Chương 3 Tổng hợp nhiệt luyện mác thép nghiên cứu
3.1. Nhiệt luyện thép 1045
Thành phần hóa học thép 1045 theo bảng 3.1 dưới đây:
Bảng 3.1. Thành phần hóa học thép 1045 Nguyên t Cacbon, C Mangan, Mn Photpho, P Lưu huỳ Thép AISI 1045 được sử dụng để rèn, thường hóa, khử ứng suất, và chủ
yếu sử dụng qua tôi và ram.
Nhiệt độ rèn trong khoảng 850°C - 1250°C (1562°F - 2282°F). Giữ nhiệt để đồng đều hóa sau đó làm nguội cùng lò.
Ủ - Nâng nhiệt tới 800°C - 850°C (1472°F - 1562°F). Giữ nhiệt để đồng đều hóa sau đó làm nguội cùng lò.
Thường hóa – Nâng nhiệt đến 870°C - 920°C (1598°F-1688°F). Giữ nhiệt khoảng 10 - 15 phút. Nguội ngoài không khí.
Khử ứng suất dư – Nung đến 550°C - 660°C (1022°F - 1220°F). Giữ nhiệt cho đồng đều. Nung 1 giờ trên 25mm chiều dày. Làm nguội tiếp tục trong không khí.
Tôi – Nung đến 820°C - 850°C (1508°F - 1562°F). Giữ nhiệt để đồng đều. Giữ 10 - 15 phút cho 25mm chiều dày. Tôi trong nước hoặc nước muối.
Ram – Nung nóng trở lại đến 400°C - 650°C (752°F - 1202°F). Giữ nhiệt đồng đều chi tiết. Thời gian được tính 1 giờ trên 25mm chiều dày của chi tiết. Làm nguội trong không khí
Độ cứng của thép 1045 sau tôi và Ram ở các nhiệt độ khác nhau được trình bày trong bảng 3.2.
Bảng 3.2. Độ cứng thép 1045 sau tôi và ram
Sau tôi/Sau ram (oC)
Sau tôi dầu ở nhiệt độ 830℃-860℃ 150
200
300 400 500 550 600 650 700 51 43 34 34 28 24 20 3.2. Nhiệt luyện thép SKD61
Thép SKD61 được nhiệt luyện, tôi và ram đạt độ cứng 46-52 HRC. Để đạt được độ cứng từ 46-53 HRC thép SKD61 có thể tôi ở các nhiệt độ khác nhau từ 950 oC đến 1100 oC. Khi nung ở nhiệt độ cao, lượng nguyên tố hợp kim hòa tan vào austenit lớn. Nền thép giàu nguyên tố hợp kim sẽ ổn định và giữ được độ cứng ở nhiệt độ cao hơn, thời gian dài hơn. Tuy nhiên khi được tôi ở nhiệt độ thích hợp thì tính cứng nóng và độ bền Tôi ở nhiệt độ cao quá (trên 1080
o
C) hạt tinh thể của thép sẽ bị thô, độ dai của thép nhỏ và do đó khuôn dễ bị nứt vỡ, tuổi thọ giảm. Trái lại, nung tôi ở nhiệt độ thấp quá (dưới 1000 oC) nền thép ít được hoà tan nguyên tố hợp kim sẽ kém ổn định, nhanh chóng bị phân huỷ làm giảm độ cứng của khuôn. Kết quả nghiên cứu cho thấy nung tôi SKD61 tốt nhất ở 1020 1070
o
C. Giới hạn dưới dùng cho khuôn lớn, thời gian giữ nhiệt khi nung tôi dài. Giới hạn trên dùng cho các khuôn nhỏ, thành mỏng dưới 20
am. Môi trường làm nguội khi tôi khuôn SKD61 tốt nhất là dầu nóng. Dùng quạt thổi gió lạnh để tôi cũng có thể áp dụng cho khuôn nhỏ. Song đối với khuôn lớn, thổi gió lạnh không đủ để làm nguội nhanh trong lõi do đó độ cứng trong lõi thấp, chất lượng sẽ kém đi. Chế độ ram cũng ảnh hưởng tới tính cứng nóng nhưng theo chiều hướng ngược lại: Nhiệt độ ram lớn hơn 600 oC tính cứng nóng giảm mạnh do hiện tượng tiết cacbit làm
nền thép nghèo nguyên tố hợp kim đi, do đó tính cứng nóng giảm. nóng sẽ được cải thiện.
Hình 3.1. Quy trình nung tôi thép H13 nung tôi thép H13 (SKD61) chế tạo chốt khuôn
33 TIEU LUAN MOI
download :
Ram ở nhiệt độ thấp (500, 550 oC) độ cứng giảm chậm theo thời gian, nhưng khả năng chống mài mòn kém vì không tận dụng được độ cứng thứ hai nhờ chuyển biến austenit dư thành mactenxit khi ram. Kết quả tốt nhất là ram 2 lần ở nhiệt độ từ 570 590 oC.
Hình 3.2. Quy tình ram thép chế tạo chốt
Ảnh hưởng nhiệt độ ram đến độ cứng thép SKD61 được thể hiện trong hình 3.3. Từ độ cứng yêu cầu mà chọn nhiệt độ ram phù hợp
Hình 3.3. Ảnh hưởng nhiệt độ ram đến độ cứng thép SKD61 sau tôi
3.3. Nhiệt luyện thép gió P18
Thép gió là mác thép hợp kim hóa rất cao tới 10-20% nguyên tố hợp kim và cacbon cao nên ở trạng thái Ủ thép có tổ chức Ledeburit, còn khi ở trạng thái cung cấp và thường hóa ở trạng thái Mactenxit. Thép trước khi nhiệt luyện phải được rèn và Ủ hoàn toàn ở 840-860 oC đạt độ cứng HB 241-269 với tổ chức peclit và cacbit mịn phân bố đều, khó gia công cắt được.
Nhiệt luyện thép bằng cách nung tôi phân cấp. Tôi là nguyên công quyết định tới tính cứng nóng của thép gió đặc điểm là nhiệt độ tôi rất cao (gần 1300 oC) khoảng dao
34 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
động lại khá hẹp (chỉ 10 oC), không cho phép ở nhiệt độ thấp hơn, cao hơn giới hạn quy định vì
Thứ nhất: Khi nung ở nhiệt độ thấp hơn, austenit chưa bão hòa đủ W để nâng cao tính cứng nóng:
+Khi nung nóng quá Ac1 (khoảng 850 oC) trong thép gió mới có chuyển biến peclit thành austenit, do vậy tôi ở 850-900 oC chỉ đạt 45-50 HRC chưa đủ để cắt
+ Tiếp tục nâng cao nhiệt độ, cacbit bắt đầu hòa tan và hòa tan càng nhiều vào austenit làm pha này càng giàu nguyên tố hợp kim ( và cả cacbon). Tới 1000 oC đã bão hòa crom do Cr23C6 dễ hòa tan hơn cả. VC hầu như không hòa tan vào austenit. Còn Fe3W3C (loại cacbit chu yếu) bắt đầu hòa tan ở trên 1150 oC và ngay cả tới gần 1300 oC cũng chỉ hòa tan được 8% W
Do đó nguyên lý để chọn nhiệt độ tôi cho thép gió là sử dụng nhiệt độ tôi cao để austenit hóa chứa nhiều W nhất để tạo ra mactenixt có tính cứng nóng cao nhất. Tại nhiệt độ tôi vẫn còn khá nhiều cacbit Fe2W3C và toàn bộ VC chưa hòa tan sẽ cản trở sự phát triển hạt, giữ hạt nhỏ và làm tăng tính chống mài mòn.
Tuy nhiên khi vượt quá nhiệt độ quy định, cacbit hòa tan nhiều, hạt lại phát triển mạnh, thép bị giòn, thậm chí có trường hợp biên hạt bị chảy..
Vì thế tôi thép gió đạt được tính cứng nóng cao đòi hỏi phải đạt nhiệt độ cao một cách chính xác. Nếu chỉ cần đạt độ cứng cao (HRC >60) thì nhiệt độ tôi chỉ cần đạt 1000 oC là đủ.
Tổ chức tế vi của thép gió sau khi tôi đúng gồm mactexnit giàu Vonfram, austenit dư (30%) và cacbit dư (15-20%) với độ cứng khoảng 62 HRCm song chưa phải cao nhất. Cacbit dư có ảnh hưởng tốt đến tính chống mài mòn song lượng austenit dư lớn làm giảm độ cứng sau tôi vài đơn vị HRC. Sở dĩ austenit dư nhiều vậy vì nhiệt độ tôi cao , austenit được hợp kim hóa cao một mặt tạo nên mactenxit cứng nóng cao mặt khác hạ thấp điểm Mf. Do austenit quá nguội có tính ổn định rất cao nên có thể áp dụng nhiều cách tôi cho thép gió.
Hình 3.4. Quy trình nhiệt luyện thép gió
35 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
-Tôi trong dầu nóng (>60 oC) áp dụng cho các dao có hình dạng đơn giản
– Tôi phân cấp trong muối nóng chảy 400-600 oC với thời gian giữ nhiệt 3-5 phút, áp dụng cho các dao nhỏ, hình dạng phức tạp, yêu cầu độ cong vênh nhỏ như mũi khoan
-Gia công lạnh để khử austenit dư sau tôi, áp dụng khi cần ổn định kích thước – Tôi trong không khí (tự tôi) tuy vẫn đạt độ cứng cao đối với dao mỏng, song có thể cho độ cứng khuôn đều, (độ cứng thấp hơn ở chỗ dày), dễ bị oxy hóa, thoát cacbon bề mặt, tiết cacbit khỏi austenit làm giảm tính cứng nóng, nên rất ít dùng.
Ram thép gió là nhằm làm mất ứng suất bên trong, khử bỏ austenit dư, tăng độ cứng (độ cứng tăng thêm 2-3 HRC), hiện tượng này gọi là độ cứng thứ hai. Thép gió thường được ram từ 2-4 lần trong khoảng nhiệt độ 550-570 oC, mỗi lần trong khoảng 1 giờ. Khi nung tới 550 oC, cacbit Vonfram Fe3W3C nhỏ mịn mới bắt đầu tiết ra khỏi dung dịch làm austenit nghèo đi, nâng cao điểm Ms và làm giảm ứng suất nén lên austenit dư làm pha này chuyển biến thành mactenxit, độ cứng tăng lên. Sau mỗi lần ram chỉ một tỷ lệ nhất định (khoảng 50-75%) austenit dư chuyển biến và lại gây ra ứng suất bên trong mới, nên sau đó phải ram thêm 1-3 lần nữa để quá trình được xảy ra hoàn toàn.
Để nâng cao khả năng cắt của thép gió, sau mài có thể hóa nhiệt luyện, thấm cacbon-nito ở nhiệt độ thấp (550-570 oC) thể lỏng trong 2-3 h tạo ra lớp thấm mỏng có độ cứng cao cỡ 70 HRC tuổi bền có thể tăng 50% song hơi giòn, chỉ thích hợp loại dao ít va đập
36 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
K T LU NẾ Ậ
- Chuyên đề đã tổng kết kiến thức liên quan về nghành nhiệt luyện và xử lý bề mặt.
-Tổng hợp ứng dụng cơ bản của tôi laser
- Tổng hợp nghiên cứu nhiệt luyện các mác thép 1045, SKD61 và P18
37 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com
Tài liệu tham khảo
[1]. Nghiêm Hùng, Vật liệu học cơ sở, nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2002
[2]. Phạm Thị Minh Phương, Tạ Văn Thất, Công nghệ nhiệt luyện, Nhà xuất bản giáo dục, 2000
[3]. Nguyễn Văn Thành, Đề tài cấp Bộ công thương ‘‘Nghiên cứu thiết kế chế tạo dưỡng kiểm sử dụng trong lắp ráp cơ khí’’, 2019
[4]. Lê Trường Giang, Báo cáo dự án “Hỗ trợ đào tạo nâng cao chất lượng kỹ sư thiết kế, chế tạo và sản xuất các loại khuôn mẫu trong lĩnh vực CNHT và công nghiệp chế biến chế tạo” thuộc Chương trình phát triển công nghiệp năm 2020
[5] Makoto SATO, Yuuki ADACHI and Hiroaki MOTOYAMA, “Application of Laser Hardening Technology to Sintered Parts”, Sei technical review, Vol 82, 2016
[6] http://www.lasercladdingservices.com.au/capabilities.html
[7] https://thermalprocessing.com/case-study-laser-hardening/
[9] https://www.nuclear-power.net/nuclear-engineering/metals-what-are- metals/steels-properties-of-steels/high-speed-steel-hss/
[10] Shi shaojun, Heat-treatment and properties of high speed steel cutting tool, ICAMMT 2018
[12] Eckhard Pippel , Microstructure and Nanochemistry of Carbide Precipitates in High-Speed Steel S 6-5-2-5 . Elsevier,
38 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com