Chương II . HỢP KIM VÀ BIẾN ĐỔI TỔ CHỨC

Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở Chương II HỢP KIM VÀ BIẾN ĐỔI TỔ CHỨC 2.1 Sự hình thành tổ chức kim loại kết tinh 2.1.1 Sự kết tinh kim loại lỏng a cấu tạo kim loại lỏng điều kiện kết tinh * Cấu tạo kim loại lỏng - Phần lớn kim loại chế tạo từ trạng thái lỏng làm nguội khuôn thành trạng thái rắn - Khi làm nguội kim loại lỏng xảy trình kết tinh: mạng tinh thể hạt tạo thành * Điều kiện lượng trình kết tinh + Đặc điểm cấu trúc kim loại lỏng -Các nguyên tử có xu hướng tạo thành nhóm nguyên tử xắp xếp có trật tự ( có trật tự gần mà trật tự xa trạng thái rắn) - Các nhóm nguyên tử xếp có trật tự hình thành suốt thời gian ngắn sau lại tản để lại xuất chỗ khác có nghĩa hình thành lại tản chúng xảy liên tiếp -Có điển tử tự liên kết kim loại => Giúp kết tinh dễ dàng + Sự biến đổi lượng kết tinh Năng lượng dự trữ đặc trưng đại lượng khác gọi lượng tự F - Ở nhiệt độ T > Ts kim loại tồn trạng thái lỏng lượng tự trạng thái lỏng nhỏ nhỏ lượng tự trạng thái rắn Fl< Fr - Ở nhiệt dộ T < Ts kim loại tồn trạng thái rắn Fr< Fl - Ở nhiệt dộ t độ T0, Fr= Fl Kim loại lỏng trạng thái cân động T0 gọi nhiệt độ kết tinh lý thuyết ⇒ kết tinh thực tế xảy T Trong đó: δ - Sức căng bề mặt rắn lỏng; ∆fv - Độ chênh nămg lượng tự tính cho đơn vị thể tích + Mầm ký sinh - Là mầm không tự sinh lòng pha mà dựa vào vị trí có “khuyết tật” Đó phần tử Khuyết tật rắn có sẵn lòng kim loại lỏng Các nhân nguyên tử xếp có trật tự gắn vào mà phát triển lên thành hạt - Khi kích thước mầm r ≤ rth phát triển mầm tự phát, giảm lượng tự Khi nhiệt độ kết tinh thực tế thấp rth nhỏ, kết tinh dễ dàng Sự lớn lên mầm không theo phương Phương có mật độ nguyên tử lớn tốc độ phát triển mầm theo phương cao theo phương tản nhiệt nhanh, mầm phát triển nhanh TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 30 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở c Sự hình thành hạt tinh thể phương pháp tạo hạt nhỏ thỏi đúc * Tiến trình kết tinh Khi mầm tạo nên trước lớn lên mầm khác kim loại lỏng tiếp tục hình thành Sự hết tinh tiếp tục phát triển không kim loại lỏng Quá trình kết tinh mầm định hướng ngẫu nhiên nên phương mạng hạt không đồng hướng lệch góc ⇒ Xuất xô lệch mạng tinh thể vùng biên giới hạt * Hình dạng hạt - Hình dạng hạt phụ thuộc vào tốc độ phát triển mầm theo phương khác nhau: + Theo phương ⇒ hạt có dạng cạnh cầu; + Theo phương (rất mạnh) ⇒ hạt có dạng dài hình trụ; + Theo mặt (rất mạnh) ⇒ hạt có dạng tấm, phiến * Kích thước hạt - Kích thước hạt tiêu để đánh giá chất lượng kim loại quan hệ chặt chẽ tới tính - Các cách xác định độ lớn hạt: + Đo diện tích trung bình hạt (Phức tạp-ít dùng); c a b + Đo đường kính lớn hạt; + So sánh với bảng mẫu cấp hạt Thường có cấp hạt chính: 1-4 cấp hạt to 5-8 cấp hạt nhỏ Nguyên lý tạo hạt nhỏ đúc Hai yếu tố định kích thước hạt kết tinh là: - Tốc độ tạo mầm; - Tốc độ phát triển mầm + Tốc độ tạo mầm lớn ⇒ số mầm tạo nhiều ⇒ hạt nhỏ + Tốc độ phát triển mầm nhanh ⇒ hạt v lớn A = a n Bằng thực nghiệm cho thấy: Trong : A – Kích thước hạt; a – Hệ số; v – Tốc độ phát triển mầm; TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 31 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở n – Tốc độ tạo mầm ⇒ Nguyên lý tạo hạt nhỏ, đúc tăng tốc độ tạo mầm n giảm tốc độ phát triển mầm v Các phương pháp làm hạt nhỏ đúc - Gồm phương pháp là: tăng độ nguội, biến tính + Tăng độ nguội Khi tăng độ nguội, tốc độ tạo mầm n, tốc độ phát triển mầm v tăng, n tăng nhanh v, nên làm hạt nhỏ Trong sản xuất đúc điều thể rõ ràng: Độ nguội phụ thuộc vào tốc độ nguội: Tốc độ nguội nhanh, độ nguội lớn + Làm khuôn kim loại; + Dùng nước làm nguội liên tục cho khuôn kin loại + Phương pháp biến tính - Kết hợp với tạp chất kim loại lỏng tạo thành hợp chất khó chảy, không tan lơ lửng lòng khối kim loại lỏng, tạo mầm có sẵn – Tạo mầm ký sinh – Tăng tốc độ tạo mầm; (VD cho khoảng 20g đến 50g Al cho thép lỏng) với lượng nhôm đủ kết hợp với ôxy, nitơ hoà tan thép lỏng toạ thành AL2O3 AlN phân tán đều) - Hoà tan tạp chất vào kim loại lỏng để hạn chế tốc độ phát triển mầm v (VD đúc hợp kim Al - Si, người ta cho vào lượng Natri làm giảm phát triển tinh thể Silic) ⇒ Đây phương pháp hiệu để nhận hạt nhỏ, làm biến đổi tính chất (cơ tính), nên gọi phương pháp biến tính - Hình dạng độ lớn hạt phụ thuộc vào độ nguội, tốc độ, phương tản nhiệt 2.1.2 Cấu tạo tinh thể thỏi đúc a Cấu tạo tinh thể + Lớp vỏ gồm hạt nhỏ đẳng trục ( vùng 1) Do tốc độ nguội thành khuôn lớn lên nguội ( ∆T lớn) thành khuôn có độ nhấp nhô nên tạo điều kiện để mầm có sẵn + Vùng trung gian có dạng hình trụ ( vùng 2) theo phương vuông góc với thành khuôn Do nhiệt độ thành khuôn lớn nên độ nguội ( ∆T thấp) hạt phát triển ngược chiều với phương tản nhiệt mà phương tản nhiệt theo chiều vuông góc với thành khuôn ngắn + Vùng trung tâm ( vùng 3) gồm hạt lớn đẳng trục TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 32 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở Do nhiệt độ khuôn lớn nên độ nguội ∆T nhỏ, mặt khác tốc độ tản nhiệt chậm xung quanh có nhiệt độ gần giống nên gần kết tinh đồng thời, phương tản nhiệt không rõ ràng coi phía Kết luận: - Kích thước hạt tăng theo chiều từ vào - Vùng mỏng, hạt nhỏ - Tỷ lệ độ lớn hạt vùng phụ thuộc vào tốc độ làm nguội vật liệu làm khuôn( làm nguội nhanh vùng 2>3;thậm chí vùng xuyên tinh, làm nguội chậm vùng 3>2) b Các khuyết tật * Lõm co rỗ co - Khái niệm: + Lõm co tượng kết tinh, thể tích kim loại co lại ( phần kim loại lỏng sau kết tinh bị co lại không kim loại lỏng bổ xung nữa) + Rỗ co tượng kết tinh xuất lỗ hổng nhỏ khắp thể tích vật đúc, kim loại lỏng không kịp bổ xung phần thể tích nhỏ bị co lại - Đặc điểm: + Lượng kết tinh giá trị cố định Khi thể tích lõm co tăng tổng thể tích rỗ co giảm ngược lại + Dạng khuyết tật đương nhiên làm chất kim loại + Ảnh hưởng không tốt đến tính thỏi đúc gia công + Sử dụng đầu ngót để khắc phục tượng lõm co vật đúc * Rỗ khí - Khái niệm: Hiện tượng túi khí nhỏ tạo nên trình kết tinh độ hòa tan khí kim lọai giảm đột ngột khí không kịp bị mắc kẹt - Đặc điểm: + Làm giảm mật độ hạt, làm xấu tính + Tạo vết nứt tế vi gia công áp lực + Khắc phục cách khử khí tốt trước tót hay đúc chân không * Thiên tích - Khái niệm: Là tượng phân bố tạp chất nguyên tố cho thêm không đồng thể tích vật đúc - Nguyên nhân: khác khả hòa tan, hạn chế khuyếch tán pha lỏng pha rắn -Phân loại: + Thiên tích vĩ mô-thiên tích vùng + Thiên tích vi mô-thiên tích nhánh cây- phạm vi hạt -Đặc điểm: TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 33 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở + Làm xấu tính, giảm độ bền, giảm khả gia công áp lực… + Do chất vật lý trình kết tinh lên loại bỏ + Khắc phục cách khuấy trước rót làm nguội nhanh( giảm thiên tích vùng) ủ khuyếch tán sau đúc( giảm thiên tích nhánh cây) 2.2 Cấu trúc tinh thể hợp kim 2.1.1 Khái niệm hợp kim Dung dịch rắn 2.1.1.1 Khái niệm hợp kim Hợp kim hỗn hợp đồng mặt tổ chức từ hai nguyên tố trở lên có nguyên tố kim loại đóng vai trò tức có hàm lượng lớn nhất, tính chất thể rõ rệt 2.1.1.2 Đặc điểm hợp kim - Hợp kim dễ sản xuất so với kim loại nguyên chất - Hợp kim có nhiều tính chất tốt so với kim loại nguyên chất - Hợp kim tạo tính chất đặc biệt mà kim loại nguyên chất có - Hợp kim có giá thành rẻ so với kim loại nguyên chất - Hợp kim có tính công nghệ cao so với kim loại nguyên chất thể ở: Tính dẻo: Khi sử dụng hợp kim cho tính dẻo cao, khả biến dạng dẻo tốt, dễ dàng cho việc gia công áp lực Tính đúc: Khi sử dụng hợp kim thu điều kiện nóng chảy thấp kim loại nguyên chất, tính chẩy loảng cao nên điền đầy lòng khuôn phức tạp Tính cắt gọt tốt Chính thực tế sử dụng hợp kim 2.1.1.3 Các định nghĩa hợp kim - Pha (F): cấu phần đồng hợp kim tổ chức trạng thái (khi trạng thái rắn phải có kiểu mạng thông số mạng), ngăn cách bề mặt phân pha đủ lớn - Hệ: tập hợp pha trạng thái cân (các pha tồn ổn định điều kiện bên xác định) - Hệ cân bằng: hệ coi hệ cân qúa trình xảy hệ có tính thuận nghịch Qúa trình thuận nghịch: qúa trình mà có thay đổi yếu tố bên bên làm hệ biến đổi theo hướng Khi yếu tố bên thay đổi theo chiều ngược lại qua giai đoạn hướng biến đổi trước TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 34 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở - Cấu tử (nguyên) (N): cấu phần độc lập hệ (có thể đơn chất hợp chất) có thành phần hóa học ổn định mà có nhiệm vụ cấu tạo nên tất pha hệ - Bậc tự hệ (T): số yếu tố bên (P, T0) bên (thành phần) thay đổi mà hệ không bị thay đổi trạng thái Quy tắc pha (Gibbs) để tính bậc tự do: T = N - F + Trong đó: N: số cấu tử cấu tạo nên hệ F: số pha hệ điểm tính bậc tự 2: số yếu tố bên (P, T0) Trong thực tế, coi P = const nên: T = N - F + (công thức Gibbs) Ý nghĩa bậc tự do: giúp biết trạng thái hệ Khi T = hệ suy biến thành điểm Nếu T = tức F = N + hệ vô biến, hay yếu tố (nhiệt độ hay thành phần) thay đổi Ví dụ kim loại nguyên chất (N = 1) nóng chảy hay kết tinh tồn pha (F = nên T = 0), điều chứng tỏ kim loại nguyên chất nóng chảy sau kết tinh nhiệt độ không đổi (vì hệ nguyên biến số thành phần hóa học) Nếu T = tức F = N hệ đơn biến tức có yếu tố (hoặc nhiệt độ thành phần) thay đổi Ví dụ hợp kim Cu - Ni nung nóng biến thành dung dịch lỏng, số pha F = nên T = N = 2, điều chứng tỏ trình nóng chảy hợp kim Cu - Ni xảy khoảng nhiệt độ nhiệt độ trình nóng chảy ta có thêm vào Cu (hoặc Ni) mà không làm thay đổi số pha hệ Nếu T = tức F = N - hệ nhị biến tức lúc thay đổi yếu tố nhiệt độ thành phần Ví dụ, phần lớn hợp kim nguyên trạng thái lỏng hòa tan vô hạn vào nên có tổ chức pha dung dịch lỏng, điều chứng tỏ trạng thái lỏng ta thay đổi thành phần nhiệt độ dễ dàng mà hợp kim có tổ chức pha 2.1.2 Dung dịch rắn 2.1.2.1 Khái niệm Dung dịch rắn dạng cấu trúc hợp kim tạo hai nguyên, nguyên bảo tồn kiểu mạng gọi dung môi, nguyên thứ hai hòa tan vào kiểu mạng gọi chất tan Thực tế, có dung dịch rắn có nhiều chất tan 2.1.2.2 