Sau khi Austenit hĩa ở trên AC3, làm nguội thép xuống 400-600oC là vùng Austenit quá nguội cĩ tính ổn định tương đối cao và thấp hơn nhiệt độ kết tinh lại, rồi biến dạng dẻo và tơi ngay.
Bề mặt Lõi t°c 1 2 3 AC1 AC3 tBề mặt
- Khĩ tiến hành hơn vì địi hỏi độ biến dạng lớn(=50-90%) mà ở nhiệt độ thấp(400- 600oC) Austenit kém dẻo do vây phải cần máy cán lớn, yêu cầu cần phơi thép phải cĩ tiết diện nhỏ để kịp nguội nhanh đến 400-600oC.
- Đạt được độ bền rất cao do khơng thể xảy ra kết tinh lại bộ phận, song độ dẻo, độ dai thấp hơn: b=2600-2800N/mm2: =3%; ak=200KJ/m2.
Đáng chú ý là cơ tính cao của cơ nhiệt luyện vẫn cịn giữ lại (di truyền) được khi tơi tiếp theo.
2-/ HĨA BỀN BỀ MẶT THÉP.
Trong nhiệt luyện thép, hĩa bền bề mặt chiếm vị trí quan trọng, đặc biệt là trong chế tạo ơtơ - máy kéo. Trong chương này sẽ trình bày các phương pháp tơi bề mặt và hĩa nhiệt luyện thép. Cần nắm vững các điểm sau đây:
- Bản chất, tác dụng, nguyên lý, ưu nhược điểm, ứng dụng của tơi cảm ứng và ngọn lửa. - Bản chất, cách tiến hành, ứng dụng của thấm cacbon, nitơ, cacbon-nitơ.
- So sánh giữa các phương pháp hĩa bền đĩ.
Bề mặt chi tiết máy là bộ phận cĩ yêu cầu cao nhất: chịu ứng suất tác dụng lớn nhất, chịu mài mịn khi ma sát, tiếp xúc với mơi trường và cĩ thể bị ăn mịn khi làm việc. Rất nhiều chi tiết chỉ yêu cầu bề mặt cĩ độ cứng, độ bền cao trong khi đĩ lõi vẫn mềm, dẻo, dai.
Muốn vậy phải dùng các cách biến đổi tổ chức của lớp bề mặt theo phương hướng hĩa bền (làm cứng lên). Trong chế tạo cơ khí người ta cũng dùng các phương pháp cơ học: phun bi, lăn ép, đập làm biến dẻo, biến cứng, nâng caco độ cứng bề mặt thép, song cĩ hiệu quả khơng cao, năng suất thấp. Các phương pháp tơi bề mặt và hĩa nhiệt luyện cĩ nhiều ưu điểm hơn.
a-/ TƠI BỀ MẶT:
Tơi bề mặt là phương pháp hĩa bền cĩ hiệu quả với năng suất cao, hiện được áp dụng phổ biến trong chế tạo cơ khí.
* Nguyên lý chung:
Cĩ nhiều phương pháp tơi bề mặt song đều dựa trên nguyên lý chung là nung nĩng thật nhanh bề mặt đến nhiệt độ tơi, trong khi đĩ lõi vẫn nguội nên khi làm nguội nhanh tiếp theo chỉ làm cho bề mặt bị tơi và trở nên cứng, cịn lõi khơng cĩ chuyển biến gì, vẫn mềm.
Sự phân bố nhiệt độ theo tiết diện khi nung để tơi bề mặt, được trình bày như ở hình 33, trong đĩ I là lớp tơi hồn tồn vì khi nung nĩng cĩ t0 > Ac3, II - lớp tơi khơng hồn tồn vì Ac1 < t0 < Ac3, III - phần khơng được tơi chiếm phần lớn tiết diện.
Hai phương pháp tơi bề mặt phổ biến nhất là tơi cảm ứng và ngọn lửa.
f a * µ ρ δ = a) b) Vòng phun nước Nước làm nguội Vòng cảm ứng
Nước tuần hoàn
a) b)
Tơi cảm ứng là phương pháp tơi bề mặt cĩ chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cao nhất, được áp dụng rộng rãi trong kỹ thuật, đặc biệt là sản xuất hàng loạt.
- Nguyên lý nung nĩng bề mặt: Lợi dụng hiện tượng cảm ứng điện từ.
Khi vật dẫn cĩ dịn điện xoay chiều chạy qua sẽ tạo ra quanh nĩ một từ trường biến thiên, nếu đặt trong một chi tiết kim loại thì do sự biến thiên của từ trường sẽ sinh ra sức điện động cảm ứng, trên bề mặt kim loại sẽ Hình 37: Phân bố nhiệt độ khi nung nhanh. xuất hiện dịng điện cảm ứng cùng tần số,
chính nĩ sẽ nung nĩng nhanh bề mặt đến nhiệt độ tơi. Thường dùng dịng điện cĩ tần số cao tới hàng nghìn - hàng chục vạn hec, mà chiều sâu d của lớp bề mặt cĩ dịng điện chạy qua tỷ lệ nghịch với tần số f của nĩ theo cơng thức: Trong đĩ: a- Hệ số tỷ lệ. r- Điện trở. - Hệ số từ thẩm. Hình 38: Vịng cảm ứng tơi mặt trụ ngồi. - Vịng cảm ứng và các phương pháp nung nĩng, làm nguội:
Bộ phận dẫn điện để gây ra dịng điện cảm ứng nung nĩng bề mặt chi tiết được gọi là vịng cảm ứng, nĩ thường cĩ dạng phù hợp với bề mặt chi tiết cần nung để sao cho bao, ơm nhưng khơng tiếp xúc với bề mặt đĩ (khe hở 1,5 - 5 mm). Vịng cảm ứng được làm bằng các ống đồng ở trong cĩ nước chảy để làm nguội. Cĩ các dạng tơi bề mặt sau:
+ Tơi bề mặt ngồi: Vịng cảm ứng được uốn theo chu vi của chi tiết, chi tiết đặt ở trong vịng cảm ứng, khi đạt đến nhiệt độ tơi, ta nhắc nĩ ra nhúng vào mơi trường tơi (hình 38a)
Trong trường hợp bề mặt cần tơi quá lớn, khơng thể nung bề mặt cần tơi trong cùng một lúc (vì cơng suất thiết bị là cĩ hạn), người ta cĩ thể dùng cách nung nĩng làm nguội - liên tục - liên tiếp. Ví dụ khi tơi mặt trục dài, nĩ được chuyển động từ cao xuống thấp, trước tiên qua vịng cảm ứng được nung nĩng rồi qua vịng phun nước làm nguội và được tơi (hình 38b).
+ Tơi bề mặt trong: Khi tơi bề mặt trong của chi tiết chịu ma sát (ví dụ ống lĩt) vịng cảm ứng phải cĩ cấu tạo sao cho cĩ thể đặt được ở bên trong (hình 39a).
+ Tơi bề mặt phẳng: Cĩ thể tơi mặt phẳng, vịng cảm ứng cĩ dạng "dích dắc" theo mặt phẳng (hình 39b).
Tần số của dịng điện quyết định chiều dày lớp nung nĩng, do đĩ quyết định chiều sâu
của lớp tơi cứng. Hình 39: Vịng cảm ứng tơi BM trụ trong và mặt phẳng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các chi tiết lớn cần lớp tơi dày (4 - 5mm) do vậy phải dùng các thiết bị phát dịng điện cĩ tần số khơng cao lắm: 2500 và 8000 hec nhưng cĩ cơng suất lớn thường là 100Kw trở lên.
Các chi tiết bé cần lớp tơi mỏng (1 - 2mm) do vậy phải dùng các thiết bị phát dịng điện cĩ tần số rất cao cỡ hàng vạn hec: 66000 hay 200000 hec với cơng suất chỉ khoảng hàng chục Kw. Ở nước ta dã dùng phổ biến loại này.
- Tổ chức và tính chất của lớp thép tơi cảm ứng:
Để bảo đảm đồng thời yêu cầu sau khi tơi cĩ bề mặt cứng song lõi vẫn đủ mềm, dẻo, thép đem tơi cảm ứng thường cĩ lượng cacbon trung bình 0,40 - 0,60% và là loại thép cacbon hay hợp kim thấp với độ thấm tơi khơng cao, vì ở đây chỉ tiêu này khơng cĩ tác dụng gì với tơi cảm ứng do chiều sâu lớp tơi mỏng.
+ Tổ chức: Nung cảm ứng với tốc độ rất nhanh (trong vùng chuyển biến pha), tới hàng chục - hàng trăm độ/s (trong lị cao nhất là chỉ 1,5 - 3,00C/s), nên cĩ các đặc điểm sau:
• Nhiệt độ chuyển biến pha AC1, AC3 nâng cao lên, do vậy nhiệt độ tơi phải lấy cao hơn so với cách nung thơng thường là 100-200oC.
• Độ quá nhiệt cao nên tốc độ chuyển biến pha khi nung rất nhanh, thời gian chuyển biến ngắn, hạt Austenit rất nhỏ mịn nên khi tơi được kim Mactenxit rất nhỏ.
Để bảo đảm hạt nhỏ khi tơi cảm ứng, trước đĩ thép phải được nhiệt luyện tơi + ram cao thành Xoocbit ram. Tổ chức này vừa bảo đảm độ dai cao của lõi vừa bảo đảm bề mặt đạt hạt nhỏ khi nung cảm ứng. Vậy tổ chức sau khi tơi cảm ứng là: bề mặt Mactenxit hình kim nhỏ mịn, lõi -Xoocbit ram.
+ Cơ tính: Với thành phần Cacbon và tổ chức như vậy, sau khi tơi cảm ứng thép cĩ cơ tính là: bề mặt cứng 56-62HRC, lõi dẻo dai (10-25HRC), bảo đảm vừa chịu được mài mịn, ma sát vừa chịu được tải trọng cao và va đập, rất thích hợp với bánh răng, trục truyền, chốt, trục khuỷu...
Đáng chú ý là lớp bề mặt sau khi tơi cảm ứng sẽ chịu ứng suất nén dư, cĩ thể đạt đến 800N/mm2 do đĩ nâng cao giới hạn mỏi.
- Ưu việt của tơi cảm ứng:
So với tơi ở trong lị, tơi cảm ứng cĩ nhiều ưu việt.
1./ Năng suất cao do thời gian nung ngắn vì chỉ nung lớp mỏng ở bề mặt và nhiệt tạo trong lớp kim loại.
2./ Chất lượng tốt, cũng do thời gian nung ngắn mà hạn chế, thậm chí tránh được các khuyết tật như Oxy hĩa, thốt Cacbon, hơn nữa do điều chỉnh được nhiệt nung nên bảo đảm chất lượng đồng đều. Độ cứng tăng hơn so với tơi thường khoảng 1-2HRC.
3./ Dễ tự động hĩa, cơ khí hĩa, giảm nhẹ điều kiện làm việc của cơng nhân, để đặt trong dây chuyền sản xuất cơ khí.
Do vậy tơi cảm ứng được áp dụng rộng rãi trong sản xuất hàng loạt lớn cho các chi tiết mà bề mặt khơng quá phức tạp.
Nhược điểm của tơi cảm ứng là khĩ áp dụng cho các chi tiết cĩ hình dạng phức tạp, tiết diện thay đổi đột ngột do khĩ chế tạo vịng cảm ứng thích hợp. Khi sản xuất đơn chiếc hoặc loạt nhỏ, tính kinh tế thấp.
* Tơi ngọn lửa:
Dùng ngọn lửa Axêtilen-Ơxy cĩ nhiệt độ cao (≈3000oC) để nung nĩng nhanh bề mặt, trong khi đĩ lõi vẫn nguội, sau đĩ làm nguội chi tiết bằng vịi phun, hương sen hoặc nhấc ra nhúng vào mơi trường tơi.
Hình 40: Một vài dạng tơi bề mặt bằng ngọn lửa. Một vài dạng tơi được trình bày ở hình 40.
So với tơi cảm ứng, tơi ngọn lửa cĩ những đặc điểm sau đây:
- Thiết bị đơn giản, hầu như cĩ thể thực hiện được ở bất kỳ những xưởng cơ khí nào. - Chất lượng khĩ bảo đảm tốt do nhiệt độ ngọn lửa quá cao, bề mặt dễ bị qúa nhiệt (hạt lớn) thậm chí dễ bị cháy.
- Năng suất thấp.
Thường chỉ áp dụng cho chi tiết lớn (lớp tơi dày 5-10mm) mà tơi cảm ứng khơng được.
b./ HĨA NHIỆT LUYỆN:
Hĩa nhiệt luyện là phương pháp hĩa bền bề mặt cĩ hiệu quả hơn tơi cảm ứng song cĩ năng suất thấp hơn, được dùng rộng rãi trong sản xuất.
* Nguyên lý chung: