có độ dẻo, độ dai cao độ cứng độ bền phù hợp u cầu Phân loại: Ram thấp: ( 150 – 250 )oC Gồm nung nóng thép tơi khoảng ( 150 – 250 ) oC tổ chức đạt Mactenxit ram Khi ram thấp độ cứng khơng thay đổi ít, ứng suất bên giảm chút Áp 9 dụng cho chi tiết u cầu độ cứng cao, chi tiết sau thấm cacbon chi tiết cần độ cứng, tính chống mài mòn cao Ram trung bình: ( 300 – 450 )oC Gồm nung nóng thép tơi khoảng ( 300 – 450 ) oC, tổ chức đạt Trustit ram Khi ram trung bình độ cứng có giảm cao, ứng suất bên giảm mạnh, giới hạn đàn hồi đạt giá trị cao nhất, độ dẻo, độ dai tăng lên Thường áp dụng cho chi tiết đàn hồi Ram cao: ( 500 – 650 )oC Gồm nung nóng thép tơi khoảng ( 500 – 650 ) oC Khi ram cao độ cứng thép tơi giảm mạnh, ứng suất bên bị khử bỏ, độ bền giảm độ dẻo, độ dai tăng lên mạnh Dùng cho chi tiết u cầu tính tổng hợp cao Phương pháp gọi nhiệt luyện hóa tốt Chọn thơng số cơng nghệ ram thép: Chọn nhiệt độ ram tuỳ theo phương pháp ram mà ta lựa chọn nhiệt độ ram trình bày Thời gian giữ nhiệt lò điện Theo sổ tay nhiệt luyện FiLiNốp Nếu nhiệt luyện chi tiết nhiệt độ ram 400 0C thời gian giữ nhiệt 10phút + 1phút/1mm chiều dày qui ước chi tiết Vídụ: Thời gian giữ nhiệt (phút) nhiệt độ Chiều dày qui ước chi tiết >3000C 300-4000C ... luyện FiLiNốp Nếu nhiệt luyện chi tiết nhiệt độ ram