Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính nhằm ổn định công nghệ thấm nitơ thể khí lên một số loại thép thông dụng ở Việt Nam. (LA tiến sĩ)

Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính nhằm ổn định công nghệ thấm nitơ thể khí lên một số loại thép thông dụng ở Việt Nam. (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính nhằm ổn định công nghệ thấm nitơ thể khí lên một số loại thép thông dụng ở Việt Nam. (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính nhằm ổn định công nghệ thấm nitơ thể khí lên một số loại thép thông dụng ở Việt Nam. (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính nhằm ổn định công nghệ thấm nitơ thể khí lên một số loại thép thông dụng ở Việt Nam. (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính nhằm ổn định công nghệ thấm nitơ thể khí lên một số loại thép thông dụng ở Việt Nam. (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính nhằm ổn định công nghệ thấm nitơ thể khí lên một số loại thép thông dụng ở Việt Nam. (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính nhằm ổn định công nghệ thấm nitơ thể khí lên một số loại thép thông dụng ở Việt Nam. (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính nhằm ổn định công nghệ thấm nitơ thể khí lên một số loại thép thông dụng ở Việt Nam. (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính nhằm ổn định công nghệ thấm nitơ thể khí lên một số loại thép thông dụng ở Việt Nam. (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính nhằm ổn định công nghệ thấm nitơ thể khí lên một số loại thép thông dụng ở Việt Nam. (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính nhằm ổn định công nghệ thấm nitơ thể khí lên một số loại thép thông dụng ở Việt Nam. (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính nhằm ổn định công nghệ thấm nitơ thể khí lên một số loại thép thông dụng ở Việt Nam. (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính nhằm ổn định công nghệ thấm nitơ thể khí lên một số loại thép thông dụng ở Việt Nam. (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính nhằm ổn định công nghệ thấm nitơ thể khí lên một số loại thép thông dụng ở Việt Nam. (LA tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính nhằm ổn định công nghệ thấm nitơ thể khí lên một số loại thép thông dụng ở Việt Nam. (LA tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI NGUYEN NGQC MINH NGHIEN CUU ANH HUONG CUA CAC YEU TO CHINH NHAM ON DINH CONG NGHE THAM NITO THE KHi LEN MOT SO LOAI THEP THONG DUNG O VIET NAM LUAN AN TIEN Si KHOA HOC VAT LIEU Hà Nội — 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYEN NGOC MINH NGHIEN CUU ANH HUONG CUA CAC YEU TO CHINH NHAM ON DINH CONG NGHE THAM NITO THE KHi LEN MOT SO LOAI THEP THONG DUNG O VIET NAM Chuyên ngành: Mã số: Kim loại học 62440129 LUAN AN TIEN Si KHOA HOC VAT LIEU NGUOI HUONG DAN KHOA HOC: PGS TS Nguyén Van Tu TS Nguyén Van Hién LỜI CÁM ƠN Tôi xin chân thành cám ơn PGŒS TS Nguyễn Văn Tư TS Nguyễn Văn Hiển, người Thày tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, bảo động viên suốt trình thực luận án Toi xin chân thành cảm ơn Bộ môn Vật liệu học, Xử lý nhiệt Bê mặt, Bộ môn chuyên môn khác thuộc Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu, Viện Đào tạo sau đại học tạo điều kiện để tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cám ơn Ban lãnh đạo Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu tạo điều kiện để tơi hồn thành luận án Xin cảm ơn Anh, Chị, Em Các bạn đồng nghiệp Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu đặc biệt Bộ môn Vật liệu học- Xử lý nhiệt Bê mặt, giúp đỡ tơi rat nhiều việc hồn thành phần thực nghiệm luận án Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới bạn bè, gia đình người thân bên, động viên khích lệ đề tơi sớm hồn thành luận án LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Văn Tư TS Nguyễn Văn Hiến TÁC GIÁ Nguyễn Ngọc Minh MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục bảng biểu hình vẽ iv Danh mục ký hiệu chữ viết tắt ix 2.1.1 Thế nitơ trình thấm 2.1.2 Hoạt độ nitơ môi trường thấm 2.1.3 Hoạt độ nitơ thép 2.1.4 Hệ số truyền nitơ 2.2 Câu trúc lớp thấm nitơ thể khí 2.3 Ảnh hưởng yếu tố cơng nghệ đến hình thành lớp thấm 2.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ 2.3.2 Ảnh hưởng thấm Kạ WwW Ww F&F Nunn WW HK fF UH - DUH ee Be Ccà 2.1 Cơ sở q trình thắm nitơ thể khí - Chương 2: Cơ sở lý thuyết thấm nitơ thể khí cổ 1.4.3 Nội dung nghiên cứu —- 1.4.2 Đối tượng nghiên cứu ¬\' 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu = 1.4 Mục tiêu, đối tượng nội dung nghiên cứu ` 1.3 Ưu nhược điểm loại hình cơng nghệ BS 1.2.3 Phương pháp thấm nitơ plasma © 1.2.2 Phương pháp thấm nitơ thể lỏng NY 1.2.1 Phương pháp thâm nitơ thể khí CC 1.2 Các phương pháp thấm nitơ + 1.1.2 Công nghệ thấm nitơ Việt nam NN 1.1.1 Công nghệ thấm nitơ giới + Công nghệ thấm nitơ giới Việt nam YN 1.1 S5 Chương I1: Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ thấm nitơ Q0 Mé đầu 2.3.2.1 Ảnh hưởng thành phan chất thắm 2.3.3.2 Ảnh hưởng thời gian lưu 2.3.3 Ảnh hưởng thời gian thấm yếu tô khác Chương 3: Thiết bị phương pháp nghiên cứu 3.1 Nguyên vật liệu sử dụng 3.2 Thiết bị sử dụng 3.2.1 Thiết bị đo độ phân hủy NHạ 3.2.2 Thiết bị đánh giá tổ chức tính chất lớp thắm 3.2.3 Thiết bị thực nghiệm 3.3 Phương pháp nghiên cứu 3.3.1 Đánh giá mức độ khuyếch tán nitơ tiết pha nitorit 3.3.2 Phương pháp xác định hệ số truyền B 3.3.3 Phương pháp xác định ảnh hưởng thông số công nghệ 3.4 Các quy trình thực nghiệm 3.4.1 Quy trình xử lý nhiệt luyện trước thắm 3.4.2 Quy trình thắm Chương 4: Kết bàn luận 4.1 Kết phân tích đánh giá mẫu trước thắm 4.1.1 Kết qua ảnh hiển vi quang học 4.1.2 Kết phân tích hiển vi điện tử quét 4.1.3 