MỤC TIÊU
Học xong phần HỎA NHIỆT LUYỆN (phần 6.2), sinh viên có khá năng: - Trình bày được khái niệm về hóa nhiệt hiyện.
- Trình bày được khái niệm và phương pháp thấm c. - Trình bày được khái niệm và phương pháp thấm N. - Trình bày được khái niệm và phương pháp thấm C-N.
NỘI DUNG 6.2.1 Khái niệm về hóa nhiệt luyện
6.2.1.1 Khái niệm
Là phương pháp nhiệt luyện không chỉ làm thay đổi cấu tạo của kim loại mà cịn làm thay đổi thành phần hóa học của lóp bề mặt kim loại.
Hóa nhiệt luyện đáp ứng được nhu cầu tính năng bề mặt khác với tính năng trong lõi trên cùng một vật thể.
Ví dự: Răng của bánh răng bảo đảm được độ cứng để chịu ma sát nhưng phần thân bánh răng bảo đảm độ dai để chịu va đập.
Muốn thay đổi thành phần hóa học ở lóp bề mặt, ta cho bề mặt chi tiết tiếp xúc với môi trường chứa nhiều nguyên tố cần bổ sung ở nhiệt độ cao sau 1 thời gian lâu tiếp xúc, các nguyên tố sẽ khuếch tán vào bề mặt sản phẩm.
6.2.1.2 Quá trình thấm
- Giai đoại 1: phân hủy chất thấm thành các nguyên tử hoạt tính. V í dụthấmNitơ:. NH3—>Nht + H2
Hay thấm C:. co^ cht + co2
- Giai đoạn 2: quá trình hấp thụ các nguyên tử vào bề mặt của chi tiết tạo ra sự chêch lệch nồng độ giữa bề mặt và lõi.
- Giai đoạn 3: là giai đoạn khuyếch tán, tạo nên lóp thấm nhất định.
6.2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng - Nhiệt độ thấm: Nhiệt
độ thấm càng cao thì quá trình thấm càng nhanh (tận dụng tới mức cho phép) theo hàm sô mũ. Như vậy tăng nhiệt độ là yếu tố quan trọng để tăng chiều dày lóp thấm tơi. D là hệ số khuyếch tán.
- Thòi gian thấm: thời
gian thấm càng dài thì làm tăng chiều sâu lóp thấm. Tốc tăng
theo hàm căn bậc hai. Hình 6.15 Biêu đồ thời gian thấm
- Nồng độ chất thấm: nồng độ các nguyên tố hoạt tính thấp làm chậm quá
6.2.2 Các phương pháp hóa nhiệt luyện 6.2.2.1 Thấm cacbon
6.2.2.1.1 Khái niệm
- Định nghĩa: thấm c là phương pháp hóa nhiệt luyện làm bão hịa c ở bề
mặt chi tiết được chế tạo từ thép c thấp.
- Mục đích: độ cứng mặt ngồi để chống mài mịn, đồng thời bảo đảm độ
dẻo cho lõi để chịu va đập, uốn, xoắn.
- Yêu cầu:
+ Nồng độ %c=o.8%-1.2%.
+ Nồng độ %c giảm dần từ bề mặt vào trong lõi tránh hiện tượng phân lớp.
+ Lớp thấm không được tạo nên lớp Xeib
6.2.2.1.2 Các phương pháp thấm cacbon a. Thấm c thể rắn
- Chuẩn bị chất thấm c thể rắn: gồm có than gỗ (hạt 2- 3 mm) + (10-15%) BaCO3 hay cho thêm dầu nặng.
- Chuẩn bị hộp thấm: được làm bằng thép tấm có chiều dày từ 5-8 (mm) và các chi tiết được xếp đều nhau a= (20-30) mm. Nhiệt độ thấm khoảng (880-900)ỏC. MỄỆỈỄ xOELQlfi C+Ơ2^CƠ. chi tiết a 5-8 mm lớp thâm tơi Hình 6.16 Thấm c thê rắn CO—^Clư+CO2 BaCOị —!—^BaO+ CO2.
CƠ2+C^CƠ; CO^-^C/ìt + CO2
BaO+ co2 —í—^-BcíCOị.
- Tốc độ thấm: Vth= (0.1-0.12) mm/lh.
- Chiều dày Ổ lớp thấm phụ thuộc vào kích thước chi tiết (chi tiết càng lớn thì chiều dày lớp thấm càng tăng).
Thông thường:
- Chi tiết kích thước bé: ơ < 0,7(mm).
- Chi tiết có kích thước trung bình:0,7< ơ <l,2(mm). - Chi tiết có kích thước lớn: 1,2< ơ <1,8 (mm).
.1
Thời gian thâm T .
Sau khi đạt được chiều dày lớp thấm thì lấy hộp ra khỏi lị, đậy kín để nguội tới nhiệt độ thường.
Vật Liệu Học Làm Hồng Câm
ưu:
- Đây là phương pháp đơn giản, dễ thực hiện, có thể nung trong lị điện hoặc nung trong lò đốt bằng than.
Khuyết:
- Chất lượng khơng cao vì khơng điều chỉnh được nồng độ chất thấm trong quá trình thấm.
- Điều kiện lao động rất nặng nhọc, rất bụi. - Không tơi trực tiếp sau khi thấm.
- Khơng cơ khí hóa, tự động hóa.
b. Thấm c thể khí
- Dùng lò chuyên dùng hoạt động theo nguyên lý chất thấm là khí Cacbuahyđrơ.
hoặc dùng thêm dầu hỏa tha thế cacbuahydro.
Hình 6.17 Thấm c thể khí
- Nhiệt độ thấm: tthấm=(930-950)°C. -Tốc độ thấm: Vth= (0.2-0.3) mm/lh giữ nhiệt.
Ưu:
- Cho năng suất khá cao.
- Chất lượng khá tốt vì dễ dàng điều chỉnh được nồng độ chất thấm. - Điều kiện lao động tương đối sạch sẽ.
- Dễ cơ khí hóa, dễ tự động hóa và có thể tơi trực tiếp sau khi thấm.
Khuyết:
- Có hiện tượng tạo muội than bám vào bề mặt chi tiết (do nồng độ chất thấm quá cao).
- Giá thành thiết bị mắc.
c. Nhiệt luyện sau khi thấm C: sau khi thấm c bắt
buộc phải tôi+ram thấp.
a. Tôi một lần +ram thấp (Thép C)
p. Tơi hai lần +ram thấp
Hình 6.19 Tơi hai ỉần+ram thấp
ỵ. Tôi trực tiếp +ram thấp: chỉ áp dụng cho thép hạt bé.
Hình 6.20 Tơi trực tiếp+ram thấp
Ĩ.2.2.2 Thấm nitơ
6.2.2.2.1 Định nghĩa và mục đích
a. Định nghĩa: thấm nitơ là phương pháp hóa nhiệt luyện làm bão hịa nitơ
vào bề mặt chi tiết được chế tạo từ thép hợp kim đặc biệt.
b. Mục đích:
- Thấm nitơ tăng độ cứng, 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 dưới tác dụng của tải trọng thay đổi theo chu kỳ.
Vật Liệu Học Lâm Hồng Cảm
Ó.2.2.2.2 Chất thấm, nhiệt độ thấm và tốc độ thấm
a. Chất thấm: được sử dụng là NH3 (Amoniac) theo phản ứng sau:
NH3 -^-^>Nht+H2
b. Nhiệt độ thấm:
íX = 4804-’650°Cttĩ
c. Tốc độ thấm: vthấm= (0.1-0.12) mm/10h giữ nhiệt.
Khi giữ nhiệt T = (2-3)h thì lóp thấm N=(0.03-0.036) mm.
Chú ý:
- Chi tiết phải được gia công tinh trước khi thấm N.
- Sau khi thấm N không áp dụng bất kỳ một phương pháp gia cơng nào cả (chỉ làm sạch, đóng gói, đem dùng).
Ĩ.2.2.3 Thấm C-N (thấm xuanua)
Là phương pháp hóa nhiệt luyện nhằm làm bão hòa đồng thời cả c vhlmt nhằm đạt mục đích của phương pháp thấm nitơ, và phương pháp thấm cacbon.
6.2.2.3.Í. Thấm C-N thể rắn
Được thực hiện giống như thấm c thể rắn nhưng chỉ khác là người ta cho thêm từ (20-30)% K4Fe (CN)6 hay K3Fe (CN)Ó.
- Nhiệt độ thấm:
+ Thấm thấp: (540-560)°C, gần giống thấm Nitơ.
+ Thấm cao (840-860)°C giống như thấm c nên phải tơi+ram thấp sau khi thấm.
- Ưu-khuyết: có đầy đủ ưu khuyếch thấm c thể rắn
Ó.2.2.3.2 Thấm C-N thể lỏng
- Mơi trường nung là muối nóng chảy: NaNO3, Na2CO3, NaNO2, KNO3, KNO^ K2CO3, K2SO4, KC1, NaCl.
- Thấm ở nhiệt độ thấp: được tiến hành ở 540-560°C, lóp thấm rất ít c mà chủ yếu là Nitơ, lóp thấm mỏng nhưng có độ cứng và tính chống mài mịn rất cao.
- Nguyên tắc chọn muối làm môi trường nung là nồng độ của muối phù họp với nồng độ tại điểm cùng tinh.
- Công dụng: cách thấm này chỉ áp dụng cho các dụng cụ bằng thép gió sau khi đã tơi, nâng cao tuổi thọ lên đến 50%.
- Thấm ở nhiệt độ cao: thường tiến hành thấm ở 840-860°C. Lóp thấm chứa nhiều c, ít N, tốc độ thấm cao, lóp thấm dày, có độ cứng và tính chống mài mịn cao.
- Công dụng phương pháp này áp dụng cho khuôn dập nguội, bánh răng, trục.
- Ưu-khuyết: giống un khuyết của phương pháp thấm c thể lỏng.
Ĩ.2.2.3.3 Thấm C-N the khí
- Được thực hiện giống như thấm c thể khí, chỉ khác trong chất thấm có 10%NH3.
- Nhiệt độ thấm: 860-880°C.
- Trong lóp thấm có xuất hiện các pha Cacbon-nitrit phân tán rất cứng, làm tăng tính chống mài mịn.
2 - T0cd9thta:Fr=|^.
- ưu-khuyết của phương pháp: có tất cả các ưu điểm của thấm c thể khí, ngồi ra cịn có ưu điểm sau:
+ Khơng có hiện tượng tạo bồ hóng bám vào bề mặt chi tiết.
+ Do nhiệt độ thấm thấp hơn nên kích thước hạt bé hơn, ít tốn năng lượng hơn, tuổi thọ thiết bị được nâng cao hơn.
- Chú ý: sau khi thấm C-N thể khí, chi tiết phải đem tơi-ram thấp.
Ĩ.2.2.4 Một số phương pháp hóa nhiệt luyện khác
- Thấm Bo: lóp thấm Bo có độ cứng rất cao, tính chống mài mịn cao, cơ
tính ổn định tới nhiệt độ 800°C, cơ tính chống ăn mịn cao nhưng khó thực hiện.
- Thấm Crơm: lóp thấm cứng, chống mài mịn, tính chống ăn mịn cao,
ứng dụng cho khn dập, chi tiết chống ăn mịn.
- Thấm nhơm: lóp thấm khơng cứng nhưng tính chống oxy hóa rất tốt ở
nhiệt độ cao.
CÂU HỎI ƠN TẬP
1. Trình bày khái niệm về nhiệt luyện?
2. Trình bày mục đích của từng phương pháp nhiệt luyện: ủ, thường hóa, tơi, ram?
3. So sánh sự khác biệt về mục đích và phương pháp giữa ủ khơng có chuyển biến pha và ủ có chuyển biến pha?
4. Phơi thép C50, 50Cr2Mn4Si đã qua tơi q cứng rất khó gia cơng cắt gọt. Đe giảm độ cứng nhằm gia công cắt gọt dể hơn phải dùng phương pháp nhiệt luyện nào cho từng loại phơi trên? Lập qui trình nhiệt luyện cụ thể cho từng phôi trên?
5. So sánh sự khác biệt về mục đích, qui trình giữa tơi thể tích và tơi bề mặt?
6. Phơi thép 15Cr dùng để chế tạo trục truyền động có yêu cầu đạt độ cứng mặt ngồi cao để chống mài mịn, đồng thời bảo đảm độ dẻo cho lõi để chịu va đập, uốn, xoắn. Sau khi gia công cắt gọt phải dùng phương pháp nhiệt luyện nào để đạt yêu cầu cơ tính trên. Trình bày qui trình nhiệt luyện cụ thể?
7. Thép gió khi tơi trong nước, thường bị nứt dọc. Cho biết nguyên nhân và biện pháp khắc phục?
8. Trình bày ngun lý tơi cao tần?
9. Nhíp xe hơi sau khi tơi, để giảm độ cứng và tăng giới hạn đàn hồi thường dùng phương pháp nhiệt luyện nào? Trình bày qui trình nhiệt luyện cụ thể cho loại chi tiết nầy?
11. Chỉ ra những thiếu sót trong q trình nhiệt luyện? 12. Trình bày khái niệm về hóa nhiệt luyện?
13. Trình bày khái niệm và cơng nghệ thấm c? 14. Trình bày khái niệm và phương pháp thấm N?
Vật Liệu Học Lâm Hồng Cảm
Chương 7 ĐÚC KIM LOẠI
MỤC TIÊU
Học xong chương 7, sinh viên có khả năng:
- Trình bày được khái niệm về quá trình sản xuất vật đúc.
- Xác định được mặt phân khn và tỉnh tốn được 1 số thông sô cơ bản của bản vẽ vật đúc.
- Xác định được hỗn hợp làm khuôn, lồi và vật liệu chế tạo bộ mẫu. - Trình bày được các phương pháp làm khuôn bằng tay, bằng máy.
- Trình bày được các phương pháp đúc đặt biệt: đúc trong khuôn kim loại, đúc áp lực, đúc ly tâm...
NỘI DUNG
7.1 KHÁI NIỆM VÈ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ĐÚC 7.1.1 Khái niệm
Đúc là phương pháp chế tạo phôi bằng cách nấu chảy kim loại rót vào lịng khn đúc. Sau khi kim loại đông đặc, ta thu được vật đúc có hình dáng giống như lịng khn đúc.
Vật đúc nếu dùng ngay được gọi là chi tiết đúc. Neu vật đúc phải qua gia cơng cơ khí gọi là phôi đúc.
a . Ưu điểm
- Khối lượng vật đúc chiếm 40-?80% tổng khối lượng máy móc trong ngành cơ khí, mà giá thành chỉ chiếm 20-?25%.
- Năng suất đúc rất cao.
- Chế tạo được những vật đúc có hình dáng, kết cấu phức tạp mà các phương pháp khác khó chế tạo được. Thí dụ: thân máy công cụ, võ động cơ điện, võ động cơ đốt trong.
- Có thể đúc nhiều lóp kim loại khác nhau trong cùng 1 vật đúc.
- Có thể đúc từ nhiều loại vật liệu khác nhau: gang, thép, kim loại và hợp kim màu...
- Có thể đạt độ chính xác cao, khi thực hiện phương pháp đúc chính xác. - Có thể cơ khí hóa, tự động hóa.
- Vốn đầu tư ít.
b . Khuyết điểm
- Độ chính xác về hình dáng, kích thước và độ bóng khơng cao, nên vật đúc thường ở dạng phơi đúc.
- Tốn kim loại cho hệ thống rót.
- Vật đúc thường có khuyết tật (thiếu hụt kim loại, rổ khí) làm tỉ lệ phế phẩm cao.
- Kiểm tra khuyết tật bên trong vật đúc, đòi hỏi thiết bị hiện đại, đắt tiền.
7.1.2 Tóm tắt quá trình sản xuất vật đúc
Hình 7.1 Sơ đồ tóm tắt q trình sản xuất vật đúc
7.2 TÍNH TỐN BẢN VẼ VẬT ĐÚC 7.2.1 Phân tích kết cấu
- Đọc kỹ bản vẽ chi tiết, hình dung chi tiết, đọc điều kiện kỹ thuật ghi trong bản vẽ chi tiết, vật liệu chế tạo chi tiết.
- Hình dung cả vị trí làm việc của chi tiết đó trong thiết bị, yêu cầu chịu lực...
- Dự kiến trước sơ bộ quy trình gia cơng cắt gọt chi tiết trên các loại máy, xác định những phần bề mặt phải gia công, những mặt chuẩn công nghệ.
Vật Liệu Học Lâm Hồng Cảm
Từ đó xem đã hợp lý với kết cấu vật đúc chưa, nếu chưa có thể thay đổi một phần kết cấu nhằm:
+ Đon giản hóa kết cấu tạo, tạo điều kiện dễ đúc hon: như lược bỏ các rãnh then, rãnh lùi dao, các lỗ nhỏ quá không đặt lõi được.
+ Tăng hoặc giảm độ dày thành vật đúc, các gân gờ, chỗ chuyển tiếp giữa các thành vật đúc để dễ đúc hon nhung không ảnh hưởng đến khả năng chịu lực, điều kiện làm việc của chi tiết
7.2.2 Xác định mặt phân khuôn
Mặt phân khuôn là bề mặt tiếp xúc giữa các nữa khn với nhau xác định vị trí vật đúc ở trong khn.Mặt phân khn có thể là mặt phang, mặt bậc hoặc cong bất kì.
Nhờ có mặt phân khn mà rút mẫu khi làm khuôn dễ dàng lắp ráp lõi, tạo hệ thống dẫn kim loại vào khn chính xác.
Nguyên tắc chọn mặt phân khn
- Chọn mặt có diện tích lớn nhất, dễ làm khn và lấy mẫu.
- Mặt phân khuôn nên chọn mặt phang tránh mặt cong, mặt bậc (hình 7.2)
Hình 7.2
- Số lượng mặt phân khn phải ít nhất.Đe đảm bảo độ chính xác khi lắp ráp, công nghệ làm khuôn đon giản.
- Nên chọn mặt phân khuôn đảm bảo chất lượng vật đúc cao nhất: Những bề mặt yêu cầu chất lượng độ bóng, độ chính xác cao nhất. Nên đểũ khn ở dưới hoặc thành bên. Khơng nên để phía trên vì dễ nổi bọt khí, rỗ khí,lõm co.
- Những vật đúc có lõi, nên bố trí sao cho vị trí của lõi là thẳng đứng.Đe định vị lõi chính xác, tránh được tác dụng lực của kim loại lỏng làm biến dạng thân lõi, dễ kiểm tra khi lắp ráp (hình 7.3). /TA
- Chọn mặt phân khn sao cho lịng khn là nơng nhất, để dễ rút mẫu và dễ sữa khn, dịng chảy kim loại vào khn êm hơn, ít làm hu khn (hình 7.4).
- Những kết cấu lịng khn phân bố ở cả khn trên và khuôn duới nên chọn lịng khn trên nông hơn, nhu vậy sẽ dễ làm khn, dễ lắp ráp khn (hình 7.5).
- Lịng khn tốt nhất là chỉ phân bố vào trong 1 hịm khn. Đe tránh sai số khi lắp ráp khuôn. _
Chọn phương án 2 Chọn phương án 1
Hình 7.4 Hình 7.5
7.2.3 Xác định các đại lượng của bản vẽ vật đúc
a. Xác định lượng dư
Lượng dư gia công cắt gọt: Là luợng kim loại bị cắt gọt trong q trình gia
cơng cơ để tạo thành chi tiết, phụ thuộc: - Độ bóng, độ chính xác.
- Kích thuớc bề mặt.
- Be mặt phía trên của vật đúc để luợng du lớn hơn vì chất luợng xấu hơn nên phải cắt bỏ nhiều.
- Loại hình sản xuất.
- Những bề mặt khơng ghi độ bóng sẽ khơng có luợng du gia cơng cơ.