CẤU TẠO HỢP KIM VÀ GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁ
7.3.3.2. Oxi hóa và thoát cacbon
- Hiện tượng: Oxy hóa là hiện tượng tạo nên các vẩy oxyt ở trên bề mặt thép, lớp oxýt sắt không bền, dễ bị bong ra, làm sai kích thước và xấu bề mặt sản phẩm.
Thoát cacbon là hiện tượng hàm lượng cacbon ở bề mặt thép bị giảm đi do nó bị cháy vì vậy làm cơ tính lớp bề mặt - phần quan trọng nhất của chi tiết - bị giảm thấp.
- Nguyên nhân:
+) Ôxi hóa: Do khi nung đến nhiệt độ cao (lớn hơn 5700C) trên bề mặt của thép xuất hiện màng oxuyt sắt, có độ xốp cao nên không ngăn cản được oxi đến tiếp xúc do vậy gây ra hiện tượng ôxi hóa bề mặt thép.
+) Thoát cacbon: Cùng với hiện tượng ôxi hóa bề mặt thép, thì cacbon cũng kết hợp với ôxi tạo ra các ôxuyt cacbon (CO, CO2) làm giảm chất lượng bề mặt của chi tiết.
Thoát cacbon thường xảy ra với thép có hàm lượng cacbon > 0,6%. Do tồn tại chênh lệch nồng độ cacbon giữa sản phẩm và môi trường nên tạo thuận lợi cho quá trình khuếch tán cacbon ở bề mặt thép. Ở nhiệt độ cao, hệ số khuếch tán tăng mạnh.
Dc = D0.e-Q/KT
Khuyết tật này hay xảy ra ở các nguyên công nhiệt luyện ủ và thường hóa thép. - Tác hại
+) Làm hao hụt kim loại gây sai hỏng về kích thước cho chi tiết +) Làm giảm cơ tính của sản phẩm mà điển hình là giảm độ cứng - Cách khắc phục
Đối với các nguyên công nhiệt luyện sơ bộ, vì sau đó còn tiến hành gia công cơ nên nếu chiều sâu lớp khuếch tán này nhỏ hơn lượng dư gia công thì không cần lưu ý vì lớp sẽ bị bóc đi, không còn lại trên sản phẩm.
Biện pháp ngăn ngừa tốt nhất là tạo ra môi trường nung không gây ra các tác dụng ôxy hóa sắt và cacbon. Trong kỹ thuật thường dùng các môi trường sau.
+) Khí quyển bảo vệ: Đó là môi trường khí với tỷ lệ ôxy rất thấp và gồm có các khí CO2, CO, H2O, H2, CH4 và N2 trong đó N2 chiếm tỷ lệ chủ yếu từ 50 ÷ 75% và với các tỉ lệ nhất định giữa những thành phần của các khí ôxy hóa và hoàn nguyên của các khí làm thoát cacbon và thấm cacbon
Với tỷ lệ thích hợp của các khí có tác dụng ngược nhau sẽ làm cho thép không bị ôxy hóa và thoát cacbon.
+) Khí quyển trung tính: Khí quyển bảo vệ chỉ áp dụng cho thép cacbon và thép hợp kim thấp. Với các thép crom cao có các lực mạnh với ôxy do vậy không dùng được quyển bảo vệ nên phải dùng các khí như H, N, NH.
+) Nung trong chân không: là phương pháp nung trong các lò có độ chân không cao khoảng 10-2 ÷ 10-4 mmHg nên có khả năng chống ôxy hóa và thoát cacbon rất tốt song đây là phương pháp rất đắt nên ít được sử dụng.
Trong điều kiện không có các biện pháp bảo vệ kể trên, phải dùng các biện pháp khác như: rải than trên sàn lò, cho chi tiết vào hộp có phủ than, khử ôxy triệt để trong các lò muối...