Chƣơng 3 : Nhiệt luyện
3.6 Các khuyết tật xảy ra khi nhiệt luyện
3.6.1 Biến dạng, nứt
3.6.1.1 Nguyên nhân
Biến dạng và nứt do ứng suất bên trong gây ra. Khuyết tật này có thể xẩy 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 xẩy ra khi làm nguội. Làm nguội nhanh trong quá trình tôi, 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 không thể sửa chữa được. Nếu ứng suất bên trong vượt quá giới hạn chảy, thép bị biến dạng.
3.6.1.2 Cách ngăn ngừa - khắc phục
Ngăn ngừa xảy ra biến dạng nứt bằng cách giảm ứng suất bên trong. a. 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 không đưa đột ngột vào lò có nhiệt độ tôi cao ngay, mà trước đó cần được nung trước ở các lò có nhiệt độ thấp hơn;
- Đối với các trục dài khi nung nóng trong lò không nên đặt nằm ngang trên sàn lò, mà nên treo thẳng đứng;
b. Ngăn ngừa biến dạng, nứt trong quá trình nguội khi tôi bằng các biện pháp sau:
- Tận lượng làm nguội chậm trong khoảng nhiệt độ chuyển biến mactenxit bằng cách chọn môi trường và phương pháp tôi thích hợp;
- Chọn phương pháp thích hợp khi nhúng chi tiết, dụng cụ vào môi trường tôi. Khi nhúng chi tiết đã nung nóng vào môi trường tôi phải tuân theo các quy tắc sau đây:
+ Chi tiết gồm nhiều bộ phận dầy, mỏng khác nhau phải để phần dầy xuống dưới để nhúng vào môi trường tôi trước;
+ Các chi tiết dài, nhỏ (mũi khoan, ta rô, trục…) và lò xo phải nhúng thật thẳng đứng, nếu nghiêng sẽ bị cong;
+ Các chi tiết phẳng và mỏng (đĩa, lưỡi phay tròn) phải nhúng theo mặt phẳng đứng, không được nhúng nằm ngang;
+ Chi tiết có mặt lõm, không được hướng mặt này xuống chất lỏng, vì lớp màng hơi hình thành ở đó không thoát ra được, làm giảm độ cứng.
- Đối với các chi tiết dễ cong vênh như các tấm mỏng, bánh răng lớn (nhưng chiều dầy mỏng), biện pháp chống biến dạng là làm nguội khi tôi trong khuôn ép.
Khi chi tiết tôi đã bị nứt thì không dùng đuợc nữa và không có cách khắc phục được. Khi tôi 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.
3.6.2 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.
3.6.2.1 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, C02 và 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 xẩy ra ở các nguyên công nhiệt luyện ủ, thường hoá, tôi.
3.6.2.2 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;
- Khí quyển trung tính: 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.
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.
3.6.3 Độ cứng không đạt
Độ cứng không đạt là dạng khuyết tật: độ cứng cao hoặc thấp hơn so với độ cứng mà thép có thể đạt được tương ứng với loại thép và phương pháp nhiệt luyện đã cho.
3.6.3.1 Độ cứng cao
Khi ủ và thường hoá xẩy 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.
3.6.3.2 Độ cứng thấp
Khi tôi xẩy 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 xẩy ra chuyển biến auxtenit thành hỗn hợp ferit + Xêmentit trước khi chuyển biến mactenxit.
3.6.4 Tính giòn cao
Tính giòn cao là hiện tượng sau khi tôi, thép bị giòn quá mức. Nguyên 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 giòn cao. Chữa dạng hỏng này bằng cách thường hoá và tôi lại ở nhiệt độ đúng.
Câu hỏi ôn tập
1. Nêu định nghĩa, mục đích của nhiệt luyện? Trình bày ảnh hưởng của các nhân tố đến quá trình nhiệt luyện.
2. Nêu định nghĩa, mục đích của ủ thép? Trình bày các phương pháp ủ thép. 3. Nêu định nghĩa, mục đích của thường hoá. Hãy chọn nhiệt độ nung khi thường hoá cho thép C = 0,5% và thép C = 1,2%.
4. Nêu định nghĩa, mục đích của tôi thép? Trình bày phương pháp tôi xuyên tâm trong một môi trường và hai môi trường. Chọn nhiệt độ nung và môi trường nguội khi tôi xuyên tâm cho thép C = 0,6%, C = 1% .
6. Nêu định nghĩa, mục đích của ram thép? Trình bày các phương pháp ram thép.
7. Trình bày các dạng sai hỏng xẩy ra khi nhiệt luyện – nguyên nhân và biện pháp khắc phục.
8. Sản phẩm cơ khí được chế tạo bằng thép 0L0,9. Hãy nhiệt luyện để đạt độ cứng làm việc (60 – 62) HRC.
9. Một bánh răng được chế tạo bằng thép C30. Hãy nhiệt luyện để đạt độ cứng bề mặt bánh răng (50 -55) HRC, Trong lõi đạt (25 – 30) HRC để vừa chịu mài mòn, vừa chịu xoắn tốt.