Phương pháp nhiệt luyện chốt PistonChọn vật liệuDo nhiệt độ làm việc của chốt piston tương đối cao (373oC), mà chốt piston lại khó chuyển động xoay tròn trong bệ chốt nên rất khó bôi trơn, ma sát dưới dạng nữa ướt do vậy rất dễ bị ăn mòn.Do yêu cầu kỹ thuật của piston , vật liệu dùng để chế tạo chốt phải có sức bền cao, chịu được mài mòn tốt và giới hạn mỏi cao.Vật liệu thường dùng là thép hoặc thép hợp kim có thành phần cacbon thấp như thép C15, C20, 20Cr, 15CrMn, 18CrNiMn…. Các loại thép này khi nhiệt luyện đều phải thấm than hoặc Xianuya hóa hoặc Nitow hóa rồi tôi đạt độ cứng bề mặt cao, Nitơ hóa thường dùng là NH3 còn Xianuya hóa dùng NaCN hoặc hỗn hợp (3040)% K4F2(CN)6 + 10% Na2CO3 + than hoa. Với động cơ tốc độ trung bình và tốc độ thấp cũng hay dùng thép Cacbon có thành phần Cacbon.Xác định gang để chế tạo chi tiết bánh răng có đường kính 2m, dày 200 mm, vận tốc quay bé hơn 10 vòngphút.
Giảng đồ trạng thái Nếu thép nung nóng đến nhiệt độ thấp Ac1, thép chưa có chuyển biến gì, làm nguội khơng có chuyển biến Xét trường hợp làm nguội thép nung tới trạng thái γ (lớn nhiệt độ Ac1) Làm nguội phân trường hợp: làm nguội đẳng nhiệt làm nguội liên tục Thí Nghiệm: Làm thí nghiệm với thép tích (0.8% C) Nung đến trạng thái hoàn toàn γ, giữ nhiệt Tiến hành làm nguội xuống nhiệt độ Ac1, giữ đẳng nhiệt nhiệt độ khác Ảnh hưởng độ nguội đến chuyển biến: Lý thuyết γ → P (cùng tích) 7270C, nung trình xảy nhiệt độ thấp 7270C => Chuyển biến xảy với độ nguội ∆T = TA1 - TAr1 Tốc độ chuyến biến γ → P phụ thuộc vào: - Sự chênh lệch lượng tự hỗn hợp F + Xe γ - Tốc độ khuếch tán cacbon Giảng đồ chuyển biết đẳng nhiệt γ nguội: (1) Đường bắt đầu xảy trình chuyển biến γ → P (2) Kết thúc trình chuyển biến γ → P Các sản phẩm phân hóa đẳng nhiệt Auxtenit nguội: - Chuyển biến Peclit (500 ÷ 727)0C: + Chuyển biến P xảy với tạo thành hỗn hợp F + Xe dạng Nếu γ nguội phân hoá nhiệt độ sát A1 (∆t < 500C) Xe dạng có kích thước lớn Hỗn hợp gọi Peclit + Với ∆T= 500 đến 1000C Xe dạng với kích thước hạt bé Hỗn hợp gọi Xoocbit (X) + Với ∆T= 500 ÷ 6000 (quá nguội ổn định nhất) Xe dạng xong bé dạng Xoocbit Tổ chức gọi Trutxtit (T) =>khi tăng độ nguội, số mầm tạo nhiều hỗn hợp trở nên nhỏ mịn độ cứng, độ bền cao - Chuyển biến trung gian (2400 C ÷ 5000C) (sau chuyển biến γ dư) Ở 5000C, γ nguội phân hoá thành hỗn hợp học F Xe với chế đặc điểm riêng (Bainit (B)) Xe có dạng nhỏ mịn Có loại Bainit: Bainit (Bt)- (350 ÷ 500)0C Bainit (Bd)- (240 ÷ 350)0C Xe có dạng nhỏ mịn Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt γ nguội thép trước tích sau tích: Chuyển biến γ → P làm nguội liên tục: Khi làm nguội liên tục có đặc điểm sau: + Với tốc độ nguội khác đạt tổ chức khác Trên giảng đồ làm nguội với tốc độ v1 γ phân hố thành F + Xe, Xe có dạng thơ Với v2 Xe nhỏ mịn Với v3 thu tổ chức Truxtit, sau γ biến thành Mactenxit + Tính ổn định γ nguội tăng + Tổ chức Bainit đạt làm nguôi đẳng nhiệt * Ý nghĩa: Xác định tốc độ nguội hợp lý nhằm thu sản phẩm theo yêu cầu * Cơ chế hình thành Peclit: -P ban đầu có dạng hình cầu giữ nhiệt độ khác tạo thành dạng lớn P, nhỏ X, hay dạng kim T Chuyển biến γ làm nguội nhanh ( chuyển biến Mactenxit): Khái niệm: Khi tiến hành làm nguội thật nhanh γ xuống nhiệt độ thấp Cacbon khơng kịp khuếch tán nên tồn cacbon γ giữ lại mạng Ferit (γ0,8% → α0,8%) gọi chuyển biến Mactenxit Theo giản đồ trạng thái, %C α lớn 0,02% nên %C α 0,8% tạo tổ chức bão hoà cacbon gọi tổ chức Mactenxit (M) Tốc độ nguội nhanh để chuyển biến M phải lớn hay giá trị tới hạn, tức ứng với đường biểu diễn không cắt đường cong chữ "C" tth: thời gian ổn định γ nguội T0: nhiệt độ ứng với thời gian tới hạn T1: nhiệt độ nung Với loại thép xác định có tốc độ nguội tới hạn xác định Với v ng > vng.t.h cho chuyển biến Mactenxit Đặc điểm chuyển biến Mactenxit: - Chỉ xảy tốc độ nguội lớn tốc độ nguội xác định - Chỉ xảy làm nguội liên tục khoảng nhiệt độ xác định ( Ms Mf phụ thuộc vào thành phần cacbon nguyên tố hợp kim γ Auxtenit chứa nhiều cacbon nguyên tố hợp kim (Si, Al, Co) điểm Ms Mf hạ thấp.) - Chuyển biến M xảy theo dạng bùng nổ: Cùng lúc tạo hàng loạt kim M phát triển với tốc độ nhanh (108cm/s) Sự va đập kim M tạo vết nứt tế vi tổ chức M - Chuyển biến M xảy nhiệt độ thấp (thường < 200 0C), cacbon không khuếch tán nên giữ nguyên vị trí * Chuyến biến M chuyển biến khơng hồn tồn (còn lượng γ dư) thể tích riêng M lớn thể tích riêng γ: Lượng γ dư thép phụ thuộc vào yếu tố sau: + Điểm Mf thấp (>200C) γ dư nhiều + Thành phần hố học γ Cơ tính M: * Độ cứng M: Mactenxit dung dịch rắn bão hoà cacbon, độ cứng M phụ thuộc vào lượng cacbon Cacbon cao, độ phương M lớn, mạng tinh thể xô lệch, độ cứng cao, khả chịu mài mòn tốt * Độ dòn M: Tính dòn cao, đặc điểm có liên quan đến độ cứng ứng suất dư nó: + Độ cứng M cao tính dòn lớn, M chứa nhiều cacbon cứng dòn Tuy nhiên, với thành phần cacbon nhau, độ cứng tính dòn khác kích thước hạt M khác + Ứng suất dư tạo thành có ảnh hưởng lớn đến tính dòn gồm có ứng suất nhiệt (do thay đổi nhiệt độ xuất nung làm nguội) ứng suất tổ chức (do chuyển biến tổ chức) Phương pháp nhiệt luyện chốt Piston Khái niệm : chốt piston chi tiết máy nối piston với truyền, truyền lực tác dụng khí thể tác dụng lên piston cho truyền để làm quay trục khủy Vì vậy, chi tiết máy đơn giản quan trọng Trong q trình làm việc, chốt piston chịu lực khí thể lực quán tính lớn, lực thay đổi theo chu kỳ đồng thời có tính chất va đập mạnh, động cao tốc Chọn vật liệu -Do nhiệt độ làm việc chốt piston tương đối cao (373oC), mà chốt piston lại khó chuyển động xoay tròn bệ chốt nên khó bơi trơn, ma sát dạng ướt dễ bị ăn mòn -Do yêu cầu kỹ thuật piston , vật liệu dùng để chế tạo chốt phải có sức bền cao, chịu mài mòn tốt giới hạn mỏi cao -Vật liệu thường dùng thép thép hợp kim có thành phần cacbon thấp thép C15, C20, 20Cr, 15CrMn, 18CrNiMn… Các loại thép nhiệt luyện phải thấm than Xianuya hóa Nitow hóa tơi đạt độ cứng bề mặt cao, Nitơ hóa thường dùng NH3 Xianuya hóa dùng NaCN hỗn hợp (30-40)% K4F2(CN)6 + 10% Na2CO3 + than hoa Với động tốc độ trung bình tốc độ thấp hay dùng thép Cacbon có thành phần Cacbon trung bình thép C35, C40, C45 để chế tạo chốt Piston Chốt làm thép Cacbon thép hợp kim có thành phần Cacbon thấp, trung bình sau tơi, độ cứng bề mặt chốt đạt (50-65) HRC, độ cứng phần ruột đạt (22-30)HRC Chiều sâu lớp đạt (1-1,2)mm Chốt piston làm thép Cacbon hay thép hợp kim thành phần cacbon thấp, lớp thấm than cóc chiều sâu (1-2)mm Quy trình nhiệt luyện chọn thép C20 Quá trình nhiệt luyện chốt piston trải qua giai đoạn: + Thấm cacbon (thấm than) + Tơi + Ram (thấp) • Thấm than : chất thấm chủ yếu than gỗ (hay mùn cưa) chiếm 8090% lượng nhỏ muối cacbonat (Na2CO3, BaCO3…) để làm chất xúc tác, làm nhanh trình thấm Sau trộn cho vào hộp chung với chi tiết, đem nung đến nhiệt độ 900oC, với lớp thấm 1-2mm cần khoảng 10-20h để nung nóng giữ nhiệt Q trình thấm diễn sau: -Than gỗ( mùn cưa) cháy điều kiện thiếu oxy-> oxytcacbon 2C + O2 -> CO2 -Khi CO gặp bề mặt thép bị phân tích 2CO -> CO2 + Cng.tử -Cng.tử tạo thành bị hấp thụ khuếch tán vào thép dạng dung dịch rắn Auxtenit với nồng độ cacbon cao dần Cng.tử + Fe -> Fe(C) :0,2 -> 0,8 -> 1,2%C • Tôi : sau thấm ran (cacbon) chi tiết mang tơi, người ta áp dụng phương pháp trực tiếp thấm than xong nhiệt độ chi tiết mức cao ≥ 900oC, người ta để chi tiết nguội xuống 860->880oC tơi để tránh ứng suất nhiệt Cách tổ chức sau tơi Macstenit, khơng có Ferit dư đảm bảo độ biến dạng nhỏ, để chiều sâu lớp đạt từ 1>1,5mm cần giữ nhiệt làm nguội khoảng 1->1,5h • Ram (thấp) : sau tơi chi tiết đạt độ cứng bề mặt độ dẻo lõi, để đảm bảo chất lượng, tránh chi tiết bị giòn, người ta đem ram thấp nhiệt độ 180->250oC, tổ chức đạt Mactenit ram Thời gian ram lúc khoảng từ 1->1,5h Công đoạn ram kết thúc chi tiết piston đạt độ cứng bề mặt lên tới 50>62 HRC , độ bền lõ tương đối khoảng 20->28 HRC Bài Tập: Xác định gang để chế tạo chi tiết bánh có đường kính 2m, dày 200 mm, vận tốc quay bé 10 vòng/phút Gang hợp kim Fe-C với hàm lượng bon lớn 2,14% Thực tế gang ln có ngun tố khác như: Si, Mn, P S Các loại Gang thơng dụng thường chứa:2,0÷4,0% Các bon; 0,4÷3,5% Si; 0,2÷1,5% Mn; 0,04÷0,65% P; 0,02÷0,15% S Gang loại vật liệu dùng phổ biến ngành khí Gang có tính đúc tốt lại khó hàn có độ chảy loảng cao độ dẻo thấp Các loại gang có graphit:là loại gang mà phần lớn hay toàn cac bon chúng nằm dạng tự graphit nên mặtgãy có màu xám (màu graphit) Tuỳ theo dạng graphit gang mà gang có graphit phân thành loại: - Gang xám - Gang xám biến trắng - Gang cầu - Gang dẻo Gang cầu loại gang có tổ chức graphit thu gọn dạng cầu, gang cầu có độ bền cao loại gang có graphit Graphit dạng cầu nhờ biến tính nguyên tố Mg, Ce nguyên tố đất Gang cầu bề ngồi có màu xám tối gang xám Nên nhìn bề ngồi khơng thể phân biệt hai loại gang Thành phần hóa học gang cầu dao động sau: 3-3,6% C, 2-3% Si, 0,2-1% Mn, 0,04- 0,08% Mg, 0,015% P, 0,03% S Gang cầu có độ dẻo dai cao, đặc biệt sau nhiệt luyện thích hợp Lượng cacbon silic phải cao để đảm bảo khả than chì hóa (%C + %Si) đạt tới 5%-6% Khơng có không đáng kể (880oC tơi để tránh ứng suất nhiệt Cách tổ chức sau tơi Macstenit, khơng có Ferit dư đảm bảo độ biến dạng nhỏ, để chi u sâu