e- Biến dạng trong đơn tinh thể
2.6.1. Những hiện t−ợng xảy ra khi nung Thay đổi độ dẻo
Thay đổi độ dẻo
Khi nung đến nhiệt độ rèn , độ dẻo tăng , độ cứng và độ bền giảm. Đối với thép các bon và thép hợp kim thấp :
• Từ 20 -100oC - độ dẽo tăng chậm;
• Từ 200-600 oC độ dẻo giảm dần;
• ở nhiệt độ 500 - 550 oC thép bị dòn;
• Khi T > 600oC độ dẻo tăng nhanh;
Thay đổi độ dẫn nhiệt
• Thép các bon : độ dẫn nhiệt giảm khi nhiệt độ tăng tới 800-850 oC.
• Thép hợp kim ( tuỳ theo thành phần các nguyên tố) Thép chứa nhiều Cr, Ni có độ dẫn nhiết tăng dần khi nhiệt độ tăng.
• Kim loại có độ dẫn nhiệt càng lớn thì thời gian nung càng ít.
Hiện t−ợng ôxyhoá
Kim loại khi nung trong lò, do tiếp xúc với không khí, khí lò nên bề mặt nó dễ bị ôxyhoá và tạo nên lớp vảy sắt. Sự mất mát kim loại đến 4 ữ 6%, còn làm hao mòn thiết bị, giảm chất l−ợng chi tiết v.v...
Quá trình ôxy hoá xảy ra do sự khuyết tán của nguyên tử ôxy vào lớp kim loại và sự khuyết tán của nguyên tử kim loại qua lớp ôxyt ở mặt ngoài vật nung để tạo thành 3 lớp vảy sắt: FeO - Fe3O4 - Fe2O3. Nhiệt độ nung trên 5700c lớp vảy sắt tăng mạnh và trên 10000C lớp vảy sắt dày đặc phủ kín mặt ngoài vật nung, nhiệt độ tiếp tục tăng lớp ôxyt này bị cháy, đồng thời tạo nên lớp ôxyt mới. Ôxy hoá có thể do ôxy của không khí hoặc do oxy có trong khí CO2, trong hơi n−ớc H2O.
Fe2O3 Fe3O4 FeO Kim loại cơ bản (thép)
Hình 2- 12 Sơ đồ cấu tạo lớp vảy sắt
Nếu nhiệt độ tăng thì lớp oxit trên bị cháy và hình thành lớp ôxit mới.
2 Fe + O2 = 2FeO
6 FeO + O2 = 2 Fe3O4 4 Fe3O4 + O2 = 6 Fe2O3;
Lớp bên ngoài rất mỏng Fe2O3 chiếm khoảng 2 % toàn bộ chiều dày; Lớp Fe3O4 chiếm khoảng 18%
Hiện t−ợng mất cácbon
Hiện t−ợng mất cácbon trên bề mặt của vật nung sẽ làm thay đổi cơ tính của chi tiết, có khi tạo nên cong vênh, nứt nẻ khi tôi. Quá trình mất các bon là do các chất khí O2, CO2, H2O, H2... tác dụng với cácbít sắt Fe3C của thép:
2Fe3C + O2 = 6Fe + 2CO ặ 2CO +O2ặ2CO2;
Fe3C + CO2 = 3Fe + 2CO ặ -/-
Fe3C + H2O = 3Fe + CO + H2 ặ -/- Fe3C + 2H2 = 3Fe + CH4 ặ -/- Tác dụng mạnh nhất là H2O rồi đến CO2, O2, H2...
Để giảm sự mất C có thể dùng chất sơn phủ lên bề mặt vật nung.
Hiện t−ợng quá nhiệt
Khi nung thép quá nhiệt độ tới hạn (T > Tđ - 150) oC và giữ lâu thì kích th−ớc hạt ôstenit càng lớn, làm cho tính dẻo của kim loại giảm nhiều, có thể tạo nên nứt nẻ khi gia công hoặc giảm tính dẻo của chi tiết sau này.
• Đối với thép cacbon nhiệt độ quá nhiệt d−ới đ−ờng đặc khoảng 1500 trở lên.
• Thép các bon kết cấu (%C <0,4%) Nhiệt độ quá nhiệt khoảng 1300 oC;
(%C >0,4%) 1150 oC
Thép hợp kim 20X, 40X 1050-1100 oC
(TCVN 20Cr, 40Cr)
Hiện t−ợng này đ−ợc khắc phục bằng ph−ơng pháp ủ. Loại quá nhiệt nhiều có thể phải tiến hành ủ từ 2 - 6 lần.
Hiện t−ợng cháy
Khi kim loại nung trên nhiệt độ quá nhiệt (gần đ−ờng đặc) vật nung bị phá huỷ tinh giới của các hạt do vùng tinh giới bị ôxy hoá mãnh liệt. Kết quả làm mất tính liên tục của kim loại, dẫn đến phá huỷ hoàn toàn độ bền và độ dẻo của kim loại.
Tinh giới hạt kim loại
Hình 2- 13 Tinh giới hạt bị oxy hoá và phá huỷ Nhiệt độ cháy của một số thép nh− sau :
Y12, Y13 (TCVN - CD120, CD 130) nhiệt độ cháy là 1200 oC
45, 2X13 (TCVN - C45,1Cr13) 1350 oC
Sau khi bị cháy thì kim loại phải vứt đi hoặc cắt bỏ phần bị cháy.
Nứt nẻ:
Hiện t−ợng nứt nẻ xuất hiện bên ngoài hoặc bên trong kim loại.
Nguyên nhân: Do ứng suất nhiệt sinh ra vì sự nung không đều, tốc độ nung không hợp lý v.v...ứng suất nhiệt này cùng với ứng suất d− sẵn có của phôi (cán, đúc) khi v−ợt qua giới hạn bền của kim loại sẽ gây ra nứt nẻ.