lý thuyết về thấm CN kết hợp với thực hiện mô phỏng quá trình thấm CN và tôi bằng phần mềm Sysweld cho mẫu thép hình trụ và mẫu bánh răng ở các chế độ khác nhau rồi phân tích kết quả chiều sâu lớp thấm, thành phần pha ở bề mặt và trong lõi. Sau đó thực nghiệm thấm CN và tôi cho mẫu trụ thực tế với các chế độ tương ứng. Các mẫu trụ sau thấm và tôi được đem đi đánh bóng để soi tổ chức tế vi bằng hiển vi quang học (OM) và đánh giá thành phần hóa học của lớp thấm bằng phân tích phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS). Các mẫu thực nghiệm cũng được đo độ cứng tế vi bề mặt nhằm đánh giá chiều sâu lớp thấm theo tiêu chuẩn ISO 18203:2016
Tóm tắt nội dung đồ án Đề tài đồ án “Nghiên cứu ảnh hưởng thông số cơng nghệ đến chiều dày, tổ chức tính lớp thấm C – N mô số thực nghiệm” Trong nghiên cứu này, nhóm sinh viên vận dụng lý thuyết thấm C-N kết hợp với thực mơ q trình thấm C-N tơi phần mềm Sysweld cho mẫu thép hình trụ mẫu bánh chế độ khác phân tích kết chiều sâu lớp thấm, thành phần pha bề mặt lõi Sau thực nghiệm thấm C-N cho mẫu trụ thực tế với chế độ tương ứng Các mẫu trụ sau thấm tơi đem đánh bóng để soi tổ chức tế vi hiển vi quang học (OM) đánh giá thành phần hóa học lớp thấm phân tích phổ tán xạ lượng tia X (EDS) Các mẫu thực nghiệm đo độ cứng tế vi bề mặt nhằm đánh giá chiều sâu lớp thấm theo tiêu chuẩn ISO 18203:2016 Kết nghiên cứu rằng, mẫu xử lý nhiệt mô thực nghiệm cho kết chiều sâu lớp thấm gần tương đương (sai số lớn khoảng 16%) có tính chất giống như: mẫu thấm nhiệt độ cao có chiều sâu lớp thấm lớn với thời gian thấm; mẫu thấm thời gian dài có chiều sâu lớp thấm lớn với nhiệt độ thấm Điều cho thấy kết mơ sử dụng thực tế Sau nghiên cứu này, định hướng nghiên cứu mô thấm C-N nhiệt độ thấp đánh giá kết mô so với thực tế, đồng thời so sánh giống khác độ cứng, chiều sâu lớp thấm thành phần pha bề mặt với thấm C-N nhiệt độ cao Sinh viên thực (ký, ghi rõ họ tên) MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 1.2 Cơng nghệ thấm C-N thể khí 1.1.1 Định nghĩa thấm C-N .2 1.1.2 Tổ chức lớp thấm C-N 1.1.3 Ưu nhược điểm thấm C-N so với thấm C 1.1.4 Đặc điểm mơi trường thấm C-N thể khí .4 1.1.5 Sự hình thành lớp thấm C-N .5 Mô trình xử lý nhiệt .7 1.2.1 Giới thiệu ESI Group phần mềm Sysweld 1.2.2 Một số sở tính tốn sử dụng phần mềm Sysweld 10 1.2.3 Cơ sở liệu đầu vào .14 1.2.4 Các kết xác định phần mềm Sysweld 15 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.1 2.2 Nghiên cứu mô 16 2.1.1 Xây dựng mô hình nghiên cứu .16 2.1.2 Thông số đầu vào 18 Nghiên cứu thực nghiệm .19 2.2.1 Mác thép 19 2.2.2 Thiết bị thực nghiệm 19 2.2.3 Quy trình thực nghiệm 25 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .26 3.1 3.2 3.3 Ảnh hưởng chế độ thấm C-N đến chiều sâu lớp thấm 26 3.1.1 Kết mô thấm C-N mẫu trụ .26 3.1.2 Kết thực nghiệm thấm C-N mẫu trụ 28 Ảnh hưởng chế độ thấm đến tổ chức lớp thấm C-N 33 3.2.1 Kết mô mẫu trụ sau thấm 33 3.2.2 Kết thực nghiệm mẫu trụ sau thấm .37 Mô thấm C-N mẫu bánh 42 3.3.1 Kết mô thấm C-N bánh 43 3.3.2 Kết mô bánh sau thấm 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 DANH MỤC VIẾT TẮT SEM EDS OM γ σ δ X-Ray C N Thấm C-N DIN Hiển vi điện tử quét Quang phổ tán xạ lượng tia X Hiển vi quang học Gamma Sigma Denta ferrite tia X Cacbon Nitơ Thấm Cacbon-Nitơ Viện Tiêu chuẩn Đức DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Quan hệ thành phần Cacbon Nitơ lớp bề mặt với nhiệt độ thấm Hình 1.2: Giản đồ pha Fe-C .3 Hình 1.3: Giản đồ pha Fe-N .3 Hình 1.4: Cơ chế hình thành lớp thấm C-N Hình 1.5: Tương tác trình phân tích Sysweld Hình 1.6: Mơ q trình thấm C-N Hình 1.7: Quy trình thực mô 10 Hình 1.8: Một số mơ hình mơ 3D Sysweld 14 Hình 2.1: Phương pháp nghiên cứu đề tài 16 Hình 2.2: Các mơ hình sử dụng mơ .17 Hình 2.3: Từ trái sang phải mơ hình Quad-Tria, Quad Tria 17 Hình 2.4: Lớp lưới mỏng bề mặt mơ hình trụ 17 Hình 2.5: Lớp lưới mỏng bề mặt mơ hình bánh 18 Hình 2.6: Van từ điều chỉnh lưu lượng khí vào lị .20 Hình 2.7: Bảng điều khiển lưu lượng khí thấm 20 Hình 2.8: Độ dẫn nhiệt khí (theo Hartmann Braun) 21 Hình 2.9: Cảm biến Hydro .21 Hình 2.10: Đồng hồ vạn VOM 22 Hình 2.11: Cảm biến Oxy 22 Hình 2.12: Bộ thu tín hiệu AC20 23 Hình 2.13: Sơ đồ đốt muội cho cảm biến oxy 23 Hình 2.14: Sơ đồ cấu tạo thiết bị xác định CO2 CO .24 Hình 2.15: Thiết bị phân tích khí CO CO2 24 Hình 2.16: Sơ đồ hệ thống thực nghiệm thấm C-N 25 Hình 3.1: Kết mơ hàm lượng C tính từ bề mặt mẫu ứng với chế độ thấm khác 26 Hình 3.2: Kết mơ hàm lượng N tính từ bề mặt mẫu ứng với chế độ thấm khác 26 Hình 3.3: Biểu đồ chiều sâu lớp thấm mẫu mô theo chế độ khác 27 Hình 3.4: Ảnh tổ chức tế vi lớp bề mặt mẫu thực nghiệm độ phóng đại x200: T860.2.10 (a), T860.4.10 (b), T860.4.5 (c), T900.4.10 (d) T860.6.10 (e) .28 Hình 3.5: Đường Linescan (a) kết phân tích EDS mẫu T860.4.10 T900.4.10 29 Hình 3.6: Kết phân tích X-Ray mẫu T860.4.10 30 Hình 3.7: Biểu đồ độ cứng mẫu thực nghiệm .31 Hình 3.8: Biểu đồ chiều sâu lớp thấm mẫu thực nghiệm theo chế độ khác 31 Hình 3.9: Biểu đồ so sánh chiều sâu lớp thấm mẫu mô thực nghiệm 32 Hình 3.10: Kết phân bố nhiệt độ mẫu trụ thời điểm 0,01s (a); 10s (b) 600s (c) mẫu T900.4.10 .33 Hình 3.11: Đường nguội vị trí bề mặt, trung gian lõi mẫu T900.4.10 34 Hình 3.12: Giản đồ đường cong chữ C thép DIN 20MoCr4 trước sau thấm Cacbon .34 Hình 3.13: Diễn biến trình chuyển biến pha bề mặt lõi mẫu T900.4.10 .35 Hình 3.14: Phân bố hàm lượng pha theo khoảng cách từ bề mặt vào lõi mẫu T900.4.10 sau .35 Hình 3.15: Phân bố pha austenite dư theo khoảng cách tính từ bề mặt mẫu 36 Hình 3.16: Biểu đồ hàm lượng pha austenite dư vị trí cách bề mặt 0,1 mm .37 Hình 3.17: Ảnh tổ chức bề mặt mẫu T900.4.10, độ phóng đại x500 38 Hình 3.18: Ảnh tổ chức tế vi bề mặt mẫu T860.2.10 (a), T860.4.10 (b), T860.4.5 (c) T860.6.10 (d) 38 Hình 3.19: Vị trí vùng phân tích thành phần pha lớp thấm mẫu T860.6.10, độ phóng đại x200 39 Hình 3.20: Kết phân tích hàm lượng pha vùng cách bề mặt 0,1mm .39 Hình 3.21: Kết phân tích vùng cách bề mặt 0,1 mm mẫu T860.6.10 40 Hình 3.22: Kết phân tích vùng cách bề mặt 0,1 mm mẫu T860.4.5 .41 Hình 3.23: Biểu đồ mơ tả hàm lượng austenite dư vùng cách bề mặt 0,1 mm mẫu mô thực nghiệm 42 Hình 3.24: Kết mô hàm lượng C mẫu bánh tính từ bề mặt mẫu ứng với chế độ khác 43 Hình 3.25: Kết mơ hàm lượng N mẫu bánh tính từ bề mặt mẫu ứng với chế độ khác 43 Hình 3.26: Biểu đồ chiều sâu lớp thấm mẫu mô theo chế độ khác 44 Hình 3.27: Kết phân bố nhiệt độ mẫu bánh T900.4.10 thời điểm 0,01s (a), 10s (b) 600s (c) .45 Hình 3.28: Đường nguội vị trí bề mặt, trung gian lõi mẫu bánh T900.4.10 dầu 46 Hình 3.29: Đường nguội vị trí bề mặt (cam) lõi (xanh) mẫu bánh mô tả giản đồ đường cong chữ C thép 46 Hình 3.30: Diễn biến q trình chuyển biến pha hai vị trí bề mặt lõi mô thấm cacbon – nitơ + mẫu bánh T900.4.10 47 Hình 3.31: Hàm lượng pha phân bố từ bề mặt vào lõi mẫu bánh T900.4.10 sau .47 Hình 3.32: Phân bố pha austenite dư theo khoảng cách từ mặt mẫu .48 Hình 3.33: Biểu đồ hàm lượng pha austenite dư vị trí cách bề mặt 0,1 mm .49 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Một số đặc điểm khí gas Việt Nam .4 Bảng 1.2: Một số tính chất khí NH3 .5 Bảng 2.1: Thơng số bánh cơng thức tính tốn .16 Bảng 2.2: Thành phần hóa học thép 20MoCr .18 Bảng 2.3: Chế độ thấm ký hiệu 18 Bảng 2.4: Các thông số đầu vào .19 Bảng 2.5: Hệ số khuếch tán C N thép 20MoCr 19 Bảng 2.6: Thành phần hóa học thép 20Cr sử dụng 19 Bảng 2.7: Độ dẫn nhiệt khí 20 Bảng 3.1: Chiều sâu lớp thấm theo mô 27 Bảng 3.2: Kết đo độ cứng mẫu thực nghiệm 30 Bảng 3.3: Chiều sâu lớp thấm mẫu thực nghiệm 31 Bảng 3.4: Kết mô hàm lượng pha lớn sau tơi mơ hình mẫu trụ 36 Bảng 3.5: Kết phân tích thành phần pha vị trí khác 40 Bảng 3.6: Kết phân tích vị trí khác mẫu T860.6.10 T860.4.5 41 Bảng 3.7: Chiều sâu lớp thấm C theo mô 43 Bảng 3.8: Kết mô hàm lượng pha lớn sau mẫu 48 MỞ ĐẦU Thấm Cacbon – Nitơ phương pháp hóa nhiệt luyện có từ sớm, Mỹ người ta nghiên cứu công nghệ từ năm đầu kỉ 20 Tại Việt Nam nay, việc nghiên cứu công nghệ thấm C-N hạn chế chưa ứng dụng nhiều sản xuất, phổ biến thấm C thấm N Thấm C-N có ưu điểm nhiệt độ thấm thấp, thời gian thấm ngắn so với thấm C nên giảm ứng suất nhiệt, giảm biến dạng, giảm chi phí tăng tuổi thọ lò Lớp thấm C-N mỏng lớp thấm C lại cứng nên cho khả chống mài mòn cao Ngồi lớp thấm C-N cịn tăng khả chống ăn mịn Do đó, việc nghiên cứu công nghệ thấm C-N cấp thiết quan trọng công nghệ xử lý nhiệt & bề mặt kim loại hợp kim Trong đồ án tốt nghiệp, nhóm sinh viên ứng dụng mô số phần mềm Sysweld kết hợp với thực nghiệm để nghiên cứu trình thấm C-N Phạm vi nghiên cứu đề tài bao gồm: Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ, thời gian, thành phần khí thấm đến chiều sâu, tổ chức tính chất lớp thấm C-N Thơng qua kết nhận được, đánh giá so sánh kết mô thực nghiệm Kết cấu đồ án gồm chương: Chương Tổng quan sở lý thuyết Chương Phương pháp thực nghiệm Chương Kết nghiên cứu thảo luận CHƯƠNG TỔNG QUAN CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Công nghệ thấm C-N thể khí 1.1.1 Định nghĩa thấm C-N Thấm C-N phương pháp hóa nhiệt luyện làm bão hịa (thấm, khuếch tán) đồng thời C lẫn N vào bề mặt thép làm nâng cao độ cứng tính chống mài mịn Độ cứng tính chống mài mịn lớp thấm C-N cao so với thấm C thấp so với thấm N Hình 1.1: Quan hệ thành phần Cacbon Nitơ lớp bề mặt với nhiệt độ thấm [1] Tùy thuộc vào tỷ lệ C N mà lớp thấm gần giống với lớp thấm thấm C thấm N (Hình 1) Trong đồ án này, nhóm sinh viên sử dụng phương pháp thấm C-N thể khí nhiệt độ cao (trên 850), cách thấm khơng khác thấm C thể khí Khi tiến hành, với khí thấm C, nhóm cho thêm NH3 với tỉ lệ thấp Lớp thấm C cịn bão hịa N, với lượng ít, tạo nên pha Fe3(CN) cứng làm tăng mạnh tính chống mài mịn[ CITATION KLHNL \l 1033 ] Thấm C-N dùng cho thép C thép hợp kim thấp, mác thép thường dùng dòng 10xx, 11xx, 12xx, 13xx, 15xx, 40xx, 41xx, 46xx, 51xx, 61xx, 86xx, 87xx với %C cao 0,25% Các mác thép dịng có %C cao (0,3 - 0,5%) lớp thấm C-N có chiều dày thấp [ CITATION ASM \l 1033 ] 1.1.2 Tổ chức lớp thấm C-N Hình 1.2: Giản đồ pha Fe-C Hình 1.3: Giản đồ pha Fe-N Austenite Martensite Hình 3.41: Ảnh tổ chức bề mặt mẫu T900.4.10, độ phóng đại x500 Tổ chức bề mặt mẫu T900.4.10 gồm martensite nhiều dày đặc kết hợp với austenite màu trắng Tương tự ta có kết ảnh tổ chức tế vi mẫu lại tổng hợp bên dưới: a c b d Hình 3.42: Ảnh tổ chức tế vi bề mặt mẫu T860.2.10 (a), T860.4.10 (b), T860.4.5 (c) T860.6.10 (d) độ phóng đại x500 Như vậy, qua chế độ thực nghiệm, ta thấy sau q trình thấm C-N tơi, tổ chức bề mặt xuất martensite dày đặc, xen kẽ pha austenite trắng Mẫu T860.4.5, T860.4.10, T860.6.10 sau nhiệt luyện phân tích hàm lượng pha phần mềm Image Proplus cho kết sau: Vùng phân tích Hình 3.43: Vị trí vùng phân tích thành phần pha lớp thấm mẫu T860.4.10, độ phóng đại x200 Trên Hình 43 vùng phân tích vị trí cách bề mặt mẫu khoảng 100 μm Đây vị trí thuộc vùng lớp thấm C-N, tổ chức bao gồm martensite (tấm, màu tối) austenite dư (màu sáng) Sau dùng phần mềm Image Proplus phân tích, kết thể Hình 44 Hình 3.44: Kết phân tích hàm lượng pha vùng cách bề mặt 0,1mm Từ kết Hình 44, ta thấy hàm lượng austenite martensite phân tích (vùng cách bề mặt khoảng 0,1 mm) 8,49% hàm lượng martensite 91,51% Để kết có tính xác cao hơn, vùng nhóm tiến hành phân tích thành phần pha vị trí khác nhau, kết thu thể Bảng 14: Bảng 3.14: Kết phân tích thành phần pha vị trí khác T860.4.10 Vùng phân tích Hàm lượng Austenite (%) Martensite (%) Lần 8,07 91,93 Lần 8,20 91,80 Lần 8,15 91,85 Trung bình 8,14 91,86 Kết Bảng 14 cho thấy hàm lượng austenite martensite trung bình vùng cách bề mặt khoảng 0,1 mm 8,48% 91,52% Tương tự phân tích hàm lượng pha martensite austenite dư vùng cách bề mặt mẫu 0,1 mm mẫu T860.4.10, T860.6.10 Kết nhận thể Hình 45 Hình 46: Hình 3.45: Kết phân tích vùng cách bề mặt 0,1 mm mẫu T860.6.10 Hình 3.46: Kết phân tích vùng cách bề mặt 0,1 mm mẫu T860.4.5 Để kết có độ xác cao hơn, vùng nhóm tiến hành phân tích thành phần pha vị trí khác mẫu T860.4.10 T860.6.10, kết thu thể Bảng 15: Bảng 3.15: Kết phân tích vị trí khác mẫu T860.6.10 T860.4.5 T860.6.10 Vùng phân tích Hàm lượng Austenite (%) Martensite (%) Lần 8,49 91,51 Lần 8,57 91,43 Lần 8,38 91,62 Trung bình 8,48 91,52 T860.4.5 Vùng phân tích Hàm lượng Austenite (%) Martensite (%) Lần 8,99 91,01 Lần 8,78 91,22 Lần 8,66 91,34 Trung bình 8,81 91,19 Từ Bảng 14 Bảng 15, theo lý thuyết khuếch tán ta nhận thấy rằng: - Hàm lượng austenite dư trung bình vùng phân tích mẫu T860.4.5 cao T860.4.10 thấm C mẫu T860.4.5 cao (0,9 so với 0,8), nên hàm lượng C vị trí cách bề mặt 0,1 mm T860.4.5 cao - Hàm lượng austenite dư trung bình vùng phân tích mẫu T860.6.10 cao T860.4.10 thời gian thấm C mẫu T860.6.10 lâu (6h so với 4h), nên hàm lượng C vị trí cách bề mặt 0,1 mm T860.6.10 cao Để so sánh kết mơ thực nghiệm, nhóm lập biểu đồ mơ tả hàm lượng austenite dư hình dưới: 12 10 Mẫu mô Mẫu thực nghiệm T860.4.10 T860.6.10 T860.4.5 Hình 3.47: Biểu đồ mô tả hàm lượng austenite dư vùng cách bề mặt 0,1 mm mẫu mô thực nghiệm Dựa vào Hình 47, ta thấy kết mô thực nghiệm gần tương đương với sai số lớn 11,9% Nguyên nhân sai số thực hành tẩm thực sai số phân tích phần mềm Image Proplus Để giảm thiểu sai số, phải thực cẩn thận bước tẩm thực mẫu, tránh làm oxy hóa bề mặt phân tích kết với độ xác cao cách phân tích nhiều vùng khác mẫu 3.3 Mô thấm C-N mẫu bánh Ở kết phần trên, kết mô với mẫu trụ đơn giản tương đối phù hợp với kết thực nghiệm, đồ án áp dụng mô với mẫu bánh phức tạp để đánh giá thay đổi mô thấm C-N bánh với mẫu trụ 3.3.1 Kết mơ thấm C-N bánh Hình 3.48: Kết mô hàm lượng C mẫu bánh tính từ bề mặt mẫu ứng với chế độ khác Hình 3.49: Kết mơ hàm lượng N mẫu bánh tính từ bề mặt mẫu ứng với chế độ khác Hai hình cho ta thấy hàm lượng C N từ bề mặt vào lõi giảm dần theo dạng đường cong vào sâu lượng C N khuếch tán giảm Theo tiêu chuẩn ISO 18203:2016, chiều sâu lớp thấm tính từ bề mặt vào đến vị trí mà độ cứng đo khoảng 550 25 (HV) tương ứng với độ cứng thép có hàm lượng C 0,4% sau tơi Từ kết Hình 48, ta có chiều sâu lớp thấm mẫu theo tính tốn mơ biểu thị Bảng 16: Bảng 3.16: Chiều sâu lớp thấm C theo mô Mẫu T860.2.1 T860.4.1 T860.4.5 T900.4.1 T860.6.10 Chiều sâu lớp thấm (mm) 0,31 0,44 0,49 0,57 0,53 0.6 0.57 0.53 0.49 Chiều sâu lớp thấm (mm) 0.5 0.44 0.4 0.3 0.31 0.2 0.1 T860.2.10 T860.4.10 T860.4.5 T900.4.10 T860.6.10 Hình 3.50: Biểu đồ chiều sâu lớp thấm mẫu mô theo chế độ khác Tương tự kết mô trình thấm mẫu trụ, từ biểu đồ Hình 50, ta thấy rằng: - Chiều sâu lớp thấm theo mô có xu hướng tăng dần theo chiều tăng nhiệt độ thời gian: mẫu T900.4.10 thấm nhiệt độ 900oC 4h có chiều sâu lớp thấm lớn 0,57 mm mẫu mẫu T860.2.10 thấm nhiệt độ 860oC 2h nhận chiều sâu lớp thấm nhỏ (0,31 mm) - Mẫu T860.2.10 có chiều sâu lớp thấm nhỏ T860.4.10 (0,31 mm so với 0,44 mm) thời gian thấm T860.2.10 ngắn T860.4.10 (2h so với 4h) - Mẫu T860.4.10 có chiều sâu lớp thấm nhỏ T900.4.10 (0,44 mm so với 0,57 mm) nhiệt độ thấm T860.4.10 nhỏ T900.4.10 (860oC so với 900oC) - Mẫu T860.4.10 có chiều sâu lớp thấm nhỏ T860.4.5 (0,45 mm so với 0,49 mm) ta thấm C-N nhiệt độ cao nên thấm N phụ, việc xác định chiều sâu lớp thấm phụ thuộc vào thấm C mà thấm C T860.4.10 lại bé T860.4.5 (0,8 so với 0,9) Kết mô giống với kết thấm cacbon – nitơ mẫu trụ, khác hàm lượng cacbon chiều sâu lớp thấm hai kết mô cho mẫu bánh mẫu trụ khoảng 3,5% 3.3.2 Kết mô bánh sau thấm Kết phân bố nhiệt độ bề mặt cắt ngang bánh biểu diễn dạng đường đồng mức thời điểm 0,01s; 10s 600s thể hình dưới: a b c Hình 3.51: Kết phân bố nhiệt độ mẫu bánh T900.4.10 thời điểm 0,01s (a), 10s (b) 600s (c) Từ kết mơ Hình 51 a, b, c, ta thấy sau mẫu nhúng vào môi trường tơi 0,01s nhiệt độ mẫu khoảng từ 882 890 Sau mẫu làm nguội 10 giây dầu, nhiệt độ bề mặt giảm mạnh xuống khoảng 338 (mẫu trụ 377) lõi khoảng 778 (mẫu trụ 620) Sau 600s, nhiệt độ tồn mẫu giảm xuống cịn nhiệt độ phịng 20 Như giống với kết mô q trình tơi mẫu trụ, vị trí bề mặt mẫu có tốc độ nguội nhanh nhất, vị trí lõi nguội chậm phù hợp với thực tế Để xác định pha tồn bề mặt lõi mẫu, ta xét đường nguội vị trí: bề mặt, trung gian lõi mẫu T900.4.10 tơi dầu hình dưới: Hình 3.52 Đường nguội vị trí bề mặt, trung gian lõi mẫu bánh T900.4.10 dầu Kết hợp với giản đồ đường cong chữ C thép DIN 20MoCr4 hình: Hình 3.53: Đường nguội vị trí bề mặt (cam) lõi (xanh) mẫu bánh mô tả giản đồ đường cong chữ C thép Hình 53 biểu diễn hai đường nguội vị trí bề mặt (cam) lõi (xanh) bánh Có thể dự đốn bề mặt mẫu bánh sau thấm có đường nguội (màu cam) khơng cắt đường cong chữ C có chuyển biến austenite thành martensite; mặt khác lõi mẫu có đường nguội (màu xanh) cắt đường cong chữ C, ta dự đoán austenite ngồi chuyển biến thành martensite, cịn biến đổi thành tổ chức ferrite/pearlite bainite Kết giống với kết mơ q trình tơi mẫu trụ phần 3.1 Để thấy rõ thay đổi thành phần pha theo thời gian khác chúng hai vị trí bề mặt lõi, ta xét kết diễn biến trình chuyển pha Hình 54: Hình 3.54: Diễn biến trình chuyển biến pha hai vị trí bề mặt lõi mô thấm cacbon – nitơ + mẫu bánh T900.4.10 Trong 10 giây đầu trình tơi, vùng bề mặt lõi chưa xảy chuyển biến, nên tổ chức mẫu austenite Sau 10 giây, vùng lõi đường cong nguội bắt đầu cắt đường cong chữ C nên xảy chuyển biến austenite thành bainite ferrit/pearlite Kết thúc trình chuyển biến, mẫu làm nguội nhiệt độ thường, lõi có khoảng 40% bainite, khoảng 8% ferrite/pearlite, khoảng 52% martensite hàm lượng austenite dư nhỏ xấp xỉ 0% Sau 40 giây, đường cong nguội vùng bề mặt cắt đường Ms nên austenite bắt đầu chuyển biến thành martensite Kết thúc trình chuyển biến, mẫu làm nguội nhiệt độ thường, vùng bề mặt có khoảng 90% martensite, cịn lại austenite dư Kết mô hàm lượng pha phân bố pha mẫu bánh sau biểu diễn hình 3.31: Hình 3.55: Hàm lượng pha phân bố từ bề mặt vào lõi mẫu bánh T900.4.10 sau Từ kết mơ Hình 55 hàm lượng pha sau tơi có phân bố sau: - Hàm lượng martensite nhiều (xấp xỉ 94%) vùng lớp thấm bề mặt giảm vào lõi (xấp xỉ 43%) - Hàm lượng bainite nhiều (xấp xỉ 47%) lõi - Hàm lượng austenite dư nhiều (xấp xỉ 10%) bề mặt - Hàm lượng F/P nhiều (xấp xỉ 8%) lõi Tương tự mơ q trình thấm + tơi mẫu khác, ta kết hàm lượng pha mẫu thống kê Bảng 17: Mẫu T860.2.1 T860.4.1 T860.4.5 T900.4.1 T860.6.1 Martensite (%) Austenite dư (%) Bainite (%) F/P (%) 96,85 10,44 52,94 17,13 96,51 10,60 52,66 16,94 96,33 10,81 52,64 16,93 96,05 10,70 52,03 16,78 96,19 10,81 52,58 16,82 Bảng 3.17: Kết mô hàm lượng pha lớn sau mẫu Từ Bảng 17 ta thấy sau q trình thấm cacbon – nitơ tơi dầu, mẫu tồn pha: martensite (nhiều vùng bề mặt mẫu thấm), austenite dư (nhận nhiều bề mặt), bainite ferrite/pearlite (nhận nhiều lõi) tương tự kết mẫu trụ Kết mô thay đổi hàm lượng austenite theo khoảng cách tính từ bề mặt mẫu thể hình đây: Hình 3.56: Phân bố pha austenite dư theo khoảng cách từ bề mặt mẫu 12 10 Hàm lượng austenite (%) 10 8 8.8 8.5 T900.4.10 T860.6.10 T860.2.10 T860.4.10 T860.4.5 Hình 3.57: Biểu đồ hàm lượng pha austenite dư vị trí cách bề mặt 0,1 mm Từ kết Hình 57, ta thấy yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng austenite dư bề mặt mẫu thấm cacbon – nitơ sau: - Xét mẫu có thời gian hàm lượng khí thấm: T860.4.10 (thấm 860) T900.4.10 (thấm 900) Kết mô cho thấy hàm lượng austenite dư vị trí 0,1 mm mẫu T900.4.10 lớn mẫu T860.4.10, tương tự kết mẫu trụ - Xét mẫu có nhiệt độ hàm lượng khí thấm: T860.2.10 (thấm giờ) T860.4.10 (thấm giờ) Kết mô cho thấy hàm lượng austenite dư vị trí 0,1 mm mẫu T860.4.10 lớn mẫu T860.2.10, tương tự kết mẫu trụ - Xét mẫu có thời gian nhiệt độ thấm: T860.4.10 (mơi trường thấm có 10% NH3) T860.4.5 (mơi trường thấm có 5% NH3) Kết mô cho thấy hàm lượng austenite dư vị trí 0,1 mm mẫu T860.4.5 lớn mẫu T860.4.10, tương tự kết mẫu trụ Sau mơ q trình thấm C-N tơi mẫu bánh răng, ta thấy kết mô cho mẫu bánh tương đồng với mẫu trụ Ở chế độ thấm C-N + tơi kết nhận chiều sâu lớp thấm, phân bố hàm lượng C, N lớp thấm chênh lệch nhỏ xấp xỉ 3,5% Hàm lượng pha martensite austenite dư vùng bề mặt hai mẫu tương tự nhau, chênh lệch nhỏ martensite khoảng 2%, austenite khoảng 1% Nguyên nhân vùng bề mặt hai mẫu thấm chế độ có hàm lượng cacbon ban đầu Trong đó, hàm lượng bainite ferrite/pearlite lõi có chênh lệch rõ rệt, bainite chênh khoảng 6% (mẫu trụ 47%, mẫu bánh 53%), ferrite/pearlite chênh khoảng 9% (mẫu trụ 8%, mẫu bánh 17%) Nguyên nhân mẫu bánh có kích thước lớn mẫu trụ, tốc độ nguội vùng lõi chậm hơn, đường cong nguội cắt đường cong chữ C nhiều nên austenite chuyển biến thành bainite ferrite/pearlite nhiều Khi mô phỏng, mẫu bánh có hình dạng phức tạp nên q trình tính tốn mơ máy tính lâu hơn, kết đường đồng mức nhiệt độ hàm lượng pha phức tạp so với mô mẫu trụ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Như nói phần đầu, dù tài liệu thiết bị thấm C-N Việt Nam hạn chế với kết đạt trên, đồ án đáp ứng yêu cầu đề tài Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ đến chiều sâu, tổ chức tính chất lớp thấm C-N phương pháp mô kết hợp thực nghiệm rằng: - Khi tăng nhiệt độ thấm, tăng thời gian thấm tăng thấm (giảm %NH3), chiều sâu lớp thấm tăng lên - Hàm lượng austenite dư sát bề mặt phụ thuộc vảo thấm C (phụ thuộc %NH3), thấm C cao lượng austenite dư nhiều - Áp dụng mô cho hai mẫu trụ bánh chế độ, kết cho thấy: Chiều dày lớp thấm hai mẫu có giá trị gần nhau, chênh lệch khoảng 3,5% Hàm lượng pha martensite austenite dư vùng bề mặt hai mẫu tương tự nhau, hàm lượng pha martensite chênh lệch khoảng 2%, pha austenite chênh lệch khoảng 1% Hàm lượng bainite ferrite/pearlite lõi có chênh lệch rõ rệt, bainite chênh khoảng 6%, ferrite/pearlite chênh khoảng 9% - Kết mô sát với thực tế sai số ngun nhân phương pháp tính tốn mơ số phương pháp gần đúng, thiết bị đo thực nghiệm có sai số Để giảm thiểu sai số, cần phải thực cẩn thận bước đánh giá chuẩn bị máy móc, thiết bị với độ xác cao, đặc biệt xây dựng mơ hình mẫu mơ phỏng, để tăng độ xác cần phải chia lưới mau bề mặt thưa dần vào lõi (chia lưới với mức độ mịn khác nhau, đến mức độ mà ta thấy kết khơng thay đổi nhiều dừng lại) Nghiên cứu, đánh giá mô rút ngắn thời gian, công sức chi phí chog q trình phát triển sản phẩm từ nâng cao chất lượng hạ giá thành Sau hồn thành đồ án này, nhóm sinh viên trang bị thêm cho kiến thức kỹ như: “kỹ làm việc nhóm, tìm kiếm tài liệu, tổng hợp thơng tin, kỹ trình bày thuyết trình, …) Trong tương lai, với phát triển khoa học công nghệ thông tin cần có nhiền đề tài nghiên cứu kết hợp mô thực nghiệm ứng dụng xử lý nhiệt xử lý bề mặt cho thép TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] L C D H T B Tạ Văn Thất, Kim loại học Nhiệt luyện, Hà Nội, 1979 ASM handbook vol.4 Nghiêm Hùng, Vật Liệu Học, Hà Nội, 2010 Hoa Hữu Thu, Nhiên liệu dầu khí (1997), Đại học Quốc Gia Hà Nội Ibrahim Dincer, Yusuf Bicer, "Ammonia - Comprehensive energy system" Thermochemical surface engineering of steels - E.J.Mittemeijer, M.A.J.Somers [7] Fundametals of Mass Transfer in Gas Carburing – Olga Karabelchtchikova [8] Werkstoffkunde Stahl, Band 1: Grundlagen [9] esi-group.com [10] Đào Hồng Bách , Trường nhiệt độ hệ vật đúc khuôn đúc - Luận án tiến sỹ (tập 1) [11] E J Mittemeijer and J T Slycke: Surf Eng., 12 (1996), No 2, 152 [12] Website: technicalvnplus.com ... lớp thấm C-N cao so với thấm C thấp so với thấm N Hình 1.1: Quan hệ thành phần Cacbon Nitơ lớp bề mặt với nhiệt độ thấm [1] Tùy thuộc vào tỷ lệ C N mà lớp thấm gần giống với lớp thấm thấm C thấm. .. mô mẫu trụ sau thấm 33 3.2.2 Kết thực nghiệm mẫu trụ sau thấm .37 Mô thấm C-N mẫu bánh 42 3.3.1 Kết mô thấm C-N bánh 43 3.3.2 Kết mô bánh sau thấm 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ... với kết thực nghiệm, đồ án áp dụng mô với mẫu bánh phức tạp để đánh giá thay đổi mô thấm C-N bánh với mẫu trụ 3.3.1 Kết mô thấm C-N bánh Hình 3.48: Kết mơ hàm lượng C mẫu bánh tính từ bề mặt mẫu