Khái niệm : Là ph−ơng pháp nhiệt luyện, nung thép đến nhiệt độ chuyển biến pha trên đ−ờng Ac3 hay trên Acm + ( 30 ... 50o C) , giữ nhiệt độ đó một thời gian , sau đó làm nguội ngoài không khí. ( Thực chất là một dạng ủ đặc biệt nh−ng tốc độ ủ ở đây cao hơn ph−ơng pháp ủ th−ờng).
Mục đích :
+ Khử ứng suất ;
+ Làm nhỏ hạt và đồng đều tổ chức,
+ Cải thiện các tổ chức xấu nh− tổ chức xementít, Ferít hạt to , tổ chức Vítmantít...) t (thời gian) Acm Ac1 Ac3 Khoảng nhiệt độ ủ Ac1 Ac3 t (thời gian)
+ Chuẩn bị tổ chức cho khâu nhiệt luyện tiếp theo, th−ờng hoá ( Cũng có thể là khâu nhiệt luyện cuối cùng )
Hình 3-4 Sơ đồ quá trình công nghệ th−ờng hoá
3.4.3. Tôi thép
a. Khái niệm : là qúa trình nung thép tới nhiệt độ chuyển biến pha :
Thép tr−ớc cùng tích To = Ac3 + 30-50 oC ;Thép sau cùng tích To = Ac1 + 30-50 oC sau đó giữ nhiệt và làm nguội nhanh trong các môi tr−ờng làm nguội, để ngăn cản không cho Ô stenít chuyển thành péclít mà chuyển thành mác ten xít có tổ chức không cân bằng với độ cứng cao.
Có thể tôi thép trong một môi tr−ờng, tôi trong hai môi tr−ờng, tôi phân cấp, tôi đẳng nhiệt, tôi toàn bộ, tôi bộ phận ( nh− tôi bề mặt) , ...
Hình 3-5 Sơ đồ quá trình công nghệ tôi thép
b. Mục đích
+ Tăng độ cứng và tính chịu mài mòn của vật liệu;
+ Chuẩn bị cho khâu nhiệt luyện tiếp thép nh− ram, để đạt đ−ợc những tính chất theo yêu cầu.
3.4.5 Ram thép
a. Khái niệm : Ram thép là quá trình nung thép đã tôi đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chuyển biến pha ( T < A c1 ) , sau đó gĩ− nhiệt rồi làm nguội để mác ten xít và ô
t (thời i ) Acm Ac1 Ac3 Khoảng nhiệt độ th-ờng Ac1 Ac3 t (thời T oC T oC t (thời Ac Ac1 Ac3 Khoả ng nhiệt Ac1 Ac3 t (thời T
stenit d− phân hoá thành các tổ chức thích hợp với các điều kiện làm việc. Ram là thao tác bắt buộc đối với thép sau khi tôi.
b. Mục đích
• Làm ổn định tổ chức của thép đã tôi;
• Cải thiện cơ tính cho thép ( làm giảm một ít độ cứng, tăng tính dẻo cho thép) ;
• Khử ứng suất d− do quá trình tôi sinh ra
c. Các ph−ơng pháp ram
+ Ram thấp : T = 150 - 250 oC + Ram thấp : T = 300 - 450 oC + Ram thấp : T = 500 - 650 oC
Ram là một trong những ph−ơng pháp quyết định đến cơ tính của thép.
3. 5 Sơ đồ tổng hợp quá trình nhiệt luyện
Hình 3-6 Sơ đồ tổng quát một số ph−ơng pháp nhiệt luyện chủ yếu
3. 6 Hoá nhiệt luyện 3.6.1 Khái niệm
Đây là một ph−ơng pháp nhiệt luyện đặc biệt mà thực chất của nó là nung thép đến nhiệt độ cao ( đến vùng tồn tại O stenit ) rồi cho một số nguyên tố ( cácbon, ni tơ,... ) xâm nhập vào bề mặt của vật liệu, kết quả làm thay đổi thành phần hoá học lớp bên ngoài của vật liệu. Sau đó tiến hành nhiệt luyện để nhận đ−ợc những tính chất theo yêu cầu.
So với ph−ơng pháp nhiệt luyện thông th−ờng thì đây là ph−ơng pháp có làm thay đổi thành phần hoá học trên những bề mặt cần thiết của thép, do vậy làm thay đổi cơ tính trên bề mặt so với cơ tính bên trong của chi tiết.
Các giai đoạn của hoá nhiệt luyện
1. Giai đoạn phân hoá : là quá trình phân huỷ các phân tử để tạo nên các nguyên tử có hoạt tính hoá học mạnh và có khả năng khuyếch tán vào bề mặt của chi tiết cần thấm.
2. Quá trình hấp thụ vào bề mặt kim loại để tạo nên sự chênh lệch về nồng độ trên bề mặt và bên trong vật thể. %C t (thời i ) Acm Ac1 Ac3 Th-ờng hoá Tôi T oC 1100 1000 ủ khuếch t n (đồng ủ không hoàn ủ thấp 1147 oC
3. Quá trình khuyếch tán - các nguyên tử hoạt tính ở lớp hấp thụ sẽ đi sâu vào bên trong chi tiết theo cơ chế khuyếch tán, tạo nên chiều dày lớp thấm cần thiết.
Quá trình thấm phụ thuộc : nhiệt độ thấm, thời gian và một số yếu tố khác nh− chất l−ợng bề mặt, vật liệu thấm, chất xúc tác,...
Nhiệt độ thấm càng cao thì chuyển động nhiệt của các nguyên tử càng mạnh, tốc độ khuyếch tán càng lớn, làm cho quá trình thấm nhanh chóng đạt đ−ợc chiều dày thấm. T−ơng tự, thời gian thấm càng lâu chiều dày lớp thấm càng tăng.
Các ph−ơng pháp thấm
Tuỳ theo loại nguyên tố xâm nhập vào vật liệu mà ta có các ph−ơng pháp thấm hay nhuộm màu nh− :
+ Thấm các bon; thấm nitơ; thấm cácbon - Nitơ + Thấm kim loại : Thấm nhôm, thấm Si, ... Đặc điểm :
+ Không phụ thuộc hình dáng của phôi;
+ Có sự khác nhau cả về cấu trúc và thành phần kim loại ở vùng bên trong vật thể và trên bề mặt cuả nó.
Thấm các bon là ph−ơng pháp đ−ợc sử dụng khá rộng rãi ở n−ớc ta. Sau đây ta làm quen chủ yếu với ph−ơng pháp này . Thấm cácbon có thể thực hiện ở thể rắn hay thể khí, thể lỏng.
3.6.2 Thấm các bon ở thể rắn
Chất thấm đ−ợc dùng là các bon ở thể rắn nh− than hoa, than gỗ, ... trộn lẫn với một số chất kích thích nh− BaCO3, Na2CO3, K2CO3, ... Hiện nay ng−ời ta còn dùng axêtát natri ( CH3COONa.3H2O) thì hiệu quả thấm cao hơn các chất kích thích trên nh−ng giá thành còn cao.
Yêu cầu đối với chất thấm các bon
1. Có tác dụng thấm cácbon mạnh ở một nhiệt độ nhất định. các bon đ−ợc thấm vào chi tiết theo một tốc độ đều, đảm bảo sau khi thấm xong chi tiết đạt đ−ợc hàm l−ợng các bon và chiều sâu theo yêu cầu.
2. Sử dụng đ−ợc nhiều lần, vẫn duy trì đ−ợc hoạt tính của các bon. 3. Tỷ trọng cần nhỏ, giảm đ−ợc trọng l−ợng;
4. Tính dẫn nhiệt tốt để có thể rút ngắn thời gian tăng nhiệt độ, thấu nhiệt , giữ nhiệt độ trong hộp đồng đều.
5. ở nhiệt độ thấm có tính co ít, độ bền cao; 6. Không chứa các tạp chất có hại nh− : S, P, ...
Thực chất quá trình thấm các bon là tạo ra một lớp các bon hoạt tính nằm trong hộp kín giữa các khe hở của các chất thấm ở trong hộp. ở nhiệt độ thấm khoảng 900 - 950 oC ôxy tác dụng với các bon tạo thành khí CO, nh−ng ở nhiệt độ này không ổn định và tiếp tục ô xy hoá để trở thành CO2 và giải phóng các bon hoạt tính theo phản ứng :
2C + O2 ---> 2 CO
2CO ---> CO2 + C ( Hoạt tính )
Các chất muối , chất kích thích thấm các bon cũng sinh các phản ứng tạo ra các bon hoạt tính :
Na2CO3 ---> Na2O + CO2 CO2 + C ---> 2 CO
BaCO3 ---> BaO + CO2
Các phản ứng trên xảy ra liên tục , tạo nên CO và liên tiếp sinh ra các bon " C " hoạt tính để đi vào bề mặt chi tiết cần thấm.
Đặc điểm của thấm các bon ở thể rắn là
* Thao tác dễ dàng, quy trình không yêu cầu chặt chẽ; * Chất thấm dễ tìm;
* Không đòi hỏi thiết bị đặc biệt; * Phạm vi sử dụng rộng rãi;
Nh−ợc điểm * Khó khống chế chất l−ợng thấm;
* C−ờng độ lao động cao, điều kiện lao động nặng nhọc : bụi nhiều, nhiệt độ cao, ... làm ảnh h−ởng đến sức khoẻ của công nhân.
* Thời gian thấm dài, chi phí cho sản xuất sẽ lớn;
* Có khả năng làm cho thép có tổ chức hạt to gây khó khăn cho quá trình tôi.
3.6.3 Thấm các bon ở thể khí
Ng−ời ta dùng trực tiếp các chất khí CO, CH4 để thấm. CH4 ặ 2H2 + C ( dạng nguyên tử)
Khi thấm chỉ cần 3 - 5 % CH4 ở trong không khí (nồng độ khoảng 0,8 - 1 % . Đó là −u điểm nổi bật của thấm các bon ở thể khí.
Khi thấm bằng khí CO thì yêu cầu độ tinh khiết của CO là > 90% Ưu điểm của thấm các bon ở thể khí :
• Năng suất cao, thời gian thấm t−ơng đối ngắn;
• Chất l−ợng tốt, đảm bảo nồng độ các bon quy định cho lớp thấm;
• Dễ cơ khí hoá và tự động hoá nên cải thiện đ−ợc điều kiện làm việc trong môi tr−ờng độc hại.
3.6.4 Thấm các bon ở thể lỏng
Chỉ áp dụng cho những chi tiết bé vì năng suất thấp, điều kiện lao động nặng nhọc. Các chi tiết máy sau khi thấm đ−ợc tiến hành tôi 1 hoặc 2 lần sau đó ram. Độ cứng trên bề mặt đạt phoảng 60-63 HRC trong lõi có độ cứng 30-40 HRC.
3.7 Thiết bị nhiệt luyện
Thiết bị nhiệt luyện bao gồm các loại thiết bị nung giử và không chế nhiệt độ, dụng cụ phục vụ cho quá trình cấp phôi liệu lấy phôi liệu sau khi nung, ... ở đây chúng ta chỉ quan tâm đến các loại thiết bị nung hay các loại lò nung phôi khi nhiệt luyện. Yêu cầu đối với thiết bị nung
• Khống chế nhiệt độ chính xác ; ( sai lệch cho phép trong khoảng từ 5 - 10 oC).
• Nhiệt độ nung phải đồng đều trong phạm vi làm việc.
• Môi tr−ờng khí lò phải ít bị ô xy hoá và ít thoát các bon.
• ít độc hại, đảm bảo an toàn khi làm việc;
• Vận hành dễ dàng, dễ cơ khí hoá và tự động hoá ; Phân loại lò nhiệt luyện :
• Theo công dụng : Lò để ủ , tôi, ram, th−ờng hoá kim loại,...
• Dựa vào khoảng nhiệt độ của lò mà mỗi loại lò có thể có nhiều chức năng nh− lò để tôi, th−ờng hoá, ... Đa số các loại lò buồng có nhiệt độ cao trên 950oC cho nên có thể sử dụng để tôi, ủ, ram, ...
• Theo ph−ơng thức làm việc thì có lò làm việc gián đoạn và lò liên tục.
• Lò điện : Lò điện trở, lò cảm ứng hay lò cao tần,
• Lò nhiệt luyện trong chất điện phân : nh− lò muối hai cực, lò muối ba cực,...
• Lò đốt : lò đốt than ( nhiên liệu rắn ), lò đốt dầu ( nhiên liệu lỏng ) lò đốt bằng nhiên liệu khí nh− các loại khí đốt.
• Theo hình thức bố trí lò có loại lò đốt trực tiếp, lò phản xạ, ...
• Theo môi tr−ờng truyền nhiệt : có lò truyền nhiệt là không khí, lò truyền nhiệt bằng khí bảo vệ, khí cháy, lò dầu, lò muối điện phân, ...
Đặc tính kỹ thuật một số lò nhiệt luyện
Bảng 3-1 Tên lò Ký hiệu U P T max o C Công dụng Môi tr−ờng nung nóng V KW/h 650 Lò giếng H31T LX 380 24 650 Ram thấp, ram cao,... Lò buồng điện trở H15T 380 15 1200 Tôi ram, ủ , thấm các bon Không khí Lò buồng điện trở H60 380 60 1200 Tôi ram, ủ , thấm các bon Không khí Lò muối hai cực C25T 380 25 850 Lò muối ba cực CBC - 35/13 380 35 1300 Tôi thép hợp kim, thép gió, dụng cụ cắt 100 % BaCl2
Sơ đồ nguyên lý cấu tạo một số lò thông dụng trong nhiệt luyện.
Lò buồng điện trở
Hình 3-8 Sơ đồ nguyên lý lò buồng điện trở
1 - Gạch chịu lửa; 2 - Dây điện trở;
3 - Chi tiết cần nung; 4 - Tấm lót kim loại đáy bằng thép chịu nhiệt;
Hình 3-9 Sơ đồ nguyên lý lò muối hai cực .
1 - Điện cực; 2 - Buồng nung; 3 - Gạch chịu lửa;
4 - Bột cách nhiệt; 5 - Gạch cách nhiệt; 6 - Vỏ thép bảo vệ
Lò muối ba cực
Hình 3-10 Sơ đồ nguyên lý lò muối ba cực
1 - Điện cực; 2 - Buồng nung; 3 - Gạch chịu lửa;
Hình 3-7 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo t−ờng lò
1 - Buồng nung; 2 - Gạch chịu nhiệt; 3 - Bột cách nhiệt;
ch−ơng 4 khái niệm chung về quá trình sản xuất đúc
4.1. Thực chất, đặc điểm vμ công dụng của sản xuất đúc 4.1.1. Thực chất quá trình đúc: