3.1 .GANG
4.3. HÓA NHIỆT LUYỆN KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
4.3.2. Các phƣơng pháp hóa nhiệt luyện
4.3.2.1. Thấm carbon
Là quá trình tăng cƣờng thêm carbon vào bề mặt sản phẩm bằng thép bằng cách nung nóng sản phẩm ở nhiệt độ 850oC 950o
C và giữ nhiệt lâu trong môi trƣờng chứa nhiều carbon, carbon sẽ khuếch tán vào bề mặt kim loại có chiều sâu 0.5 2mm.
- Thép dùng để thấm là thép carbon thấp ( 0,12 0,25%C).
- Sau khi thấm bề mặt chi tiết có hàm lƣợng carbon cao (0.81,2%C). - Sau khi thấm sẽ tiến hành tôi và ram thấp.
- Sau khi tơi bề mặt sản phẩm có độ cứng rất cao, nhƣng lõi vẫn bảo đảm dẻo, dai. Thƣờng dùng 1 trong 2 phƣơng pháp:
a- Thấm C thể rắn
- Chuẩn bị chất thấm C thể rắn: gồm có than gỗ (hạt 2-3 mm) cho thêm dầu nặng. - Chuẩn bị hộp thấm: đƣợc làm bằng thép tấm có chiều dày từ (5-8) mm và các chi tiết đƣợc xếp đều nhau a = (20-30) mm.
Trang 70 - Nguyên lý thấm:
2C +O2 2COCO2 + C khuếch tán
- Tốc độ thấm: Vthấm= (0.1-0.12) mm/1h giữ nhiệt
Ƣu:
- Đây là phƣơng pháp đơn giản, dễ thực hiện, có thể nung trong lị điện hoặc nung trong lò đốt bằng than.
Khuyết:
- Chất lƣợng không cao vì khơng điều chỉnh đƣợc nồng độ chất thấm trong quá trình thấm.
- Điều kiện lao động rất nặng nhọc, rất bụi. - Không tôi trực tiếp sau khi thấm.
- Khơng cơ khí hóa, tự động hóa.
b- Thấm C thể khí
+ Dùng lị chuyên dùng hoạt động theo nguyên lý chất thấm là khí carbuahydro.
+ Nhiệt độ thấm: (930-950)oC.
+ Tốc độ thấm: Vthấm= (0.2-0.3) mm/1h giữ nhiệt.
Hình 4.13: Nguyên lý thấm C thể khí Ƣu:
- Cho năng suất khá cao.
- Chất lƣợng khá tốt vì dễ dàng điều chỉnh đƣợc nồng độ chất thấm. - Điều kiện lao động tƣơng đối sạch sẽ.
- Dễ cơ khí hóa, tự động hóa, có thể tơi trực tiếp sau khi thấm.
Khuyết:
- Có hiện tƣợng tạo muội than bám vào bề mặt chi tiết (do nồng độ chất thấm quá cao).
- Giá thành thiết bị đắt tiền.
2 2 0 nH nC H Cn n t ht
Trang 71
Hình 4.14: Cấu tạo lị thấm C ở thể khí
c. Nhiệt luyện sau khi thấm C: sau thấm C bắt buộc phải tôi+ram thấp.
α. Tôi một lần +ram thấp (thép C).
Hình 4.15: Sơ đồ ngun lý tơi một lần+ram thấp
β. Tôi hai lần +ram thấp.
Trang 72
. Tôi trực tiếp +ram thấp: chỉ áp dụng cho thép hạt bé.
Hình 4.17: Sơ đồ nguyên lý tôi trực tiếp+ram thấp
4.3.2.2. Thấm nitrogen (N)
Là quá trình tăng cƣờng thêm N vào lớp bề mặt của sản phẩm là thép hợp kim đặc biệt (thƣờng chứa Cr, Mo) ở độ sâu từ 0.10.5mm nhằm mục đích:
- Tăng khả năng chống mài mòn bề mặt chi tiết (độ cứng 65-70 HRC).
- Tăng giới hạn mỏi, tăng khả năng làm việc của chi tiết dƣới tác dụng của tải trọng thay đổi theo chu kỳ.
- Tăng khả năng chống ăn mòn bề mặt.
- Khi thấm N sản phẩm đƣợc nung ở nhiệt độ 5006000
C trong lị kín có chứa NH3 sẽ phân hủy thành H2 và N. Nitrogen sẽ khuếch tán vào bề mặt kim loại.
2NH3 3H2 +N2 khuếch tán
- Tốc độ thấm: Vthấm= (0.1-0.12) mm/10h giữ nhiệt
Chú ý:
- Chi tiết phải đƣợc gia công tinh trƣớc khi thấm N.
- Sau khi thấm N không áp dụng bất kỳ một phƣơng pháp gia công nào cả, do lớp thấm rất mỏng, chỉ làm sạch, đóng gói, đem dùng.
4.3.2.3. Thấm carbon và nitrogen.
Là quá trình tăng cƣờng cả C và N vào lớp bề mặt của sản phẩm bằng thép để nâng cao độ cứng, tính chống ăn mịn và giới hạn mỏi với chiều sâu thấm từ 0,1 0,2 mm.
Thấm C và N có thể tiến hành ở môi trƣờng thể rắn, thể lỏng hoặc thể khí: - Trong mơi trƣờng chất rắn: ở nhiệt độ 540560oC.
- Trong môi trƣờng chất lỏng còn gọi là thấm xyanua (cyanide): ở nhiệt độ 800850o
C.
- Trong môi trƣờng chất khí (CH4 và NH3): ở nhiệt độ 850930o C.
4.3.2.4. Thấm kim loại
Là quá trình tăng cƣờng các nguyên tố Al, Cr, Si, Bo, vào lớp bề mặt của sản phẩm bằng thép để tăng thêm tính quý cho sản phẩm nhƣ chịu nhiệt, chống rỉ, chống ăn mịn.
Trang 73
CÂU HỎI ƠN TẬP A. CÂU HỎI TỰ LUẬN
1- Mô tả khái quát cấu tạo giản đồ trạng thái Fe-C ?
2- Trình bày đặc điểm đường lỏng, đường rắn trên giản đồ trạng thái Fe-C. Dựa vào đó cho biết nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ kết và nhiệt độ hóa rắn của thép có 0,8% C và gang có 4,3% C?
3- Trình bày tính chất các tổ chức 1 pha, 2 pha trên giản đồ trạng thái Fe-C. 4-Từ câu 2, 3 giải thích lý do: trong cơng nghệ chế tạo phơi thường dùng phương pháp gia công áp lực đối với thép và phương pháp đúc đối với gang?
5- Trình bày khái niệm về nhiệt luyện?
6. Trình bày khái niệm và mục đích các phương pháp ủ 3- Mơ tả đặc điểm và mục đích các phương pháp ủ có chuyển biến pha?
7- Phôi thép C50, 50Cr2Mn4Si đã qua tơi q cứng rất khó gia cơng cắt gọt. Để giảm độ cứng nhằm gia công cắt gọt dễ hơn phải dùng phương pháp nhiệt luyện nào cho từng loại phơi trên? Lập qui trình nhiệt luyện cụ thể cho từng phơi trên?
8- Tơi thể tích là gì? chỉ ra nhiệt độ nung thích hợp khi tơi đối với thép trước và sau cùng tích để bảo đảm vừa đạt độ cứng theo yêu cầu, vừa bảo đảm không bị quá nhiệt khi nung?
9- Trình bày phương pháp tơi bề mặt bởi ngọn lửa cao tần?
10. Định nghĩa ram? Trình bày các hình thức ram được sử dụng phổ biến?
11- Liệt kê những thiếu sót trong q trình nhiệt luyện? Cho biết nguyên nhân và biện pháp khắc phục?
12. Trình bày khái niệm về hóa nhiệt luyện và cơng nghệ thấm cacbon, thấm ni tơ?
B. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM
1. Trên giản đồ trạng thái Fe-C đường lỏng có đặc điểm:
a- Nung nóng đến to > đƣờng đặc, hợp kim chảy lỏng hoàn toàn. b- Làm nguội đến to < đƣờng lỏng, hợp kim bắt đầu kết tinh. c- Làm nguội đến to < đƣờng lỏng, hợp kim hóa rắn hồn tồn. d- a và b đều đúng
2. Trên giản đồ trạng thái Fe-C đường đặc có đặc điểm:
a- Nung nóng đến to > đƣờng đặc, hợp kim chảy lỏng hồn tồn. b- Nung nóng đến to > đƣờng đặc, hợp kim bắt đầu chảy lỏng . c- Làm nguội đến to < đƣờng đặc, hợp kim hóa rắn hồn tồn. d- b và c đều đúng.
3. Phản ứng cùng tinh của hợp kim Fe-C xẩy ra ở nhiệt độ:
a-1300oC b-1247oC c-1147oC d-927oC
4- Gang cùng tinh là gang có hàm lượng C:
a- 0,8% b- 2,14% c- 4,3% d- 5%
5. Phản ứng cùng tích của hợp kim Fe-C xẩy ra ở nhiệt độ:
Trang 74
6- Thép cùng tich là thép có hàm lượng C:
a- 0,8% b- 1% c- 2,14% d- 4,3%
7. Từ Fe và C người ta chế tạo ra 2 sản phẩm: SP1 là hợp kim của Fe+1%C; SP2 là hợp kim Fe +3,5%C; Cho biết sản phẩm nào là thép?
a- Cả hai b-SP1 c- SP2 d- Khơng thể trả lời
8. Về cơ tính, pha ferit có đặc điểm là:
a- Rất cứng b- Khó biến dạng dẻo c- Dẻo, dai, rất mềm d- Rất bền
9. Nồng độ C hòa tan lớn nhất trong Feα là:
a- 0,02% b- 0,8% c- 1% d- 2,14%
10. Trong hợp kim Fe-C, pha austenit (A) là dung dịch rắn của C trong:
a-Fe b-Fe c-Fe d-Fe
11. Nồng độ C hòa tan lớn nhất trong Fe là:
a- 2,24% b- 2,14% c- 2,04% d- 1,94%
12. Về cơ tính, pha austenit có đặc điểm là:
a- Rất cứng b- Khó biến dạng dẻo c- Dễ biến dạng dẻo d- Rất bền
13. Austenit không sử dụng trực tiếp chế tạo các chi tiết máy do:
a- Quá cứng b- Quá mềm
c- Quá giòn d- Chỉ tồn tại ở nhiệt độ cao (>727o)
14. Trong thép các bon, austennit và ferit có khả năng:
a- Biến dạng dẻo nhƣ nhau
b- Ferit dễ biến dạng dẻo hơn austenit c- Austenit dễ biến dạng dẻo hơn ferit d- Tuỳ thuộc các trƣờng hợp cụ thể
15. Trong hợp kim Fe-C, pha xementit (Xe) có kí hiệu là:
a- Fe3C b- Fe2C c- FeC d- FeXCY
16. Tổ chức Xementit là:
a. Dung dịch rắn xen kẽ b. Hợp chất hóa học c. Hỗn hợp cơ học d. Dung dịch rắn thay thế
17. Về cơ tính, pha xementit (Fe3C ) có đặc điểm là :
a- Rất bền b- Rất cứng và giòn c- Rất mềm d- Rất dẻo
18. Tổ chức péclit trong hợp kim Fe-C là:
a- Hỗn hợp cùng tích của ferit và austenit b- Hỗn hơp cùng tinh của ferit và xementit c- Hỗn hợp cơ học của ferit và xementit
d- Hỗn hợp cơ học cùng tích của ferit và xementit
19. Trong peclit có:
a. 32% Fe và 68% Xe b. 68% Fe và 32% Xe c. 88% Fe và 12% Xe d. 12% Fe và 88% Xe
Trang 75
a- Rất cứng b- Rất mềm c- Rất giòn d- Bền, dẻo, dai
21. Ủ là phương pháp nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định, giử nhiệt lâu rồi làm nguội chậm cùng lò để đạt tổ chức ổn định là:
a. Xementit . b. Peclit . c. Ledeburit . d. Austenit .
22. Lò xo sau khi quấn nguội sử dụng phương pháp nhiệt luyện nào để khử bỏ ứng suất?
a. Ủ kết tinh lại b. Ủ thấp c. Ủ hoàn toàn d. Ủ khơng hồn tồn
23. Ủ hồn tồn là phương pháp ủ nung nóng thép ở trạng thái Aus hồn tồn áp dụng cho thép:
a. Trƣớc cùng tích. b. Cùng tích c. Sau cùng tích d. Thép hợp kim cao
24. Khi ủ hồn tồn, thép trước cùng tích phải được nung lên nhiệt độ:
a. toA1 +( 30÷50)oC b. toAm +( 50÷100)oC c. toAm +( 30÷50)oC d. toA3 +( 30÷50)oC
25. Ủ khơng hồn tồn là phương pháp ủ nung nóng thép ở trạng thái Aus khơng hồn toàn áp dụng cho thép:
a. Trƣớc cùng tích. b. Cùng tích c. Sau cùng tích d. Thép hợp kim cao
26. Khi ủ khơng hồn tồn, thép sau cùng tích phải được nung lên nhiệt độ:
a. toA3 +( 30÷50)oC b. toA1 +( 30÷50)oC c. toAm +( 30÷50)oC d. toAm +( 130÷150)oC
27. Phương pháp ủ nào được áp dụng cho thép hợp kim cao :
a- Ủ khơng hồn tồn b- Ủ hoàn toàn c- Ủ đẳng nhiệt d- Ram
28. Để dễ gia công cắt thép mác C20 phải qua nhiệt luyện :
a- Ủ hoàn toàn b- Thƣờng hóa c- Ủ khơng hồn d- Ram cao
29. Tơi là q trình nhiệt luyện nhằm mục đích:
a- Nâng cao độ cứng
b- Nâng cao độ bền và sức chịu tải của chi tiết c- Nâng cao tính chống mài mịn
d- Cả a, b,c đều đúng
30. Đối với thép trước cùng tích thì nhiệt độ tơi thể tích là:
a- T0 tơi = toA1+ (40 ÷500C) b- T0 tôi = toA3+ (50 ÷600C) c- T0 tơi = toA3+ (100 ÷1500C) d- T0 tơi = toAm+ (50 ÷600C)
31. Đối với thép sau cùng tích thì nhiệt độ tơi thể tích là:
a- T0 tơi = toA1+ (40 ÷500C) b- T0 tơi = toA3+ (50 ÷600C) c- T0 tơi = toAm+ (40 ÷500C) d- T0 tơi = toAm+ (50 ÷600C)
32. Nung thép đến 700oC rồi làm nguội trong nước, thép sẽ :
Trang 76
d- Tùy trƣờng hợp độ cứng có thể giữ nguyên hay mềm đi
33. Ram là q trình nung thép đã tơi dưới nhiệt độ Ac1, giữ nhiệt 1 thời gian rồi làm nguội chậm hoặc nhanh, nhằm mục đích:
a. Làm giảm ứng suất trong thép sau khi tôi. b. Làm phục hồi tính dẻo trong thép sau khi tơi. c. Làm nhỏ hạt để tăng bền sau khi tôi
c. Làm đồng đều thành phần hóa học sau khi tơi
34. Các chi tiết máy chế tạo từ thép kết cấu thường được nhiệt luyện qua các bước gồm:
a-Tôi b-Ủ c-Tơi +Ram d-Thƣờng hóa
35. Đặc tính nổi bật của thép khi ram ở nhiệt độ trung bình (350 - 4500C) là:
a- Độ bền cao b- Tính đàn hồi cao c- Độ cứng cao d- Độ cứng và độ bền cao
36. Nhíp ơtơ bằng thép có ký hiệu 60Si2 phải qua nhiệt luyện:
a-Tôi +Ram thấp b-Tơi+ Ram trung bình
c-Tơi +Ram cao d-Tơi bề mặt +Ram trung bình
37. Chế tạo nhíp xe ơ tơ, hãy chọn thép và qui trình nhiệt luyện sau:
a- 60MnSi + Tôi trong nƣớc + Ram 450 OC b- 60MnSi + Tôi trong dầu + Ram 450 OC c-45MnSi + Tôi trong nƣớc + Ram 450 OC
d- 45MnSi + Tơi trong dầu + Ram 450 OC
38. Tính ưu việt của thép hợp kim so với thép cácbon thể hiện rõ nhất sau các dạng công nghệ sau:
a- Đúc b- Ủ c- Thƣờng hóa d- Tôi và ram 39. Chế độ nhiệt luyện kết thúc cho thép gió là:
a- Tơi + ram 250o C b- Tôi + ram 550o C đến 600 o C c- Tôi + hóa già 100-140oC d- Khơng cần tơi
40. Nhiệt luyện lị xo theo qui trình nào sau đây:
a-Thép C45 + Tôi + Ram ở 450OC b-Thép C55 + Tôi + Ram ở 180OC c-Thép C60 + Tôi + Ram ở 180OC d-Thép C60 + Tôi + Ram ở 400OC
41. Dao phay tốc độ cắt 25m đến 35 m/phút phải nhiệt luyện theo qui trình nào sau đây:
a- Thép 100CrMnW + Tôi + Ram ở 550OC b- Thép 90Cr4W18V2 + Tôi + Ram ở 600OC c- Thép 100CrMnW + Tôi + Ram ở 600OC
d- Thép OL100Cr + Tôi + Ram ở 200OC
42. Đối với thép ký hiệu 45CrMnNi sau khi tơi + ram cao, chỉ tiêu cơ tính tăng mạnh nhất là:
a- Giới hạn bền kéo b- Độ dãn dài tƣơng đối c- Độ cứng d- Độ dai va đập
Trang 77
43. Tôi bề mặt là phương pháp nung nóng nhanh và làm nguội nhanh mặt ngồi chi tiết nhằm mục đích :
a- Đạt độ cứng cao mặt ngồi để chịu mài mịn, lõi vẫn bền để chịu tải trọng tĩnh b- Đạt độ cứng cao mặt ngồi để chịu mài mịn, lõi vẫn bền để chịu tải trọng thay đổi theo chu kỳ.
c- Đạt độ cứng cao mặt ngồi để chịu mài mịn, lõi vẫn dẻo để chịu tải trọng va đập.
d. Cả a, b, c đều đúng
44. Tôi bề mặt áp dụng cho loại thép nào?
a- Thép thấm C b- Thép hoá tốt c- Thép đàn hồi d- Thép dụng cụ
45. Sau khi nhiệt luyện bề mặt cần:
a- Ram thấp b- Ram cao
c- Ram trung bình d- Không cần ram
46. Thép tốt nhất để làm các chi tiết máy qua tôi bề mặt là:
a- Thép cacbon thấp, khơng hợp kim hóa b- Thép cacbon thấp, hợp kim hóa thấp
c- Thép cacbon trung bình, hợp kim hóa thấp d- Thép cacbon tƣơng đối cao, hợp kim hóa thấp
47. Để làm bánh răng hộp số truyền lực và chịu lực trung bình, chọn phương án vật liệu & nhiệt luyện
a- 40Cr+Tôi bề mặt +Ram thấp b- 40Cr +Tôi +Ram thấp
c- 18CrMnTi +Thấm cacbon d- 18CrMnTi +Thấm cacbon-nitơ
48. Để làm chốt (ắc) pittông của ơtơ tải nhẹ và ơtơ tải trung bình, chọn phương án vật liệu nhiệt luyện:
a- C45 + tôi bề mặt + Ram thấp b- C45 + tôi + ram thấp c- 65Mn + tôi bề mặt d- 65Mn + tôi + ram thấp
49. Thấm C là phương pháp hóa nhiệt luyện làm bão hòa C ở bề mặt chi tiết được chế tạo từ thép C thấp nhằm đạt cơ tính của chi tiết sau khi thấm carbon và nhiệt luyện hợp lý là:
a- Lớp bề mặt có độ bền, độ cứng cao, trong lõi vẫn dẻo b- Độ cứng và độ bền cao cho cả chi tiết
c- Lớp bề mặt có độ cứng cao d- Tồn chi tiết có độ bền cao