Chương 4: CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA BỀN VẬT LIỆU KIM LOẠI

Chương 4 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA BỀN VẬT LIỆU KIM LOẠI 4.1. CHUYỂN BIẾN PHA Ở THỂ RẮN TRONG HỢP KIM Fe – C. 4.1.1 Chuyển biến pha khi nung nóng. Cơ sở để xác định chuyển biến về tổ chức khi nung nóng thép là giản đồ trạng thái của hợp kim Fe – C được biểu diễn trong phần trước. Quá trình chuyển biến khi nung nóng được trình bày trên hình vẽ 4.1. Thép cùng tích với tổ chức duy nhất là péclít nên sau khi nung nóng trên đường A 1 sẽ có tổ chức hoàn toàn là austenít và khi tiếp tục nung nóng không còn chuyển biến pha nào khác. Hình 4.1 Sơ đồ chuyển biến tổ chức của các loại thép khi nung nóng. Còn thép trước cùng tích với tổ chức là ferít và peclít nên khi nung đến nhiệt độ cao hơn A 1 và thấp hơn A 3 thì chỉ có peclít chuyển biến thành tổ chức austenít còn có tổ chức ferít thì vẫn giữ nguyên. Sau khi nung nóng trên đường A 3 có chuyển biến mới đó là sự hòa tan ferít vào austenít nên tổ chức của thép trước cùng tích lúc này mới hoàn toàn là austenít. 52 Nhieät ñoä 0 C 900 800 700 A A A P Xe I I P P F F A A 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 %C G S P E Xe I I A 1 A 3 A cm Tương tự, thép sau cùng tích có tổ chức là peclít và xementít II khi nung nóng trên nhiệt độ cao hơn A 1 nhưng còn thấp hơn A cm thì mới chỉ có peclít chuyển biến thành austenít còn tổ chức xêmentít II vẫn giữ nguyên. Khi tiếp tục nung nóng qua đường A cm có chuyển biến mới là sự hòa tan của xementít II vào austenít nên tổ chức của thép sau cùng tích ở vùng nhiệt độ này có tổ chức hoàn toàn là austenít. Như vậy, chỉ khi nung nóng lên quá đường GSE (tương ứng với A 3 và A Cm ) thì mọi thép đều có tổ chức giống nhau là austenít nhưng thành phần các bon trong Austenít của chúng khác nhau phụ thuộc vào lượng các bon trong chúng. 4.1.2 Các chuyển biến austenít khi làm nguội.  Tổng quan Có hai cách làm nguội: làm nguội đẳng nhiệt và làm nguội liên tục. Làm nguội đẳng nhiệt là thực hiện làm nguội bằng cách nhúng nhanh các mẫu nhỏ và mỏng đã được austenít hóa vào các môi trường (thường là lỏng) có nhiệt độ được giữ không đổi, rồi tiến hành xác định mức độ chuyển biến theo thời gian bằng các phương pháp khác nhau. Làm nguội liên tục là làm nguội sao cho nhiệt độ giảm dần liên tục theo thời gian. Khi làm nguội đẳng nhiệt austenít xuống thấp hơn A 1, nó trở nên không ổn định và có xu hướng chuyển thành các tổ chức khác có tính ổn định cao hơn. Tùy thuộc vào điều kiện làm nguội mà sẽ có các chuyển biến khác nhau. Hình 4.2 Biểu đồ chuyển biến austenít khi làm nguội đẳng nhiệt thép cùng tích Khoảng cách từ trục tung đến đường cong 1 nói lên độ ổn định của austenít quá nguội, khoảng cách này càng lớn thì austenít càng ổn định và ngược lại. Vùng mũi của đường cong chữ C tương ứng với độ kém ổn định nhất của austenít quá nguội. Trong vùng kề sát nhiệt độ A 1 đến mũi đường cong chữ C thể hiện sự phân hóa của 53 Ðể biểu diễn quá trình phân hủy austenít ở các nhiệt độ khác nhau, người ta sử dụng biểu đồ đường cong phân hóa đẳng nhiệt của thép, vì giản đồ có dạng chữ "C" nên thường được gọi tắt là biểu đồ chữ "C" (theo các tài liệu phuơng Tây nó được gọi là biểu đồ T – T – T tên viết tắt của từ Temperature – time – transformation) như trình bày trên hình vẽ 4.2. Ta thấy biểu đồ gồm hai đường cong chữ C: Ðường cong 1 tương ứng với bắt đầu chuyển biến và đường cong 2 tương ứng với kết thúc chuyển biến. Bên trái đường cong 1 là khu vực tồn tại austenít quá nguội, bên phải đường cong 2 là khu vực của các sản phẩm của các chuyển biến, còn và khu vực giữa hai đường cong 1 và đường cong 2 là giai đoạn chuyển biến đang xảy ra. austenít với tốc độ chậm với chuyển biến có khuyếch tán để tạo thành hỗn hợp ferít và xementít. Vùng dưới đường M đ là vùng tương ứng với tốc độ nguội nhanh làm austenít chuyển biến không khuyếch tán tạo thành tổ chức mactenxít. Từ mũi đường cong chữ C đến đường nằm ngang M đ thể hiện sự phân hóa của austenít với tốc độ vừa và là quá trình chuyển biến trung gian vừa có chuyển biến khuyếch tán vừa không không tán để tạo thành tổ chức bainít.  Các chuyển biến austenít khi làm nguội chậm. Chuyển biến austenít khi làm nguội chậm bắt đầu bằng sự tạo mầm trên ranh giới hạt austenít. Nếu mầm ban đầu là những phần tử xementít thì sự xuất hiện mầm làm giảm nồng độ các bon dọc theo ranh giới austenít - xementít và tạo điều kiện để mầm ferít hình thành. Như vậy, trong vùng kề sát nhiệt độ A 1 đến mũi đường cong chữ C chuyển biến austenít xảy ra với sự tạo thành hỗn hợp cơ học ferít + Xêmentít ở dạng tấm. Nếu ausstenít quá nguội phân hóa ở nhiệt độ sát với độ tới hạn A 1 với độ quá nguội ∆T ng = 50 0 C ta sẽ thu được hỗn hợp của ferít + xêmentít trong đó xêmentít ở dạng tấm có kích thước lớn (S khoảng 5 ÷ 7.10 -4 mm). Hỗn hợp này được gọi là péclít. Ðộ cứng của péc lít khoảng 10 ÷ 15 HRC tức khoảng 180 ÷ 220 HB. Nếu ausstenít quá nguội phân hóa ở nhiệt độ thấp hơn nữa với độ quá nguội ∆T ng = 50 ÷ 100 0 C ta cũng được hỗn hợp của ferít + xêmentít, trong đó xêmentít ở dạng tấm có kích thước bé hơn ( S khoảng 3 ÷ 4.10 -4 mm). Tổ chức này được gọi là Xoócbít. Ðộ cứng của xoóc bít cao hơn péc lít và bằng khoảng 25 ÷ 35 HRC tức khoảng 250 ÷ 350 HB. Nếu ausstenít quá nguội phân hóa ở nhiệt độ thấp hơn nữa – ở trong khoảng 500 ÷ 600C ứng với nhiệt độ austenít kém ổn định nhất (phần lồi ra của chữ "C" trong giản đồ) ta cũng được hỗn hợp cơ học của ferít + xêmentít, nhưng xêmentít ở dạng tấm có kích thước bé hơn nữa (S chỉ vào khoảng 1÷2.10 -4 mm). Tổ chức này có tên gọi là Trôxtít. Ðộ cứng của trôxtít cao hơn nữa, khoảng 400HB. Ta thấy rằng péclít, xoócbít (tôi) và trôxtít (tôi) đều là hỗn hợp cơ học của ferít và xementít nhưng với mức độ nhỏ mịn của xementít khác nhau nên có độ bền và độ cứng khác nhau. Ðiều này có thể giải thích rằng, khi tăng độ quá nguội, thì cả số mầm kết tinh và tốc độ phát triển mầm cùng tăng nhưng do số mầm kết tinh ra hỗn hợp ferít và xementít tăng nhanh hơn, nên hỗn hợp càng trở nên nhỏ mịn và có độ bền, độ cứng càng cao.  Các chuyển biến austenít khi làm nguội nhanh. Khi nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn austenít rồi làm nguội nhanh thích hợp thì austenít không kịp khuyếch tán để phân hóa thành hỗn hợp ferít và xêmentít, mà bị quá nguội xuống đến tận dưới nhiệt độ M đ và chuyển biến thành máctenxít. Tốc độ nguội nhanh để có chuyển biến này phải không nhỏ hơn tốc độ tôi tới hạn v th , tức ứng với đường biểu diễn không cắt đường cong chữ "C". Máctenxít là dung dịch rắn xen kẽ quá bão hòa của các bon ở trong Fe α với nồng độ các bon bằng nồng độ các bon của austenít, nó có kiểu mạng chính phương thể tâm trong đó nguyên tử Fe nằm ở đỉnh và tâm ô cơ sở, còn nguyên tử các bon nằm giữa các cạnh theo trục và tâm hai mặt đáy, tức vị trí lỗ hổng của khối tám mặt. 54 Hình 4.3 trình bày kiểu mạng tinh thể của tổ chức máctenxít Các đặc tính trên của mác tenxít được giải thích như sau: Hình 4.3 Mạng chính phương thể tâm của tổ chức máctenxít Tỉ số 1 〉 a c được gọi là độ chính phương của máctenxít. Thông thường 06,1001,1 ÷= a c . Thứ tư, các bon chiu vào lỗ hổng của Fe α làm cho mạng tinh thể bị xô lệch, trở nên khó biến dạng dẻo và có độ cứng cao nhất. Ðộ cứng của máctenxít vào khoảng 600 HB tức bằng khoảng 3/4 độ cứng của xementít. Chuyển biến máctenxít xảy ra không hoàn toàn. Ngoài tổ chức máctenxít mới được hình thành bao giờ cũng tồn tại một lượng nhất định pha ban đầu là austenít, được gọi là austenít dư. Nguyên nhân gây ra chuyển biến máctenít xảy ra không hoàn toàn ở trong thép là do sự khác nhau về thể tích riêng giữa hai pha.  Các chuyển biến austenít khi làm nguội với tốc độ trung bình. Khi làm nguội với tốc độ trung bình, sự phân hóa của austenít xảy ra trong khoảng nhiệt độ từ mũi đường cong chữ C (khoảng 500 0 C) đến đường nằm ngang M đ . Ở trong khoảng nhiệt độ này austenít quá nguội phân hóa thành hỗn hợp cơ học của dung dịch rắn bão hoà các bon trong Fe α (ferít bão hòa các bon) và xêmentít với các cơ chế có khuyếch tán và không khuyếch tán nên nó mang các đặc điểm của cả hai chuyển biến trên. Chuyển biến này được gọi là chuyển biến Bainít hay chuyển biến trung gian. Người ta phân ra hai loại bainít: bainít trên được tạo thành do austenít quá nguội phân hóa ở khoảng nhiệt độ 500 ÷ 350 0 C và bainít dưới được tạo thành do austenít quá nguội phân hóa ở khoảng nhiệt độ thấp hơn 350 ÷ 250 0 C (sát đường M đ ). Ðộ cứng của bainít khoảng 450 ÷ 550HB. 55 X X Fe X X X Các bon a a c Thứ nhất, do khi làm nguội nhanh, dung dịch rắn của các bon trong Fe γ chuyển thành dung dịch của các bon trong Fe α nên tất cả các bon trong austenít không kịp khuyếch tán và chuyển toàn bộ sang mạng của ferít nên nồng độ các bon của hai pha này phải bằng nhau. Thứ hai, ở trạng thái cân bằng, Fe α hoà tan rất ít các bon, với lượng các bon cao như trong austenít được cố định lại trong Fe α làm cho dung dịch này trở nên quá bão hòa, tức vượt quá giới hạn hòa tan. Thứ ba, các bon hòa tan trong mạng tinh thể của Fe α (lập phương diện tâm) chỉ có thể bằng cách xen kẽ vào lỗ hổng trong mạng này nên một cạnh của khối cơ bản lập phương thể tâm bị kéo dài thành chính phương thể tâm. Như vậy, Bainít cũng gồm hai pha ferít bão hòa và xêmentít, nhưng trong đó xêmenitít có dạng tấm rất nhỏ mịn (S < 1.10 -4 mm). Ðặc điểm của chuyển biến này là xảy ra không hoàn toàn, nghĩa là sau chuyển biến vẫn còn một lượng austenít dư và có ứng suất dư. Cơ chế chuyển biến trung gian không theo cơ chế chuyển biến thù hình thông thường. Cơ tính của hai loại bainít cũng khác nhau. Bainít dưới có độ cứng, độ bền cao hơn, đồng thời vẫn đảm bảo độ dẻo, độ dai nên được dùng nhiều hơn. Thường người ta dùng loại bainít dưới được tạo thành ở nhiệt độ cao hơn điểm M đ 50 ÷ 100 0 C. 4.1.3 Chuyển biến khi ram. Sau khi nung nóng thép đến tổ chức austenít rồi làm nguội nhanh như xét ở trên tổ chức thép nhận được là mactenxít và austenít dư vì chuyển biến mactenxít là chuyển biến không hoàn toàn. Thép có tổå chức như thế này được gọi là thép tôi. Cả hai tổ chức của thép tôi đều không ổn định và có xu hướng trở lại tổ chức ổn định là hỗn hợp peclít gồm ferít và xemenntít. Mactenxít → [Fe α + Fe 3 C] và Austenít dư → [Fe α + Fe 3 C] Bản chất của quá trình chuyển biến Mactenxít → [Fe α + Fe 3 C] là sự tiết bớt các bon bão hòa trong mactenxít, dẫn đến làm giảm độ cứng của máctenxít và làm giảm nội ứng suất do chuyển biến máctenxít tăng thể tích và do nguội nhanh gây nên. Tuy nhiên quá trình xảy ra được hay không còn phụ thuộc vào nhiệt độ. Ở nhiệt độ bình thường, quá trình xảy ra vô cùng chậm chạp và có thể coi như bằng không. Khi nung nóng tới nhiệt độ thích hợp (dưới A 1 ), quá trình xảy ra dễ dàng và nhanh hơn. Nhiệt độ nung càng cao, chuyển biến xảy ra càng nhiều và nhanh vì vậy độ cứng của thép tôi càng giảm đồng thời độ dẻo dai càng tăng. Chuyển biến này được gọi là ram. Quá trình chuyển biến austenít khi làm nguội có thể tóm tắt bằng sơ đồ 4.4. Lưu ý: 56 Hình 4.4 Sơ đồ chuyển biến austenít khi làm nguội khác nhau. Austenít Peclít Nguội đủ chậm Bainít Mactenxít Nguội vừa Nguội đủ nhanh Mactenxít ram Ram Sản phẩm của quá trình ram bằng nung nóng thép đã tôi và quá trình ủ hoặc thường hóa bằng cách làm nguội chậm austenít có sự khác nhau về cơ bản: Sản phẩm thu được sau khi ram có xementít luôn tồn tại ở dạng hạt, nên nó có cơ tính tổng hợp cao hơn hẳn so với hỗn hợp thu được khi ủ hoặc thường hóa luôn có xementít tồn tại ở dạng tấm. Mỗi loại thép sau khi tôi đúng chỉ thu được một giá trị độ cứng xác định, trong khi đó yêu cầu về độ cứng của sản phẩm trong thực tế lại rất khác nhau, cho nên bằng cách ram nghĩa là nung nóng lại thép đã tôi làm cho mactenxít bị phân hủy với mức độ khác nhau tùy theo nhiệt độ nung nóng ta có thể điều chỉnh được độ cứng theo mong muốn. Tóm lại, ram là một công nghệ tất yếu đối với sản phẩm qua tôi nhằm điều chỉnh độ cứng và giảm nội ứng suất và tính dòn của chúng. 4.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP HOÁ BỀN KIM LOẠI Để hóa bền vật liệu, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp nhiệt luyện (bao gồm ủ, thường hóa, tôi, ram, …), hoá nhiệt luyện, cơ nhiệt luyện, xử lý lạnh (hay còn gọi gia công lạnh) v.v. 4.2.1 Nhiệt luyện 4.2.1.1 Thực chất và mục đích của nhiệt luyện. Nhiệt luyện là một phương pháp gia công nhiệt không thể thiếu được trong ngành chế tạo cơ khí và ngày càng có nhiều phương pháp nhiệt luyện tiên tiến nhằm thay đổi tổ chức dẫn tới thay đổi tính chất và tính công nghệ của nó. Tuy nhiên trong giáo trình này chúng ta chỉ xét nhiệt luyện thép mà thôi.  Ðịnh nghĩa nhiệt luyện. Nhiệt luyện được định nghĩa như sau: Nhiệt luyện là công nghệ nung nóng vật liệu đến nhiệt độ xác định, giữ ở nhiệt độ đó trong một thời gian thích hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ qui định để làm thay đổi tổ chức, dẫn đến làm thay đổi tính chất của vật liệu theo phương thức đã chọn trước. Ðịnh nghĩa trên được thể hiện qua hình vẽ 4.5. 57 Hỡnh 4.5 C ch nhit luyn n gin. éiu cn ht sc chỳ ý l nhit nung khụng c phộp cao ti nhit núng chy. éiu ny cú ngha l trong quỏ trỡnh nhit luyn, vt liu luụn trng thỏi rn, hỡnh dng v kớch thc hu nh khụng thay i hoc thay i rt ớt. Ta thy cú ba yu t quan trng c trng ca quỏ trỡnh nhit luyn l: Nhit nung (T 0 nung ): nhit nung l nhit cao nht cn phi t c khi nung núng. Thi gian gi nhit ( gn ): thi gian gi nhit l thi gian cn thit phi duy trỡ vt liu nhit nung lm cho vt nung c thu nhit. Tc lm ngui (V ngui ): tc lm ngui l tc gim nhit trong mt n v thi gian sau khi ó gi nhit. én v ca nú l 0 C/s hoc 0 C/h. Tuy tc nung khụng phi l yu t c trng c bn ca quỏ trỡnh nhit luyn song trong mt s trng hp (vt mng chng hn) nú khụng c ln hn giỏ tr cho phộp trỏnh b bin dng, rn nt khi nung. Trong nhit luyn vic xỏc nh nhit nung núng, thi gian gi nhit v tc lm ngui ph thuc hon ton vo mc ớch ó nh trc. Vi nhng mc ớch khỏc nhau thỡ cụng ngh nhit luyn cng khỏc nhau. Mc ớch ca nhit luyn. Nhit luyn thộp nhm t c cỏc mc ớch sau õy: Ci thin c tớnh: Nhit luyn nhm lm tng bn, cng, tớnh chng mi mũn ca cỏc chi tit, dng c nhng vn m bo yờu cu v do v dai va chm. Do ú cú th lm cho chi tit chu c ti trng ln hn, hoc cú th thu nh kớch thc v s dng c lõu bn hn. Ci thin tớnh cụng ngh: Ngoi tỏc dng húa bn k trờn, nhit luyn cũn cú kh nng ci thin tớnh cụng ngh nh rốn, hn, ct gt v.v lm cho quỏ trỡnh gia cụng c thun li v d dng hn, nõng cao c nng sut lao ng. T 0 nung gn V ngu oọi Thụứi gian nhieọt luyeọn t Nhieọt ủoọ 0 C 58 Do tác dụng quan trọng như vậy nên hầu hết các chi tiết quan trọng trong máy móc đều phải qua nhiệt luyện và tất cả các dụng cụ đều phải qua nhiệt luyện. Thí dụ chi tiết qua nhiệt luyện trong ngành ô tô, máy kéo chiếm tới 70 ÷ 80%, trong máy công cụ chiếm 60 ÷ 70%. Các kết quả của nhiệt luyện thường được kiểm tra qua các chỉ tiêu: − Ðộ cứng: Ðộ cứng là chỉ tiêu quan trọng cần được kiểm tra thường xuyên sau mỗi quá trình nhiệt luyện. − Tổ chức tế vi: Ðôi khi cần phải kiểm tra tổ chức tế vi bao gồm cấu tạo pha, kích thước hạt, chiều sâu lớp hóa bền v.v. sau khi nhiệt luyện. − Ðộ cong vênh cho phép: Do có quá trình chuyển biến pha khi nung nóng và làm nguội, do giãn nở vì nhiệt nên thể tích vật liệu bị thay đổi dẫn đến biến dạng cong vênh, thay đổi kích thước, hình dạng gây ảnh hưởng đến quá trình lắp ráp của chi tiết sau đó.  Phân loại gia công nhiệt luyện. Có nhiều cách để phân loại gia công nhiệt luyện. Theo đặc điểm thao tác khi nhiệt luyện, người ta phân ra các phương pháp ủ, thường hóa, tôi, ram, … Theo vị trí của nhiệt luyện trong quá trình gia công cơ khí người ta phân biệt nhiệt luyện sơ bộ và nhiệt luyện kết thúc. Nhiệt luyện sơ bộ là các phương pháp nhiệt luyện nhằm tạo cho vật liệu có cơ tính cần thiết phù hợp cho các dạng gia công cơ khí tiếp theo như cắt gọt, rèn, dập v.v hoặc chuẩn bị tổ chức cho nhiệt luyện kết thúc, do đó nó thường tiến hành trước hoặc giữa các khâu gia công cơ khí. Thuộc nhóm này là ủ, thường hóa. Nhiệt luyện kết thúc bao gồm các phương pháp nhiệt luyện nhằm tạo cho chi tiết có cơ tính tổng hợp tốt phù hợp với điều kiện làm việc của chúng do đó nó thường được tiến hành sau cùng trong quá trình gia công cơ khí. Thuộc nhóm này thường là tôi, ram và gia công lạnh. 4.2.2 Ủ. 4.2.2.1 Ðịnh nghĩa và mục đích của ủ thép. Ủ thép được định nghĩa như sau: Ủ thép là phương pháp nhiệt luyện bao gồm nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt lâu rồi làm nguội chậm để đạt được tổ chức ổn định theo giản đồ trạng thái với độ cứng thấp nhất và độ dẻo cao. Theo định nghĩa có hai điểm cần chú ý là: Thứ nhất, nhiệt độ ủ không qui định theo qui luật chung mà phụ thuộc vào từng phương pháp ủ. Thứ hai, quá trình làm nguội tiến hành rất chậm (thường là để nguội cùng lò) với tốc độ khoảng 10 ÷ 50 0 C/h để austenít phân hóa ở nhiệt độ thích hợp cho ra péclít. Người ta ủ thép với các mục đích sau: - Làm giảm độ cứng của thép để cải thiện tính gia công cắt gọt. 59 - Tăng độ dẻo nhằm cải thiện tính dập, cán, kéo thép ở trạng thái nguội. - Làm giảm hay làm mất ứng suất bên trong của thép sau các nguyên công gia công cơ khí như đúc, hàn v.v. - Làm đồng đều thành phần hóa học trên toàn bộ tiết diện của vật đúc bị thiên tích. - Làm nhỏ hạt thép nếu nguyên công trước đã tạo nên hạt lớn. 4.2.2.2 Các phương pháp ủ thép. Tùy theo nhiệt độ ủ mà người ta chia ủ thép ra làm hai nhóm lớn là ủ thép không có chuyển biến pha và ủ thép có chuyển biến pha.  Các phương pháp ủ thép không có chuyển biến pha. Các phương pháp ủ thép không có chuyển biến pha là các phương pháp ủ thép có nhiệt độ ủ thấp hơn điểm tới hạn A C1 , nghĩa là không có quá trình chuyển biến péclít thành austenít khi nung nóng. Thuộc nhóm này có các phương pháp ủ thấp, ủ kết tinh lại, ủ khử giòn hyđrô và ủ phòng điểm trắng. Hình 4.6 mô tả các phương pháp ủ thép không có chuyển biến pha khác nhau. Hình 4.6 Ủ thép không chuyển pha • Ủ thấp. Ủ thấp còn được gọi là ủ khử ứng suất dư, là phương pháp ủ có tác dụng làm giảm hay khử bỏ ứng suất bên trong của các vật đúc hay các sản phẩm thép đã qua gia công áp lực. Khi ủ ở nhiệt độ rất thấp (khoảng 200 ÷ 300 0 C) thì chỉ giảm một phần ứng suất bên trong. Còn nếu ủ ở khoảng nhiệt độ cao hơn (400 ÷ 500 0 C) có thể khử bỏ hoàn toàn ứng suất bên trong. Do nhiệt độ ủ còn thấp nên phương pháp ủ này không làm thay đổi độ cứng và kích thước hạt. 60 • Ủ kết tinh lại. Ủ kết tinh lại thường được tiến hành cho các thép đã qua biến dạng nguội bị biến cứng cần khôi phục lại tính dẻo trước khi biến dạng tiếp theo. Nhiệt độ ủ kết tinh lại cho các loại thép các bon là 600 ÷ 700 0 C, tức vẫn thấp hơn điểm tới hạn A C! . Ủ kết tinh lại làm thay đổi kích thước hạt và giảm độ cứng, nhưng khó áp dụng cho thép và khó tránh tạo nên hạt lớn. • Ủ khử dòn hydrô. Loại ủ này có tác dụng giải phóng hydrô sau khi dùng axít tẩy rửa bề mặt kim loại. Chế độ nhiệt luyện là nung tới nhiệt độ 450 0 C, giữ nhiệt khoảng 0,5 ÷ 1 giờ rồi làm nguội chậm. • Ủ phòng trừ điểm trắng: Dùng để giải phóng hydrô trong thép (sau khi nấu luyện) gây nhiều vết nứt bên trong (dễ gây dòn đột ngột).  Các phương pháp ủû thép có chuyển biến pha. Các phương pháp ủ thép có chuyển biến pha là các phương pháp ủ thép có nhiệt độ ủ cao hơn điểm tới hạn A C1 , có quá trình chuyển biến pha péclít thành austenít khi nung nóng. Thuộc nhóm này có các phương pháp ủ hoàn toàn, ủ khuyếch tán, ủ đẳng nhiệt, ủ không hoàn toàn và ủ cầu hóa như minh họa trên hình vẽ 4.7. 61 [...]... Người ta có thể tiến hành biến cứng bề mặt bằng các phương pháp sau: 4.4.2 Các phương pháp cơ nhiệt luyện thơng dụng Các phương pháp cơ khí làm sạch và hóa bền bề mặt vật liẹâu kim loại rất đa dạng và phong phú, nó bao gồm các dụng cụ cơ khí cầm tay bằng điện hay khí nén (chổi kim loại quay với các phần tử va đập vừa làm sạch vừa để hóa bền bề mặt), các thiết bị chun dùng như phun cát (có phun cát... hạn chế ăn mòn 4.4.2.2 Phun kim loại Phun kim loại cũng có ngun lý và mục đích tương tự như phun cát nhưng có hiệu quả khác Trong phun kim loại, trên thế giới thường sử dụng ba loại vật liệu sau: − Bi kim loại (shot): Bi kim loại là các hạt gang hay thép có dạng hình cầu với kích thước khoảng 0,4 ÷ 2 mm − Hạt (grit): Hạt cũng làm bằng gang hay thép nhưng có các cạnh và các góc sắc có kích thước khoảng... khơng), phun hạt kim loại, phun bi kim loại bằng thiết bị xe quay ly tâm hay phun tia nước có áp suất cao, v.v Cuốn sách này chỉ trình bày một số phương pháp thường được ứng dụng trong thực tế 4.4.2.1 Phương pháp phun cát Phun cát là một phương pháp được sử dụng nhiều với hai mục đích là làm sạch bề mặt chi tiết và hóa bền bề mặt của chúng Tùy theo từng trường hợp cụ thể mà phương pháp này chỉ nhằm... bo có tính chống mài mòn rất cao Q trình thấm kim loại trong những năm gần đây đã có những thành tựu rất đáng kể 4.4 CƠ NHIỆT LUYỆN (HĨA BỀN CƠ HỌC) 4.4.1 Khái niệm Hóa bền cơ học là một phương pháp gia cơng biến dạng dẻo lớp bề mặt chi tiết bằng các phương pháp cơ khí như phun cát, phun kim loại lăn ép, miết ép, nong lỗ, v.v làm biến dạng bề mặt của kim loại đến chiều sâu nhất định; lớp này do mạng... 4.3.2 Các phương pháp hóa nhiệt luyện thơng dụng 4.3.2.1 Thấm các bon  Khái niệm Thấm các bon là q trình làm bão hòa (thẩm thấu, khuyếch tán) các bon vào bề mặt của thép các bon thấp (khoảng 0,1 ÷ 0,25 %C) qể tiếp theo tơi và ram thấp sẽ nhận được bề mặt (với hàm lượng các bon cao) có độ cứng cao, còn lõi (có hàm lượng các bon thấp) vẫn dẻo, dai Thép dùng để thấm các bon thường là loại thép các bon... tính dòn cao Khắc phục dạng hỏng này bằng cách thường hóa rồi tơi lại ở đúng nhiệt độ qui định 4.3 HĨA NHIỆT LUYỆN 4.3.1 Thực chất của phương pháp hóa nhiệt luyện Các phương pháp nhiệt luyện thơng thường được nêu ở phần trên chỉ làm thay đổi tổ chức để biến đổi tính chất của thép, trong đó thành phần hóa học của thép khơng thay đổi Còn hóa nhiệt luyện là phương pháp gia cơng nhiệt làm bão hòa (khuyếch... lượn các bậc Nhược điểm của phương pháp này là chỉ có thể dùng để hóa bền các bề mặt đơn giản và nó phù hợp với sản xuất hàng loạt, khối 4.4.2.4 Gia cơng miết ép Miết ép còn được gọi là trượt ép là phương pháp gia cơng tinh tăng độ bền bằng biến dạng dẻo lớp bề mặt khi dùng mũi kim cương hoặc hợp kim cứng ép lên bề mặt gia cơng, với ma sát trượt tại vùng tiếp xúc giữa dụng cụ và bề mặt gia cơng Dùng phương. .. tán là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép lên đến nhiệt độ rất cao khoảng 1100 ÷ 11500C và giữ nhiệt trong nhiều giờ (khoảng 10 ÷ 15 giờ) Phương pháp ủ này áp dụng cho các thỏi đúc bằng thép hợp kim cao có hiện tượng thiên tích Trong điều kiện nhiệt độ cao và thời gian dài, các ngun tố hợp kim có khả năng khuyếch tán mạnh và làm đồng đều thành phần hóa học của thép Nhược điểm của phương pháp ủ... với vật liệu bằng gang Thường người ta sử dụng phun hạt kim loại bằng khí nén trong buồng phun hay trong thiết bị dùng bánh xe quay ly tâm (imper - blasting) để thu hồi và dùng lại các hạt kim loại nhiều lần vì giá thành các hạt kim loại cao hơn so với cát Trong thực tế (chẳng hạn nhà máy đóng tầu Hạ Long do Ba Lan giúp, Nhà máy Ðiêzen Sơng Cơng, nhà máy cơ khí Hồng gai v.v) người ta hay dùng loại. .. phần hóa học, do đó làm thay đổi tổ chức và các tính chất của lớp bề mặt theo mục đích nhất định Hóa nhiệt luyện nhằm đạt được các mục đích sau: Tăng độ cứng, tính chống mài mòn và độ bền mỏi của chi tiết Mục đích này giống như tơi bề mặt nhưng hiệu quả cao hơn Các phương pháp thấm các bon, thấm nitơ, thấm xyanua (dùng cả các bon và nitơ) v.v nhằm mục đích này Nâng cao tính chống ăn mòn điện hóa và . dòn của chúng. 4.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP HOÁ BỀN KIM LOẠI Để hóa bền vật liệu, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp nhiệt luyện. Chương 4 CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA BỀN VẬT LIỆU KIM LOẠI 4.1. CHUYỂN BIẾN PHA Ở THỂ RẮN TRONG HỢP KIM Fe – C. 4.1.1 Chuyển biến