- nhiệt luyện nhiệt độ cao (a) và nhiệt độ
d. Thấm cacbon nitơ
Định nghĩa và mục đích
Thấm cacbon - nitơ là phương pháp hóa - nhiệt luyện làm b∙o hòa (thấm, khuếch tán) đồng thời cacbon và nitơ vào bề mặt thép để nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn (về mặt này nó nằm trung gian giữa thấm cacbon và thấm nitơ). Như vậy nó cũng nhằm mục đích như hai phương pháp hóa - nhiệt luyện trên song
tốt hơn thấm cacbon. Đặc điểm của thấm cacbon - nitơ là tùy thuộc vào tỷ lệ giữa
cacbon và nitơ trong lớp thấm mà quá trình có thể gần với một trong hai dạng
thấm trên hơn.
- Nếu quá trình xảy ra ở nhiệt độ cao, trên dưới 850oC, sự khuếch tán của cacbon mạnh, lớp thấm chủ yếu là cacbon (ít nitơ), do đó có tính chất gần với thấm cacbon hơn song tốt hơn thấm cacbon.
- Nếu quá trình xảy ra ở nhiệt độ thấp, trên dưới 560oC, sự khuếch tán của cacbon yếu, lớp thấm chủ yếu là nitơ, do đó tính chất gần với thấm nitơ hơn song
kém hơn thấm nitơ đôi chút.
Thấm cabon - nitơ ở nhiệt độ cao
Dạng thấm này ưu việt hơn và có xu hướng thay thế cho thấm cacbon. Khi thấm ở thể khí, người ta dùng công nghệ thấm cacbon ở thể khí chỉ với các thay đổi nhỏ là: hỗn hợp thấm có thêm 5 ữ 10%NH3, thấm ở nhiệt độ 840 ữ
860o
C, do vậy rất thuận lợi cho đổi mới công nghệ với các ưu việt (so với thấm cacbon):
- Trong lớp thấm có pha cacbon - nitrit Fe3(C,N) rất cứng (cứng hơn cacbit, xêmentit) và phân tán nên làm tăng rất mạnh tính chống mài mòn. Tuy độ cứng không khác thấm cacbon (HRC 60 ữ 65) nhưng thời hạn làm việc (tuổi bền) kéo
dài thêm 50 đến 100%.
- Do chống mài mòn tăng lên mạnh, lớp thấm có thể mỏng hơn lớp thấm cacbon khoảng 20 ữ 30%. Ví dụ bánh răng khi thấm cacbon sâu 0,90 ữ 1,20mm, khi thấm cacbon - nitơ chỉ cần 0,50 ữ 0,80mm. Nhờ vậy thời gian thấm sẽ ngắn lại.
- Do nhiệt độ và thời gian thấm đều giảm nên độ biến dạng chi tiết là không đáng kể, ngoài ra còn tăng được tuổi thọ của lò.
Khi thấm ở thể lỏng, người ta dùng chủ yếu các muối trong đó có gốc CN
(gọi là muối xyanua) hay CNO ở dạng nóng chảy, ở nhiệt độ cao (820 ữ 860oC) chúng ôxy hóa, phân hủy để tạo ra cacbon và nitơ nguyên tử bị hấp thụ và khuếch tán vào bề mặt thép tạo nên lớp thấm. Nhược điểm quan trọng nhất của cách thấm này là phải dùng các muối độc nên bị hạn chế sử dụng. Sau khi thấm cacbon - nitơ ở nhiệt độ cao, thép phải qua tôi + ram thấp như thấm cacbon nhưng với quy trình
đơn giản hơn nhiều.
Thấm cacbon - nitơ ở nhiệt độ thấp
Thấm cacbon - nitơ ở nhiệt độ thấp thường được tiến hành ở thể lỏng. Cách thấm cổ điển là dùng muối xyanua nóng chảy ở 540 ữ 560oC. ở nhiệt độ này nó bị ôxy hóa, phân hủy và tạo ra các nguyên tử hoạt thấm vào bề mặt thép. Do nhiệt độ thấp lớp thấm chủ yếu chứa nitơ nên tiếp theo không tiến hành tôi + ram thấp. Cũng giống như trên, do dùng muối xyanua với nồng độ cao hơn nên rất độc hại
Trong mấy chục năm qua người ta đ∙ tìm được phương pháp thấm cacbon - nitơ với dùng các muối không độc và đ∙ làm cho cách thấm này có bước phát triển mới quan trọng. Đó là phương pháp Tenifer (từ các từ tenax - làm bền, nitrur - thấm nitơ, ferrum - sắt).Người ta áp dụng dạng nhiệt luyện này cho các chi tiết ôtô (trục khuỷu, bánh răng), khuôn dập, khuôn ép chảy.
Cuối cùng cần nhấn mạnh là các phương pháp hóa bền bề mặt kể trên ngoài hiệu quả thấy rõ là nâng cao tính chống mài mòn thông qua biểu hiện về độ cứng, còn tạo nên được lớp ứng suất nén dư trên bề mặt với giá trị bằng khoảng vài trăm MPa, do đó nâng cao độ bền mỏi.