3. Ủ và thường hóa thép Mục tiêu
6.2. Ôxy hóa và thoát cacbon
Ôxy hóa là hiện tượng tạo nên các lớp vẩy ôxit ở trên bề mặt thép, lớp ôxít sắt không bền, dễ bị bong ra, làm sai kích thước và làm xấu bề mặt sản phẩm.
Thoát cacbon là hiện tượng hàm lượng cacbon trên bề mặt thép bị giảm đi do bị cháy, vì vậy làm cơ tính lớp bề mặt bị giảm thấp.
6.2.1. Nguyên nhân
Do nung nóng ở nhiệt độ cao, sắt và cacbon kết hợp với những thành phần của môi trường nung gây ra hiện tượng ôxy hoá, thoát cacbon. Các khí gây ra khuyết tật này là 02, C02và hơi nước, chúng luôn có trong không khí và do đó đi vào khí quyển của lò nung. Ôxy hoá, thoát cacbon thường xảy ra đồng thời.
Khuyết tật này thường xảy ra ở các nguyên công nhiệt luyện ủ, thường hoá, tôi.
6.2.2. Cách ngăn ngừa và khắc phục
Đối với các nguyên công nhiệt luyện sơ bộ, vì sau đó còn tiến hành gia công cơ nên chiều sâu lớp khuyết tật này nhỏ hơn lượng dư gia công thì không
cần chú ý, lớp vẩy ôxit sẽ bị bóc đi, không còn để lại trên sản phẩm. Người ta thường chú ý ngăn ngừa và khắc phục khuyết tật này ở nguyên công tôi.
Biện pháp ngăn ngừa tốt nhất là tạo ra môi trường nung không gây ra các tác dụng ôxy hoá sắt và cacbon. Trong kỹ thuật thường dùng các môi trường nung sau đây:
- Khí quyển bảo vệ (hay còn gọi là khí quyển có thể khống chế). Đó là loại môi trường khí với tỷ lệ ôxy rất thấp và gồm các khí C02, C0, H20, H2, CH4
và N2 chiếm tỷ lệ chủ yếu (50 ÷75)% và với các tỷ lệ nhất định giữa những
thành phần của các khí ôxy hóa và hoàn nguyên, của các khí làm thoát cacbon
và thấm cacbon; 2 4 2 2 2 ; ; H CH H O H CO CO
Với tỷ lệ thích hợp các khí có tác dụng ngược nhau như vậy, thép sẽ không bị ôxy hoá, thoát cacbon hoặc thấm thêm cacbon vào bề mặt, bề mặt nung được sáng bóng. Cần chú ý là tỷ lệ khống chế các thành phần khí kể trên phụ thuộc vào thành phần cacbon của thép và nhiệt độ nung.
Khí quyển bảo vệ được điều chế trên cơ sở cháy không hoàn toàn khí thiên nhiên (loại khí có chứa tới 90% CH4) Rồi pha thêm các thành phần cần thiết.
- Khí quyển trung tính: khí quyển chỉ bảo vệ áp dụng được cho thép cacbon và thép hợp kim thấp.Với thép crôm cao và hợp kim bền nóng, Crôm ái lực mạnh với ôxy do vậy không sử dụng được khí quyển bảo vệ. Trong trường hợp này phải dùng các khí trung tính như H2, N2, NH3. Hyđrô không gây oxy hoá nhưng làm thoát cacbon, do vậy có thể dùng cho thép cần bảo vệ khỏi ôxy
hoá, không cần bảo vệ khỏi thoát cacbon như loại thép biến thế silic.
Ni tơ là loại khí trơ là khí bảo vệ lý tưởng, song một lượng nhỏ của ôxy trong nó cũng đủ gây ra ôxy hoá. Cũng có thể dùng NH3 phân hoá. Khi cần bảo vệ đặc biệt có thể sử dụng khí acgông (Ar ).
Nung trong chân không. Nung trong các lò có độ chân không cao, khoảng từ 10-2 ÷ 10-4
mm Hg có khả năng chống ôxy hoá và thoát cacbon rất tốt. Các lò chân không rất đắt, nhưng với tiến bộ của khoa học kỹ thuật, chúng được dùng ngày một nhiều.
Trong điều kiện không có các biện pháp bảo vệ kể trên, phải dùng các
biện pháp khác như: rải than lên sàn lò, cho chi tiết vào hộp có phủ than, khử ôxy triệt để trong các lò muối …
Khi thép bị thoát cacbon bề mặt, có thể khôi phục lại các lớp đó bằng thấm cacbon: xong biện pháp này không phải bao giờ cũng dùng được vì làm cong vênh chi tiết (do nung nóng, làm nguội nhiều lần) và khó đạt được đúng thành phần cacbon cũ.
Độ cứng không đạt là dạng khuyết tật: độ cứng cao hoặcthấp hơn so với độ cứng mà thép có thể đạt được tương ứng với loại thép và phương pháp nhiệt luyện đã cho.
6.3.1. Độ cứng cao
Khi ủ và thường hoá xảy ra hiện tượng này làm khó khăn cho cắt gọt và biến dạng dẻo tiếp theo. Nguyên nhân có thể là do tốc độ làm nguội lớn. Khắc phục hiện tượng này bằng cách ủ và thường hoá lại.
6.3.2. Độ cứng thấp
Khi tôi xảy ra hiện tượng này làm cho thép không đủ cơ tính để làm việc. Nguyên nhân có thể là:
- Thiếu nhiệt: nung chưa đến nhiệt độ yêu cầu, thời gian giữ nhiệt chưa đủ,
- Làm nguội không đủ nhanh nên để xảy ra chuyển biến auxtenit thành
hỗn hợp ferit + Xêmentit trước khi chuyển biến mactenxit.
- Thoát cacbon bề mặt.
Khi xảy ra hư hỏng loại này phải tìm cho được nguyên nhân, sau đó thườnghoá và tôi lại (khi thoát cacbon thì trước đó phải đem thấm cacbon).
Trong điều kiện bảo quản thép không tốt, để lẫn các số hiệu thép với nhau thường gây ra hư hỏng loại này. Lúc đó việc khắc phục trở lên rất phức tạp.