Kết phân tích nhiễu xạ Rơn ghen 4.2 Kết phân tích đánh giá mẫu sau thấm 4.2.1 Kết quan sát hiển vi quang học 4.2.2 Kết phân tích hiển vi điện tử quét 4.2.3 Kết phân tích nhiễu xạ Rơn ghen 4.3 Sự hình thành phát triển lớp thấm 4.3.1 Sự hình thành phát triển lớp thấm thép C20 4.3.2 Sự hình thành phát triển lớp thấm thép SKD6I1 4.3.3 Sự tồn lỗ xốp lớp trắng 4.4 Ảnh hưởng thông số đầu vào đến thắm K„ 4.4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ 4.4.2 Ảnh hưởng thời gian lưu 4.4.3 Ảnh hưởng thành phần khí thắm ii 26 28 29 32 33 34 34 35 37 39 39 39 40 40 40 42 44 44 44 45 49 50 50 51 63 65 65 68 73 74 74 75 76 4.5 Hệ số truyền chất (B) 4.5.1 Ảnh hưởng thấm 71 4.5.2 Ảnh hưởng nhiệt độ 82 80 4.6 Ảnh hưởng yêu tô cơng nghệ đến tổ chức tính chất lớp thắm 83 4.6.1 Ảnh hưởng nhiệt độ 83 4.6.2 Ảnh hưởng thấm Kạ 86 4.6.2.1 Ảnh hưởng thời gian lưu 87 4.6.2.2 Ảnh hưởng thành phần khí thắm 89 4.6.3 Ảnh hưởng thời gian thắm 94 Kết luận chung kiến nghị 104 Danh mục cơng trình khoa học liên quan đến luận án công bố 107 Tài liệu tham khảo 108 iii DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ, ĐỊ THỊ Danh mục bảng Bang 1.1: So sánh ưu nhược điểm công nghệ thấm nitơ [25] Bang 2.1: Cac pha thường gặp hệ Fe-N [16,20,89] Bang 2.2: Hệ số khuyếch tán nitơ ø nhiệt độ khác [68] Bang 2.3: Thừa số nhiệt độ theo công thức Harries [55] Bang 3.1: Thành phân hóa học mác thép nghiên cứu Bang 4.1: Năng lượng nhiệt hình thành số hop chat tai 298.15K, AHf, kJ mol-1[25,54] Bảng giá trị phân bố nông độ nguyên tô số vị trí vùng khuếch Bang 4.2: tán lớp thấm nitơ thép SKD61(số liệu mang tính tham khảo kết phân tích chịu ảnh hưởng vùng lân cận) Bang 4.3: Tính tốn thành phan Xémentit (Fe3C)/Ferrit (Feg) cho ving nén Bang 4.4: Cấu trúc tỉnh thể Fe„(C), số cacbit nitorit [25,26,75,77,79] Bang 4.5: Ảnh hưởng nhiệt độ đến thé thắm K„ Bang 4.6: Ảnh hưởng thời gian lưu đến thắm Ks Bang 4.7: Anh hưởng thành phần khí thấm đến thể thắm K„ Bang 4.8: Các chế độ thấm thực nghiệm để xác định hệ số truyễn chất ( 8) Bang 4.9: Khối lượng nitơ khuếch tán thép mỏng thực nghiệm Bang 4.10: Bang 4.11: Hệ số truyền chat ( 0) mác thép nghiên cứu Bang 4.12: Bảng giá trị độ cứng mẫu thép phụ thuộc vào ảnh hưởng nhiệt độ Bang 4.13: Các thông số đánh giá ảnh hưởng thời gian lưu Bang 4.14: Bảng giá trị độ cứng mẫu thép phụ thuộc thời gian lưu Bang 4.15: Các chế độ pha lỗng khí thắm sử dụng N› độ phân húy đo Bang 4.16: Bảng kết phân bồ độ cứng phụ thuộc thành phân khí thắm Bang 4.17: Các giá trị thấm sử dụng khí pha lỗng N¿ voi p=1.2at Bang 4.18: Các thơng số thắm nitơ thé khí cho nhóm thép thực nghiệm Bang 4.19: Bảng kết phân bố độ cứng phụ thuộc thời gian thắm Bang 4.20: Ảnh hưởng thời gian thắm đến chiều sâu lóp thấm hiệu loại Bảng giá trị tính tốn thé thám, hoạt d6 cua nito mơi trường thắm thép mỏng tính tốn chương trình Thermo-cale thép thực