Phân loại dung dịch rắn TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 35 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở Dựa vào kiểu hòa tan chất tan trọng mạng dung môi, nghĩa kiểu xếp nguyên tử chất tan mạng tinh thể dung môi dung dịch rắn phân thành: dung dịch rắn thay thế, dung dịch rắn xen kẽ dung dịch rắn có trật tự a Dung dịch rắn thay - Khái niệm: Dung dịch rắn thay dung dịch rắn nguyên tử chất tan chiếm chỗ nguyên tử dung môi vị trí nút mạng - Đặc điểm: Dung dịch rắn thay giữ nguyên kiểu mạng dung môi tạo sai lệch điểm mạng tinh thể nên tạo ứng suất dư mạng dấu ứng suất dư phụ thuộc vào đường kính nguyên tử chất tan - Điều kiện tạo dung dịch rắn thay thế: Điều kiện kích thước: Trong đó: dA: đường kính nguyên tử dung môi dB: đường kính nguyên tử chất tan Nếu sai khác đường kính nguyên tử nhỏ dễ tạo dung dịch rắn thay - Các loại dung dịch rắn thay thế: Dung dịch rắn thay có dạng hòa tan vô hạn hòa tan có hạn Dung dịch rắn thay hòa tan có hạn: tồn giới hạn hòa tan chất tan dung môi Tỉ lệ dung môi xA: xA + xB = Tỉ lệ chất tan xB: xB < Dung dịch rắn thay hòa tan vô hạn: xB = - Điều kiện tạo thành hòa tan vô hạn: + Dung môi chất tan phải có kiểu mạng Từ nguyên lý "thay thế" thấy rằng: hai nguyên A B hòa tan vô hạn vào chúng phải có kiểu mạng giống Điều kiện giống kiểu mạng điều kiện cần Khả tạo thành dung dịch rắn vô hạn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác Nhiều nguyên tố có kiểu mạng giống chưa tạo nên dung dịch rắn vô hạn Dựa vào bảng hệ thống tuần hoàn ta thấy thông thường nguyên tố chu kỳ có kiểu mạng giống Sự tương quan đường kính nguyên tử đường kính nguyên tử TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 36 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở nguyên thành phần A B không giống nên hòa tan vào chúng tạo sai lệch điểm xung quanh nguyên tử hoà tan xuất trường sai lệch đàn hồi Sự sai khác đường kính nguyên tử nguyên A B lớn, nồng độ hòa tan cao mức độ sai lệch mạng nhiều đến mức mạng trở nên không ổn định Khi đó, sai khác đường kính nguyên tử chất tan (dB) đường kính nguyên tử dung môi (dA) không vượt 15% Điều giải thích đại đa số dung dịch rắn thay tạo thành kim loại với nhau, số trường hợp kim loại kim + Chỉ số nồng độ điện tử Ce (số điện tử hóa trị dung dịch rắn tạo thành) phải nhỏ Ce giới hạn Ce = xA.vA + xB.vB vA, vB: Hóa trị nguyên Ce = vA.xA +vB.(1 - xA) Thực nghiệm lý thuyết cho thấy, tạo thành dung dịch rắn thay dạng hòa tan vô hạn trị số nồng độ điện tử nhỏ giới hạn định Giới hạn phụ thuộc vào kiểu mạng chất dung môi Thông thường, người ta thấy nguyên tố B muốn hòa tan vô hạn vào A phải có hóa trị nhỏ hóa trị A + Tương quan độ âm điện ( χ ): Sai khác độ âm điện nhỏ khả hòa tan vô hạn tăng b Dung dịch rắn xen kẽ - Khái niệm: Dung dịch rắn xen kẽ loại dung dịch rắn mà nguyên tử chất tan vào vị trí lỗ hổng mạng tinh thể dung môi - Đặc điểm dung dịch rắn xen kẽ: + Giữ nguyên kiểu mạng dung môi, tồn sai lệch điểm loại nút xen kẽ, tạo trường ứng suất lớn kích thước lỗ hổng nhỏ nhiều so với đường kính nguyên tử + Không thể xảy dạng dung dịch rắn hòa tan vô hạn + Dung dịch rắn xen kẽ có độ bền độ cứng cao so với dung dịch rắn thay mức độ xô lệch mạng lớn - Điều kiện kích thước tạo dung dịch rắn xen kẽ: Nếu sai khác nguyên tử lớn dễ tạo dung dịch rắn xen kẽ c Dung dịch rắn có trật tự TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 37 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở Chỉ xảy với dung dịch rắn thay Trong trường hợp nguyên tử chất tan xếp theo quy luật xác định - Điều kiện tạo dung dịch rắn có trật tự: Trong đó: EA: Năng lượng biên miền Brillouin chất tan EB: Năng lượng biên miền Brillouin dung môi d.Tính chất chung dung dịch rắn - Mang tính chất dung môi: với hợp kim, dung môi phải kim loại dung dịch rắn mang tính kim loại - Trong dung dịch rắn tồn nhiều khuyết tật mạng xen kẽ thay nguyên tử chất tan, mức lượng tự cao nguyên tử nguyên chất ổn định - Độ bền, độ cứng độ rắn thường cao kim loại nguyên chất 2.2 Pha trung gian 2.2.1 Khái niệm Các pha trung gian dạng cấu trúc hợp kim tạo cấu tử có kiểu mạng riêng biệt mình, không phụ thuộc vào kiểu mạng nguyên tạo 2.2.2 Các loại pha trung gian Các pha trung gian có nhiều loại khác phụ thuộc vào kích thước nguyên tử tương đối nguyên, hóa trị nguyên vị trí nguyên bảng hệ thống tuần hoàn: - Hợp chất hóa học hóa trị - Pha Lavies - Pha xen kẽ - Pha σ - Pha điện tử - Cấu trúc khuyết 2.2.2.1 Hợp chất hóa học hóa trị Là pha tạo thành sở nguyên tố có tính chất hóa học khác theo liên kết hóa trị (Fe2O3, FeO, Al2O3, SiO2 ) Loại gặp hợp kim 2.2.2.2 Pha xen kẽ Là pha tạo thành có kiểu mạng riêng hợp chất hóa học tạo nên kim loại nhóm chuyển tiếp có đường kính nguyên tử lớn với kim có đường kính nguyên tử bé thỏa mãn điều kiện kích thước: - Khi dB/ dA < 0,59 tạo thành pha xen kẽ với kiểu mạng đơn giản nguyên tố kim loại, có kiểu mạng khác A B (pha xen kẽ đơn giản) Thường loại bít VC, WC, TiC TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 38 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở - Ngoài yêu cầu quan trọng bên trên, cần ý yêu cầu khác môi trường như: dễ kiếm, sử dụng an toàn, tương tác hóa học, điện hóa, có độ bám vào bề mặt cao để môi trường tiếp xúc với chi tiết * Các phương pháp thông thường Tôi môi trường: - Định nghĩa: Là trình mà chi tiết làm nguội môi trường (đường (1)) - Đặc điểm: +) Đơn giản, dễ thao tác +) Không hạn chế tốc độ nguội có chuyển biến M chi tiết dễ bị biến dạng nứt - Phạm vi áp dụng: Do đặc điểm mà môi trường áp dụng cho chi tiết không quan trọng, kết cấu đơn giản Tôi môi trường: - Định nghĩa: Là trình mà chi tiết làm nguộ môi trường có tốc độ nguội khác Môi trường có tốc độ nguội chậm môi trường (đường (2)) - Đặc điểm: +) Lợi dụng ưu điểm môi trường Lúc đầu nhiệt độ cao, thép làm nguội môi trường có tốc độ nguội mạnh, su gần đến nhiệt độ chuyển biến M thép chuyển sang làm nguội môi trường có tốc độ nguội bé Chuyển biến M xảy môi trường nguội chậm nên giảm bớt ứng suất bên trong, nứt Đây cách thích hợp cho thép cacbon (đặc biệt cho thép cacbon cao) vừa bảo đảm đạt độ cứng, vừa xảy biến dạng, nứt +) Khó xác định thời điểm chuyển chi tiết từ môi trường sang môi trường hai Thời điểm chuyển môi trường tốt thép có nhiệt độ cao M s khoảng 1000C Nếu chuyển sớm, thép bị nguội môi trường hai có vùng nhỏ dễ không đạt độ cứng yêu cầu, chuyển muộn, chuyển biến M xảy môi trường một, ứng suất bên lớn, gây biến dạng nứt - Phạm vi áp dụng: Do đặc điểm môi trường mà để thực phải đòi hỏi công nhân có tay nghề cao (xác định thời điểm chuyển môi trường), khó khí hóa, thường áp dụng cho sản xuất loại nhỏ đơn TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 68 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở Tôi phân cấp: - Định nghĩa: Là trình sử dụng môi trường làm nguội loại muối nóng chảy nhiệt độ lớn Ms; T0 = Ms + (30÷ 50)0C Thép làm nguội giữ đẳng nhiệt thời gian định để đạt nhiệt độ môi trường muối nóng chảy, sau chuyển sang môi trường không khí làm nguội chậm để tạo chuyển biến M (đường (3)) - Đặc điểm: +) Ứng suất bên thấp trình nguội chia làm cấp nên chênh lệch nhiệt độ lõi bề mặt thấp, chuyển biến M xảy với tốc độ nguội chậm +) Có thể tiến hành nắn, sửa cong vênh đồ gá đặc biệt làm nguội thép không khí từ nhiệt độ "phân cấp" +) Không áp dụng cho chi tiết có tiết diện lớn môi trường làm nguội có nhiệt độ cao (300 ÷ 500)0C khả làm nguội chậm nên với chi tiết có tiết diện lớn khó đạt đến vùng.th +) Môi trường muối nóng chảy dễ bị nổ, gây an toàn độc hại - Phạm vi áp dụng: Các dụng cụ thép hợp kim với tính ổn định γ nguội lớn (vt.h nhỏ) có tiết diện bé Tôi đẳng nhiệt: - Định nghĩa: trình dùng môi trường muối nóng chảy, giữ chi tiết muối thời gian để γ phân hóa hoàn toàn thành F + Xe có độ cứng tương đối cao độ dai tốt (thường giữ đẳng nhiệt 250 ÷ 4000C để Bainit) (đường (4)) - Đặc điểm: +) Tổ chức sau B, có độ cứng nhỏ M sau đẳng nhiệt, không cần Ram +) Với thép cacbon hợp kim cao, sau phải tiến hành gia công lạnh nhằm mục đích chuyển biến M hoàn toàn Gia công lạnh phải tiến hành sau để lâu nhiệt độ thường làm ổn định hóa γ, hiệu - Phạm vi áp dụng: Chỉ áp dụng cho thép hợp kim có tính ổn định  nguội lớn với tiết diện nhỏ Do tạo nên tổ chức không tốt nên phạm vi TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 69 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở áp dụng đẳng nhiệt bị hạn chế Có thể áp dụng cho số chi tiết dụng cụ có dạng mỏng * Các phương pháp đặc biệt Tôi phận: - Định nghĩa: Là phương pháp mà có phần chi tiết cứng tức có chuyển biến M - Các cách thực hiện: Có cách phận +) Nung nóng phận: Chỉ nung nóng phần cần cứng đến nhiệt độ tôi, sau làm nguội bình thường môi trường thích hợp, phần nung nóng cứng, phần lại đảm bảo độ dẻo +) Nung nóng toàn bộ, làm nguội phận: Nung nóng toàn chi tiết đến nhiệt độ làm nguội môi trường thích hợp phần cần cứng - Phạm vi áp dụng: Thường áp dụng để chi tiết lưỡi cưa, đục hay đầu mút xupáp động *.Một số môi trường nguội hay dùng Nước: - Đặc điểm: +) Là môi trường dễ kiếm, rẻ tiền an toàn +) Có tốc độ nguội nhanh +) Dễ phá áo độ linh động cao +) Dễ gây nứt, cong vênh tốc độ nguội vùng chuyển biến M lớn - Phạm vi áp dụng: Dùng cho thép cacbon (%C trung bình) chi tiết đơn giản Dầu: - Đặc điểm: +) Lớp màng dầu ổn định tốc độ nguội chậm so với nước +) Độ linh động áo khó phá hỏa +) Môi trường an toàn, dễ cháy Dầu thường dùng dầu mazut, dầu máy - Phạm vi áp dụng: Dùng theo có hàm lượng cacbon cao, thép hợp kim trung bình với tư cách môi trường thứ hai Muối nóng chảy: - Đặc điểm: +) Tránh tượng oxi hóa thép +) Tạo tốc độ nguội ổn định tốc độ nguội chậm TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 70 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở +) Độc hại dễ nổ - Phạm vi áp dụng: Dùng thép hợp kim cao 2.5.2.2 Ram thép a Định nghĩa mục đích * Định nghĩa: Ram phương pháp nhiệt luyện nung thép thành tổ chức M lên đến nhiệt độ thấp Ac1 giữ nhiệt thời gian làm nguội theo yêu cầu để M phân hóa thành tổ chức thích hợp phù hợp với điều kiện làm việc quy định * Mục đích: Sau thép đạt độ cứng cao, độ dẻo độ dai thấp tồn nhiều ứng suất bên Với trạng thái vậy, có tính chống mài mòn tốt thép dễ bị phá hủy dòn Vì vậy, sau đạt tổ chức M, phải tiến hành nung lại để giảm bớt độ cứng, tăng độ dẻo, độ dai, giảm hay khử bỏ ứng suất bên trong, làm tính thép phù hợp với điều kiện làm việc chi tiết hay dụng cụ Chú ý: Nhiệt độ ram không > Ac1 lúc xuất γ phụ thuộc vào tốc độ nguội Yếu tố định tổ chức định tính thép ram nhiệt độ, thời gian giữ nhiệt ram Do vậy, với mục đích làm giảm ứng suất dư, biến tổ chức M + γ dư sau thành tổ chức khác có độ dẻo độ dai cao độ cứng độ bền phù hợp ram coi nguyên công nhiệt luyện cuối cùng, áp dụng cho thép b Các phương pháp ram Đối với thép cacbon thép hợp kim thấp, theo nhiệt độ ram tổ chức tạo thành người ta chia thành loại ram: ram thấp, ram trung bình ram cao * Ram thấp - Định nghĩa :là phương pháp nung thép khoảng 150 ÷ 2500C để tổ chức đạt Mram - Mục đích: làm giảm ứng suất dư M, tiết phần cacbon khỏi M làm độ cứng giảm (1 ÷ 3HRC) - Phạm vi áp dụng: Các sản phẩm chịu ram thấp sau chi tiết dụng cụ cần độ cứng tính chống mài mòn cao: dao cắt kim loại, khuôn rập nguội, dụng cụ đo, vòng bi * Ram trung bình - Định nghĩa: Là phương pháp nung thép khoảng 300  4500C để tổ chức thu Tram TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 71 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở - Mục đích: Làm giảm gần toàn ứng suất dư, tiết cacbon khỏi M nhiên độ cứng thép cao, giới hạn đàn hồi đạt giá trị cao nhất, độ dẻo, độ dai tăng lên - Phạm vi áp dụng: Các sản phảm cần ram trung bình sau thường chi tiết yêu cầu có tính đàn hồi cao lò xo, nhíp, dụng cụ cần độ dai cao khuôn rập nóng, khuôn rèn * Ram cao - Định nghĩa: Là phương pháp nung thép khoảng 500  6500C để tổ chức thu Xram - Mục đích: Độ cứng thép giảm mạnh, ứng suất bên bị triệt tiêu, độ bền giảm đi, độ dẻo, độ dai tăng lên mạnh - Phạm vi áp dụng: Tôi ram cao gọi nhiệt luyện hóa tốt nên thường áp dụng để chế tạo chi tiết có yêu cầu tính tổng hợp cao, nhiệt luyện hóa tốt thường áp dụng cho chi tiết chịu va đập trục khuỷu, trục truyền lực, truyền, xupáp nạp, bánh Thép dùng để nhiệt luyện hóa tốt thường có hàm lượng cacbon khoảng 0,3 ÷ 0,5% 2.5.3 Phương pháp hóa nhiệt luyện 2.5.3.1 Khái niệm Là phương pháp nhiệt làm b•o hoà (khuyếch tán) vào bề mặt thép hay nhiều nguyên tố để làm thay đổi thành phần hoá học, làm thay đổi tổ chức tính chất lớp bề mặt theo mục đích định 2.5.3.2 Mục đích - Tăng độ cứng tính chống mài mòn, độ bền mỏi chi tiết Mục đích hoá nhiệt luyện giống phương pháp bề mặt đạt hiệu cao - Nâng cao tính chống mài mòn điện hoá hoá học (chống oxi hoá nhiệt độ cao), chịu axit lớp bề mặt chi tiết thép 2.5.3.3 Cơ sở lý thuyết trình hoá nhiệt luyện Thông thường, hoá - nhiệt luyện người ta đặt chi tiết thép vào môi trường (rắn, lỏng khí) có khả phân hoá nguyên tử hoạt động nguyên tử định khuếch tán, nung nóng đến nhiệt độ thích hợp Các trình xảy theo giai đoạn nối tiếp Phân ly: Là trình tạo nguyên tử hoạt tính nguyên tố cần đưa vào chi tiết (nguyên tố cần thấm) có lượng khả khuếch tán cao Có thể tiến hành phản ứng hoá học phân ly nhiệt TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 72 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở Hấp thụ: Sau giai đoạn phân ly, nguyên tử hạt hấp thụ vào bề mặt thép sau chúng khuếch tán voà kim loại sở tạo nên dung dịch rắn pha phức tạp: Pha trung gian hợp chất hoá học Kết hấp thụ tạo nên bề mặt thép lớp có nồng độ nguyên tố định khuếch tán cao, tạo nên độ chênh lệch nồng độ bề mặt lõi chế trình hấp thụ nhờ: lực hoá học, lực liên kết lực hút tĩnh điện Khuếch tán: Là trình nguyên tử chất thấm sâu vào bềmặt chi tiết cần thấm, tương tác với nguyên tử (chi tiết) tạo thành lớp thấm Quá trình khuếch tán quan trọng nhất, định chiều dày lớp thấm tạo thành Cơ sở khuếch tán: Là trình tự phát, xảy có chênh lệch nồng độ nguyên tố Quá trình tuân theo định luật Fick - Định luật Fick Phương trình vi phân định luật t: thời gian x: khả phân bố theo toạ độ Trong đó: + Khi T = const coi D = const T thay đổi D thay đổi + Sự thay đổi hệ số khuếch tán theo nhiệt độ biểu thị sau: Q: hoạt khuếch tán + Để thay đổi x dùng phương pháp thay đổi thời gian giữ nguyên nhiệt độ 2.5.3.4 Các chế khuếch tán TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 73 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở - Cơ chế nút trống: Các nguyên tử nguyên tố cần thấm vào nút trống ô mạng nguyên tố cấu tạo tiết lớp bề mặt tạo thành dung dịch thay - Cơ chế nút xen kẽ: Đi vào lỗ hổng mạng tinh thể nguyên tố tạo dung dịch rắn xen kẽ pha xen kẽ - Cơ chế đổi chỗ theo vòng: Các nguyên tử đổi chỗ cho tạo dòng vật chất chuyển động đổi chỗ cặp 2.5.3.5 Công nghệ thấm cacbon a Định nghĩa Thấm cacbon phương pháp nhiệt luyện làm bão hoà (thấm, khuếch tán) cacbon vào bề mặt thép cacbon thấp (thường 0,1 ÷ 0,25% cacbon) để tạo lớp bề mặt có tổ chức thép sau tích (P + XeII) để nâng cao độ cứng tính chống mài mòn giữ nguyên tính dẻo lõi b Mục đích yêu cầu lớp thấm, chọn loại thép để thấm Mục đích: Mục đích thấm cacbon làm cho bề mặt thép cứng tới 60HRC, có tính chống mài mòn cao, chịu mỏi tốt, lõi giữ tính dẻo, dai thép ban đầu đem thấm Do đó, chi tiết đem thấm cacbon chi tiế chịu tải trọng va đập mà bề mặt chịu ma sát Mục đích đạt chi tiết ram thấp sau thấm Yêu cầu lớp thấm: - Lớp thấm có nồng độ cacbon 0,8  1% thấm giới hạn sau lớp thấm không đủ độ cứng tính chống mài mòn, cao giới hạn lớp thấm bị dòn, tróc Thực nghiệm cho thấy, với nồng độ cacbon lớp thấm chi tiết vừa có độ cứng, tính chống mài mòn tốt lại đạt độ bền lớn - Tổ chức tế vi bề mặt lõi sau thấm, ram thấp phải đạt bề mặt mactenxit phần tử cacbit nhỏ mịn phân bố đều, lõi mactenxit ferit Chọn loại thép để thấm: Thép để thấm cacbon sử dụng loại thép có hàm lượng cacbon thấp (< 0,25%C) c Chọn nhiệt độ thời gian thấm Nhiệt độ thấm: TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 74 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở - Nguyên tắc chọn nhiệt độ thấm cacbon cho thép có tổ chức hoàn toàn γ (vì có tổ chức có khả hoà tan nhiều cacbon) - Nhiệt độ cao, trình khuếch tán mạnh, nhanh đạt chiều sâu lớp thấm Do vậy, người ta sử dụng nhiệt độ thấm cacbon cao song nhiệt độ cao làm hạt γ lớn nên làm tăng tính dòn - Theo thực nghiệm Dcmax (920 ÷ 950)0C nên người ta thường chọn nhiệt độ thấm khoảng để có trình khuếch tán mạnh - Sau thấm, nồng độ cacbon tăng từ C → C1 đồng thời làm thay đổi tổ chức bề mặt chi tiết Cụ thể lõi, chi tiết tổ chức P + Fe (đảm bảo tính dẻo lõi) tiếp P bề mặt chi tiết có tổ chức P + XeII (đảm bảo độ cứng bề mặt) Hay nói khác đi, tổ chức thép thay đổi từ trước tích → tích → sau tích tương ứng từ lõi bề mặt chi tiết - Nồng độ cacbon lớp bề mặt đạt từ (0,9 ÷ 1,1)% chiều sâu lớp thấm đảm bảo tính chống mài mòn phải đạt từ (0,8 ÷ 1,2)mm Thời gian thấm: Thời gian thấm cacbon phụ thuộc chủ yếu vào chiều dày lớp thấm yêu cầu, nhiệt độ thấm môi trường thấm - Chiều dày lớp thấm yêu cầu lớn, thời gian thấm dài, mức tăng thời gian thấm lớn nhiều so với mức tăng chiều dày lớp thấm - Nhiệt độ tăng cao, thời gian thấm ngắn Nhiệt độ thấm phụ thuộc vào loại thép dùng - Môi trường thấm khác thời gian thấm khác Thấm môi trường lỏng thời gian ngắn nhất, sau đến dài môi trường rắn d Các phương pháp thấm cacbon Tuỳ theo trạng thái chất thấm khác mà người ta phân làm phương pháp thấm khác nhau: Thấm thể rắn, thấm thể lỏng thấm thể khí * Thấm cacbon thể rắn Phương pháp thấm: Hỗn hợp than hoa chất trơ dung (dùng muối cacbonat) TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 75 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở - Than hoa đập vụn (cỡ hạt từ 0,5 ÷ 1µm) trộn với chất trợ dung (BaCO3) với chi tiết cần thấm đóng vào hộp kín, chi tiết cách cách thành hỗn hợp khoảng 25 ÷ 40µm Sau đưa hộp vào nung đến nhiệt độ thấm - nhiệt độ thấm, thép có tổ chức hoàn toàn γ điều kiện thiếu oxi nên xảy phản ứng hoá học 2C + O2 → 2CO Khi gặp bề mặt thép tác dụng xúc tác nó, khí CO bị phân hoá tạo thành cacbon nguyên tử 2CO → CO2 + Cnguyên tử Các muối cacbonat đóng vai trò quan trọng phân hoá nhiệt độ cao thành khí CO2 khí có lợi cho việc tạo thành cacbon nguyên tử theo phản ứng: + Cnguyên tử Cacbon nguyên tử tạo thành bề mặt thép có tính hoạt cao, bị hấp thụ khuếch tán vào lớp bề mặt đến chiều dày định Nguyên tử cacbon xen kẽ vào mạng γ làm thành phần pha tăng lên Đặc điểm: - Đơn giản, dễ thực hiện, rẻ tiền - Không thể điều chỉnh nồng độ cacbon thấm vào lớp bề mặt theo yêu cầu, thường nồng độ cacbon đạt 1,2% ứng với giới hạn hoà tan cacbon γ - Thời gian thấm dài nhiều thời gian nung nóng hộp chứa than - Khó khí hoá, tự động hoá, điều kiện đóng hộp bụi, bẩn, suất thấp Do đặc điểm trên, mà thấm cacbon thể rắn không áp dụng cho chi tiết quan trọng * Thấm cacbon thể lỏng Phương pháp thấm: Dùng hỗn hợp muối nóng chảy gồm: (75 ÷ 85%) Na2CO3 + (10 ÷ 15%) NaCl + (6 ÷ 10%) SiC nhiệt độ 840 ÷ 8600C Trong SiC thành phần để thấm cacbon nên thành phần giảm trình làm việc Đặc điểm: TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 76 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở - Thời gian ngắn, nung nóng thấm đồng - Không điều chỉnh nồng độ cacbon lớp bề mặt - Khó thao tác lò, điều kiện lao động không tốt - Khó khí hoá, tự động hoá, suất thấp - Không thấm cho chi tiết lớn phải dùng lò muối điện cực có kích thước bé * Thấm cacbon thể khí Phương pháp thấm: Dùng khí CH4 để tạo cacbon nguyên tử theo phương trình phản ứng Cacbon nguyên tử có khả hấp thụ tốt vào bề mặt thép Trong thực tế, người ta dùng hỗn hợp CO, CH hiđrocacbon khác để thấm tạo nhiều cacbon nguyên tử lớp thấm có nồng độ cacbon cao Hỗn hợp khí thấm cacbon thường dùng, thành phần khí có tác dụng thấm CH4, CO hiđrocacbon khác phải có lượng định thành phần khí khác CO2, N2, H2, O2 khí lẫn vào cố ý đưa vào điều chỉnh nồng độ khí thấm nhằm khống chế lượng cacbon bề mặt thép Đặc điểm: - Chất lượng tốt đảm bảo điều chỉnh nồng độ cacbon lớp bề mặt thép theo yêu cầu - Thời gian ngắn nung nóng hộp chứa than - Dễ khí hoá, tự động hoá - Điều kiện lao động tốt, không độc hại - Thiết bị đắt tiền nên thường áp dụng cho chi tiết quan trọng * Nhiệt luyện sau thấm cacbon Do thấm cacbon nhiệt độ cao (920 ÷ 950)0C nên thép có trạng thái hạt γ lớn làm nguội thu tổ chức M thô, suất nhiều vết nứt tế vi ứng ứng suất dư lớn buộc phải nhiệt luyện sau thấm cacbon Chế độ nhiệt luyện: - Nhóm có hạt di truyền hạt lớn: Tại nhiệt độ thấm, tạo γ hạt lớn nên làm xấu tính Nhiệt luyện sau thấm phải đảm bảo bề mặt cứng mà phải khắc phục khuyết tật Do phải tiến hành hai lần tôi: lần thứ - cho lõi để làm nhỏ hạt, lần thứ hai - cho bề mặt để đạt độ cứng cao Như vậy, nhiệt độ lần phải khác TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 77 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở lõi thép trước tích có nhiệt độ cao bề mặt thép sau tích tích Nên chế độ nhiệt luyện loại thép này: Tôi lần + ram thấp Tôi lần 1: Cho phần lõi mà Ttôi = 850 ÷ 8700C với mục đích: + Làm nhỏ hạt thép, nung tới nhiệt độ > Ac3 lõi có chuyển biến F + P →γ hạt nhỏ +) Làm lưới XeII lớp bề mặt làm nguội nhanh pha không kịp tiết khỏi γ Sau lần này, độ cứng bề mặt không đạt giá trị cao để đủ chống mài mòn, phải tiếp lần Tôi lần 2: Cho bề mặt nhiệt độ 760 ÷ 7800C để bề mặt thép sau tích tích có độ cứng lớn Lần không ảnh hưởng xấu đến kết đạt lần trước Ram thấp: Nhiệt độ 180 ÷ 2800C với mục đích khử bỏ phần ứng suất mà giữ độ cứng cao bề mặt Đặc điểm phạm vi áp dụng: Thép thu có tính tốt (hạt nhỏ, độ dẻo lõi cao, bề mặt cứng), nung nóng làm nguội nhiều lần dễ sinh oxy hoá, thoát cacbon biến dạng, chu trình công nghệ dài, tốn hơn, áp dụng cho chi tiết quan trọng, có yêu cầu cao tính làm thép cacbon - Nhóm có hạt di truyền hạt nhỏ: Đối với chi tiết quan trọng, làm thép cacbon hợp kim áp dụng phương án lần ram thấp đó, tiến hành cho bề mặt Đối với thép có hạt chất nhỏ, dù giữ nhiệt lâu nhiệt độ cao, hạt giữ kích thước bé không cần nguyên công nhiệt luyện làm nhỏ hạt tiến hành trực tiếp sau thấm cacbon mà không cần có trình nung nóng lại Tôi lần 1: Nhiệt độ từ 750 ÷ 7700C Ram thấp: Nhiệt độ ram từ 180 ÷ 2200 Đặc điểm: Rút ngắn thời gian thực hiện, dễ khí hoá, tự động hoá, cho suất cao nên thường áp dụng cho chi tiết đơn giản * Tổ chức tính chi tiết thấm cacbon TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 78 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở Sau nhiệt luyện, toàn chi tiết thấm cacbon có tổ chức Mram bề mặt nồng độ cacbon cao, M có độ cứng cao với lượng định cacbít dư đảm bảo tính chống mài mòn cao lõi, thành phần cacbon thấp, M có độ cứng trung bình với độ bền tốt độ dẻo tương đối cao - Độ cứng bề mặt phải đạt 60 ÷ 63 HRC, độ cứng lõi 30 ÷ 40 HRC - Độ cứng bề mặt cao có tính chống mài mòn tốt thường chọn công nghệ thấm cacbon cho chi tiết làm việc điều kiện "nặng" (Ví dụ bánh giảm tốc) Chú ý: Với thép hợp kim cao, sau thấm cacbon phải kết hợp gia công lạnh Thép có Ti, V (thép có hạt di truyền hạt nhỏ), tiến hành lần + ram thấp 2.5.3.6 Thấm Nitơ a Định nghĩa mục đích Thấm nitơ phương pháp hoá nhiệt luyện nhằm bão hoà lớp bề mặt thép nitơ tạo pha xen kẽ có độ cứng độ phân tán cao Do làm tăng độ cứng, độ bền tính chống mài mòn chi tiết b Cấu tạo lớp thấm nitơ Thấm nitơ tiến hành thể khí Người ta tiến hành thấm nitơ cách nung nóng chi tiết dòng khí amoniac (NH 3) nhiệt độ 480 ÷ 6500C nhiệt độ mà bị phân hoá mạnh theo phản ứng Nitơ nguyên tử có hoạt tính cao, bị hấp thụ khuếch tán vào mặt thép Cơ sở để xác định tổ chức lớp thấm nitơ giản đồ trạng thái Fe - N Các pha hệ Fe - N gồm có: α- dung dịch rắn xen kẽ nitơ Feα - Fenitnitơ γ- dung dịch rắn xen kẽ nitơ Feγ - Auxtenit nitơ Chỉ tồn nhiệt độ cao 591 0C, nhiệt độ làm γ phân hoá thành hỗn hợp tích [α + γ'] γ': dung dịch rắn sở pha xen kẽ kiểu Fe 4N - pha có độ cứng cao (>1200HV) ε: dung dịch rắn sở pha xen kẽ kiểu Fe2N c Công nghệ thấm nitơ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 79 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở - Khi thấm nitơ, để đạt độ cứng tính chống mài mòn cao, người ta không dùng thép cacbon thông thường, nitrit sắt có khuynh hướng kết tụ nhiệt độ cao, có kích thước lớn, lớp thấm độ cứng tính chống mài mòn thật cao trở nên dòn, dễ tróc Do vậy, để thấm nitơ người ta thường dùng thép hợp kim đặc biệt với nguyên tó Cr, Mo, Al (Vì chúng có áp lực mạnh sắt) có tính phân tán lớn, ổn định nhiệt cao nên lớp thấm có độ cứng tính chống mài mòn cao, chắc, không tróc - Mục đích thấm nitơ tạo pha γ' ε lớp bề mặt nên không cần nâng nhiệt độ đến trạng thái γ hoàn toàn Mặt khác, hệ số khuếch tán Dmax 500 0C nên người ta chọn nhiệt độ thấm khoảng 5000C Thời gian thấm kéo dài, đủ để tạo pha xen kẽ - Không thể ram sau thấm nitơ, lớp thấm mỏng, nung nóng t0 cao dễ gây hư hỏng Do nhiệt độ thấm thấp nhiệt độ ram nên trình thấm không làm giảm tính cao lõi đạt ram cao trước d Đặc điểm lớp thấm nitơ + Độ cứng cao, tính chống mài mòn tốt, khả dính bám tốt So với thấm cacbon, thấm nitơ có độ cứng tính chống mài mòn cao rõ rệt Hơn nữa, tính chất lớp thấm giữ tới nhiệt độ cao 500 ÷ 6000C theo giản đồ trạng thái Fe-N cấu trúc lớp thấm không thay đổi nhiệt độ 5910C + Nâng cao độ bền mỏi tạo nên lớp ứng suất nén dư bề mặt + Nâng cao tính chống mài mòn khí Bề mặt lớp thấm nitơ có tổ chức pha ε có tính bảo vệ tốt cấu tạo xít chặt + Thời gian trình thấm dài tiến hành thấm nitơ thể khí → Vì lý trên, mà thấm nitơ thường áp dụng cho chi tiết máy quan trọng trục khuỷu trục quan trọng 2.5.3.7 Thấm Cacbon - Nitơ a Định nghĩa mục đích - Thấm cacbon nitơ phương pháp làm b•o hoà (thấm, khuếch tán) đồng thời cacbon nitơ vào bề mặt thép để nâng cao độ cứng tính chống mài mòn Độ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 80 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở cứng tính chống mài mòn lớp thấm cacbon - nitơ cao so với thấm cacbon thấp so với thấm nitơ - Tuỳ thuộc tỷ lệ cacbon nitơ mà lớp thấm gần với thấm cacbon nitơ Nếu trình xảy nhiệt độ cao (920 ÷ 9500C) trình chủ yếu thấm cacbon, nhiệt độ thấp (500 ÷ 5500C) trình chủ yếu thấm nitơ b Các phương pháp thấm - Thấm cacbon nitơ thể rắn Tiến hành giống thấm cacbon thể rắn Trong chất th ấm có 20 ÷ 40% muối K4Fe (CN)6 muối K3Fe(CN)6; 10%Na2CO3 lại than gỗ Phương pháp thường dùng cho dụng cụ thép gió, thép crôm cao để tăng độ cứng, tính chống mài mòn tính cứng nóng song môi trường độc, suất thấp nên dùng - Thấm cacbon - nitơ thể lỏng: Thấm cacbon - nitơ thể lỏng tiến hành bể muối mà thành phần gồm muối xianua: NaCN; KCN, K4Fe(CN)6, K3Fe(CN)6 muối trung tính Na2CO3, NaCl, KCl Tuỳ theo nhiệt độ thấm mà phạm vi áp dụng khác song phương pháp bị hạn chế áp dụng môi trường thấm độc - Thấm cacbon - nitơ thể khí: Về bản, cách thấm không khác thấm cacbon thể khí nhiều có nhiều ưu điểm hơn, tạo pha cabon - nitrit (Fe 3CN) phân tán, cứng làm tăng tính chống mài mòn, thời gian thấm ngắn, suất cao, thời gian sử dụng thiết bị thấm kéo dài nên phương pháp thường áp dụng rộng rãi thường sử dụng sản xuất chi tiết ôtô, máy kéo, động Ngoài phương pháp thấm cacbon, nitơ, cacbon - nitơ, người ta thấm số nguyên tố khác Bo, Cr, Al, Si nhằm đạt mục đích khác người sử dụng 2.5.4 Phương pháp nhiệt luyện * Cơ nhiệt luyện: - Định nghĩa: Là trình hóa bền cho phép nhờ kết hợp trình học (biến dạng dẻo) với trình nhiệt luyện (tôi) thép - Bản chất: TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 81 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở +) Cơ nhiệt luyện trình tiến hành chế hóa bền biến dạng dẻo γ trình công nghệ Sau nhiệt luyện, thép ram thấp 100 ÷ 2000C Tổ chức nhận Mram +) Do biến dạng dẻo, hạt γ trở nên nhỏ hơn, tạo nên nhiều block, mật độ lệch cao tổ chức M nhỏ, mịn nên có kết hợp cao độ bền, độ dẻo độ dai mà chưa có phương pháp hóa bền có - Phân loại: Tùy thuộc vào nhiệt độ biến dạng γ cao hay thấp nhiệt độ kết tinh, người ta chia - nhiệt luyện nhiệt độ cao nhiệt độ thấp +) Cơ nhiệt luyện nhiệt độ cao Trong nhiệt luyện nhiệt độ cao, người ta biến dạng thép nhiệt độ cao Ac3 kết tinh lại γ không kịp tiến hành Cơ nhiệt luyện nhiệt độ cao có đặc điểm: phạm vi áp dụng rộng rãi cho loại thép kể thép cacbon, dễ tiến hành (vì nhiệt độ cao Ac3 γ dẻo ổn định); có độ dẻo, độ dai cao song độ bền thấp nhiệt luyện nhiệt độ cao thường thực xưởng cán nóng thép thành bán thành phẩm +) Cơ nhiệt luyện nhiệt độ thấp Trong nhiệt luyện nhiệt độ thấp, người ta biến dạng thép nhiệt độ γ nguội có tính ổn định tương đối cao (400 ÷ 6000C) nhiệt độ phải cao Ms thấp nhiệt độ kết tinh lại cần phải tránh γ chuyển biến thành T B Cơ nhiệt luyện nhiệt độ thấp có đặc điểm áp dụng cho thép hợp kim thép có tính ổn định γ nguội cao, khó tiến hành công nghệ phức tạp, độ bền đạt cao độ dẻo, dai không cao Nếu sau - nhiệt luyện lại tiến hành biến dạng nguội Mram làm tăng độ bền - Phạm vi áp dụng: Hiện nay, nhiệt luyện áp dụng xưởng cán thép nhà máy luyện kim để sản xuất bán thành phẩm (thép tấm, thép hình) TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 82 Môn học: Vật liệu khí ... Đường cong bắt đầu hoà tan XeII → γ TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 48 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở (4): Đường kết thúc hoà tan XeII → γ 2.4.1.3 Cơ chế hình thành γ nung... TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT 43 Môn học: Vật liệu khí Giáo viên: VŨ THẾ TRUYỀN Tổ môn sở α: dung dịch rắn xen kẽ B A β: dung dịch rắn xen kẽ A B II, II: α, β tiết trạng thái rắn [α + β]: hỗn... dụng đầu ngót để khắc phục tượng lõm co vật đúc * Rỗ khí - Khái niệm: Hiện tượng túi khí nhỏ tạo nên trình kết tinh độ hòa tan khí kim lọai giảm đột ngột khí không kịp bị mắc kẹt - Đặc điểm: +