Mục tiêu
- Trình bày được nguyên nhân và các biện pháp phòng ngừa, khắc phục
các khuyết tật xảy ra khi nhiệt luyện;
- Rèn luyện khả năng tư duy độc lập và sáng tạo trong học tập.
6.1. Biến dạng, nứt
6.1.1. Nguyên nhân
Biến dạng và nứt do ứng suất bên trong gây ra. Khuyết tật này có thể xảy ra khi nung nóng và làm nguội. Nung nóng nhanh và đặc biệt đối với thép dẫn nhiệt kém (thép hợp kim cao) gây ra ứng suất nhiệt lớn, xong dạng khuyết tật này thường xảy ra khi làm nguội. Làm nguội nhanh trong q trình tơi, ứng suất nhiệt và ứng suất tổ chức đều lớn.
Nếu ứng suấtt bên trong vượt quá giới hạn bền, thép sẽ bị nứt, đó là dạng khuyết tật khơng thể sửa chữa được. Nếu ứng suất bên trong vượt quá giới hạn chảy.
6.1.2. Cách ngăn ngừa - khắc phục
Ngăn ngừa biến dạng, nứt trong quá trình nung bằng các biện pháp sau: - Xác định tốc độ nung nóng nhanh hợp lý để tránh nứt. Đối với các thép hợp kim cao có tính dẫn nhiệt kém, khi nung nóng khơng đưa đột ngột vào lị có nhiệt độ tơi cao ngay, mà trước đó cần được nung trước ở các lị có nhiệt độ thấp hơn;
- Đối với các trục dài khi nung nóng trong lị khơng nên đặt nằm ngang trên sàn lò, mà nên treo thẳng đứng;
Ngăn ngừa biến dạng, nứt trong q trình nguội khi tơi bằng các biện pháp sau:
- Tận lượng làm nguội chậm trong khoảng nhiệt độ chuyển biến mactenxit bằng cách chọn mơi trường và phương pháp tơi thích hợp;
- Chọn phương pháp thích hợp khi nhúng chi tiết, dụng cụ vào môi trường tơi. khi nhúng chi tiết đã nung nóng vào mơi trường tơi phải tn theo các quy tắc sau đây:
+ Chi tiết gồm nhiều bộ phận dày, mỏng khác nhau phải để phần dày xuống dưới để nhúng vào môi trường tôi trước;
+ Các chi tiết dài, nhỏ (mũi khoan, ta rơ, trục…) và lị xo phải nhúng thật thẳng đứng, nếu nghiêng sẽ bị cong;
+ Các chi tiết phẳng và mỏng (đĩa, lưỡi phay trịn) phải nhúng theo mặt phẳng đứng, khơng được nhúng nằm ngang;
+ Chi tiết hình ống, khi nhúng phải đảm bảo vng góc với mặt chất lỏng; + Chi tiết có mặt lõm, khơng được hướng mặt này xuống chất lỏng, vì lớp màng hơi hình thành ở đó khơng thốt ra được, làm giảm độ cứng.
- Để đảm bảo ứng suất nhiệt do làm nguội khi tôi, thường áp dụng biện pháp tơi hạ nhiệt. Cách tơi đó như sau: Trước khi làm nguội trong môi trường tôi, người ta để chi tiết hay dụng cụ tự nguội trong khơng khí khoảng (50 ÷70)0C, như vậy độ chênh nhiệt độ giữa nhiệt độ của chi tiết tôi và môi trường tôi sẽ giảm đi, ứng suất nhiệt sẽ giảm bớt. Cách tôi như vậy thường áp dụng cho các thép tôi ở nhiệt độ tôi cao > 9000C, như khi thấm cacbon, các thép dụng cụ hợp kim.
- Đối với các chi tiết dễ cong vênh như các tấm mỏng, bánh răng lớn (nhưng chiều dày mỏng), biện pháp chống biến dạng là làm nguội khi tôi trong khuôn ép.
Có thể ngăn ngừa biến dạng, nứt bằng biện pháp thiết kế, tức là cố gắng tạo cho chi tiết có thành dày đều đặn, cân đối khơng có góc nhọn và những phần thay đổi tiết diện đột ngột. Những chi tiết q to có thể dùng thép hợp kim tơi dầu và phân chia thành nhiều mảnh nhỏ, làm như vậy cũng có thể giảm được ứng suất nhiệt.
Khi chi tiết tơi đã bị nứt thì khơng dùng đuợc nữa và khơng có cách khắc phục được. Khi tơi chi tiết bị biến dạng cong vênh thì có thể khắc phục lại được
bằng cách nắn ép tiếp theo trước hoặc trong khi ram. Ở đây áp dụng cách tôi phân cấp rất tiện cho cách nắn ép đó.
6.2. Ơxy hóa và thốt cacbon
Ơxy hóa là hiện tượng tạo nên các lớp vẩy ôxit ở trên bề mặt thép, lớp ơxít sắt khơng 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 mơi trường nung gây ra hiện tượng ơxy hố, thốt cacbon. Các khí gây ra khuyết tật này là 02, C02 và hơi nước, chúng ln có trong khơng khí và do đó đi vào khí quyển của lị nung. Ơxy hố, thốt cacbon thường xảy ra đồng thời.
Khuyết tật này thường xảy ra ở các nguyên cơng nhiệt luyện ủ, thường hố, tôi.
6.2.2. Cách ngăn ngừa và khắc phục
Đối với các nguyên cơng nhiệt luyện sơ bộ, vì sau đó cịn tiến hành gia cơng cơ nên chiều sâu lớp khuyết tật này nhỏ hơn lượng dư gia cơng thì khơng cần chú ý, lớp vẩy ơxit sẽ bị bóc đi, khơng cịn 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 ơxy hố sắt và cacbon. Trong kỹ thuật thường dùng các mơi trường nung sau đây:
- Khí quyển bảo vệ (hay cịn gọi là khí quyển có thể khống chế). Đó là loại mơi trường khí với tỷ lệ ơxy 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 ơxy hóa và hồn ngun, của các khí làm thốt cacbon và thấm cacbon;
Với tỷ lệ thích hợp các khí có tác dụng ngược nhau như vậy, thép sẽ khơng bị ơxy hố, thốt 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 khơng hồn tồn 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 crơm cao và hợp kim bền nóng, Crơm ái lực mạnh với ơxy do vậy khơng sử dụng được khí quyển bảo vệ. Trong trường hợp này phải dùng các khí trung tính như H2, N2, NH3. Hyđrơ khơng gây oxy
hố nhưng làm thốt cacbon, do vậy có thể dùng cho thép cần bảo vệ khỏi ơxy hố, khơng cần bảo vệ khỏi thốt cacbon như loại thép biến thế silic.
Ni tơ là loại khí trơ là khí bảo vệ lý tưởng, song một lượng nhỏ của ơxy trong nó cũng đủ gây ra ơxy hố. Cũng có thể dùng NH3 phân hố. Khi cần bảo vệ đặc biệt có thể sử dụng khí acgơng (Ar ).
Nung trong chân khơng. Nung trong các lị có độ chân khơng cao, khoảng từ 10-2 ÷ 10-4mm Hg có khả năng chống ơxy hố và thốt cacbon rất tốt. Các lị chân khơng rất đắt, nhưng với tiến bộ của khoa học kỹ thuật, chúng được dùng ngày một nhiều.
Trong điều kiện khơng có các biện pháp bảo vệ kể trên, phải dùng các biện pháp khác như: rải than lên sàn lị, cho chi tiết vào hộp có phủ than, khử ơxy triệt để trong các lị muối …
Khi thép bị thốt cacbon bề mặt, có thể khơi phục lại các lớp đó bằng thấm cacbon: xong biện pháp này khơng 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.
6.3. Độ cứng không đạt
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 khơng đủ cơ tính để làm việc. Ngun 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 ngun nhân, sau đó thường hố và tơi lại (khi thốt 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.
Tính giịn cao là hiện tượng sau khi tơi, thép bị giịn q mức. Ngun nhân là do nung thép ở nhiệt độ cao quá quy định (quá nhiệt) làm hạt auxtenit lớn. Do vậy khi tôi được tổ chức mactenxit hình kim lớn, tính giịn cao. Chữa dạng hỏng này bằng cách thường hố và tơi lại ở nhiệt độ đúng.