nghiệm Bang 4.21: Số liệu thống kê tính giá trị K cho thép C20 Bang 4.22: Các giá trị tính tốn hệ số Herries-K loại thép theo thực nghiệm Bang 4.23: Ảnh hưởng thời gian thắm đến chiêu sâu lớp thắm hiệu thép C20 nhiệt độ thâm 10°C theo thực nghiệm theo lý thuyết tính tốn Bang 4.24: Bảng kết phân bồ độ cứng thắm 510°C, 530°C va 550°C Bang 4.25: Bảng tổng kết thông số công nghệ nhằm ổn định quy trình thấm nito thé khí cho nhóm thép thực nghiệm iv Danh mục hình đồ thị Hinh 1.1: Một kiểu sơ đô hệ thống thấm nito plasma [65] Hinh 1.2: Đặc trưng điện ap va dong điện chiều phát quang [23] Hinh 1.3: Mơ hình hình thành lóp bê mặt thấm nitơ plasma 80} Hinh 1.4: Ảnh hưởng thành phần khí đến cấu trúc lớp tham nito plasma [65] Hinh 1.5: Sơ mơ tả kỹ thuật trờng nóng tường lạnh [41] Hinh 1.6: Hinh 1.7: Sơ đồ hệ thống phương pháp ASPN [28] Sơ đồ hệ thống phương pháp PDN [5] Hinh 1.8: Sơ đồ hệ thống phương pháp PPN [37J Hinh 2.1: Sự hình thành lóp thấm nito thé [1,88] Hinh 2.2: Sơ đồ mô tả thay đổi hoạt độ N từ môi trường thấm vào thép Hinh 2.3: Gian đồ pha Fe-N [89] Hinh 2.4: Giản đô Lehrer thể ổn định pha Fe-N [49] Hinh 2.5: Mỗi quan hệ giản đồ pha Fe-N nông độ/chiều sâu phát triển lớp đơn pha ø-Fe2NI-x y-FeAN nên ø-Fe [55] Hinh 2.6: Sơ đô cấu trúc lớp thấm nitơ thể khí [43] Hinh 2.7: Ảnh hưởng nhiệt độ đến mức độ phân hủy NH; lưu lượng khí khác Thực nghiệm lị giếng kích thước trung bình Khí sử dụng 100% NH3 [25] Hinh 2.8: Sự biến đổi thấm nitơ (Kn) với mức độ phân hủy NH3 môi trường Hinh 2.9: Ảnh hưởng tốc độ dòng NH; đến giá trị độ cứng lớn chiều dày lớp tham (NH3 + Nz + 5%CO2) tai S800C [25] thấm nitơ thể khí thực thép cacbon cực thấp c6 hop kim héa thém titan [42] Hinh 2.10: Mới quan hệ chiều sâu lớp thấm thời gian thắm Hinh 2.11: Ảnh hưởng nguyên tổ hợp kim (a) - ảnh hưởng nguyên tổ hợp kim đến độ cứng lớn thép thấm nitơ, thực 524°C-48h; (b) - ảnh hưởng nguyên tô hợp kim đến chiều dày lớn trắng, thực 550°C- 24h [47] Hinh 3.1: Sơ đô mơ tả trình tự nghiên cứu trén cdc mau tham nito thể khí Hinh 3.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động sensor hydro [86] Hinh 3.3: Sensor Sensor connection KF]6 Hinh 3.4: TCD Gas Analyzer Gasboard-7000 Hinh 3.5: Kinh hién vi quang hoc Axiovert 25A Hinh 3.6: Máy đo độ cứng Struers Duramin-2 Hinh 3.7: Hiển điện tử quét xạ trường (FESEM) Hinh 3.8: Thiết bị nhiễu xạ tia X (D5005) Hinh 3.9: Lò nhiệt luyện mẫu trước thắm Hinh 3.10: Thiết bị lị thắm nitơ Hình 3.11: Sơ đồ bồ trí thiết bị cung cấp khí kiểm sốt mức độ phân hủy nhiét NH; Hình 3.12: Quy trình thường hóa mẫu 20CrMo C20 trước thắm Hình 3.13: Quy trình nhiệt luyện hóa tốt cho thép SKD61 [79] Hình 3.14: Quy trình nhiệt luyện hóa tot thép 30CrNi2MoVA [80] Hình 3.15: Quy trinh tham nito thể khí Hinh 4.1: Ảnh tổ chức tế vi mẫu xử lý nhiệt luyện trước thấm với độ phóng đại 500 lan: (a) thép C20, (b) thép 20CrMo, (c) thép 30CrNi2MoVA (d) thép SKDó1 Hinh 4.2: Ảnh hiển điện tử quét mẫu thép SKD6I sau (a) phổ EDX xác định thành phần cdc hat cacbit (b) Hinh 4.3: Phân bố nguyên tổ thép SKD61 sau toi bang phd mapping: (a) bê mặt thực mẫu thép, (b) phân bố hàm lượng Fe, (c) phân bố hàm lượng Cr, (d) phân bố hàm lượng V, (e) phân bố hàm lượng Mo (ƒ) phân bố hàm lượng C Hinh 4.4: (a) ánh hiển vi điện tử quét (b) ảnh tâm thực màu cácbit phóng đại 1000 lần mẫu thép SKD61 sau ram Hinh 4.5: Phân bố nguyên tô tháp SKD61 sau ram phổ mapping: (a) ảnh SEM tổ chức tế thép, (b) phân bố hàm lượng Fe, (c) phân bố hàm lượng €, () phân bố hàm lượng Cr, (e) phân bố hàm lượng V (f) phân bố hàm lượng Mo Hinh 4.6: Kết nhiễu xạ tia X với mẫu thép trước thấm (a) - thép C20; (b) - thép 20CrMo; (c) - thép 30CrNi2MoVA; (d) - thép SKD61 Hinh 4.7: Ảnh hiển vi quang học quan sát tổ chức lớp thắm hình thành bề mặt mẫu thép khối với độ phóng đại 500 lần Mẫu thấm 550 °C sử dụng 100% NH; với K„ạ = 1,6 thời gian thấm 8h: (a) mẫu thép C20; (b) mẫu thép 20CrMo; (c) mẫu thép 30CrNi2MoVA; (d) mẫu thép SKDóI (e) mẫu thép đóng rắn bột nhựa Hinh 4.8 Ảnh hiển vi điển tử quét quan sát tổ chức lớp thấm hình thành bề mặt mẫu thép mỏng thời gian thấm 30CrNi2MoVA; Mẫu 8h: thắm (a) mẫu 550 °C sử dụng thép C20; (d) mẫu tháp SKD6I (b) mẫu 100% NH; với K„ = 0,7 thép 20CrMo; (c) mẫu thép (e) mẫu thép đóng rắn keo đóng rắn epoxy Hinh 4.9 Phổ phân bố hàm lượng nguyên tô tiết diện ngang mẫu mỏng C20 sau thắm 550°C sử dụng 100% NH: với K, = 0,7 thời gian thấm 8h: (a) diện tích quét bề mặt mẫu thực; (b) phân bố hàm lượng nitơ (e) phân bố hàm lượng sắt Hinh 4.10: Phổ phân bố hàm lượng nguyên tô tiết diện ngang mẫu mỏng 20CrMo sau thắm 550 °C sử dụng 100% NH: với K„ạ = 0,7 thời gian thấm 8h: (e) điện tích quét bễ mặt mẫu thực; (a) phân bố hàm lượng niơ; (b) phân bố hàm lượng sắt; (C) phân bó hàm lượng Mo (d) phân bồ ham lượng Cr Hinh 4.11: Phổ phân bố hàm lượng nguyên tó tiết diện ngang mẫu khối 20CrMo sau tơi 920C: (a) diện tích quét bê mặt mẫu thực; (b) phân bé ham lượng sắt; (c) phân bó hàm lượng cácbon; (d) phan bó hàm lượng M (e) phân bó hàm lượng Cr Hinh 4.12: Phổ phân bố hàm lượng nguyên tô tiết diện ngang mẫu khối 20CrMo sau vi ... thấm nitơ plasma © 1.2.2 Phương pháp thấm nitơ thể lỏng NY 1.2.1 Phương pháp thâm nitơ thể khí CC 1.2 Các phương pháp thấm nitơ + 1.1.2 Công nghệ thấm nitơ Việt nam NN 1.1.1 Công nghệ thấm nitơ. .. THÁM NITƠ 1.1 Cơng nghệ thấm nitơ giới Việt nam Thực trạng ứng dụng công nghệ thấm nitơ nay, dựa báo khoa học, thông tin từ nhà sản xuất công bố gần cho phép khái quát phần thực trạng ứng dụng công. .. Tình hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ thấm nitơ Chương 2: Cơ sở lý thuyết thấm nitơ thể khí Chương 3: Thiết bị phương pháp nghiên cứu Chương 4: Kết bàn luận CHƯƠNG 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU