1.5. Các khuyết tật xảy ra khi nhiệt luyện
1.5.1. Biến dạng và nứt
1.5.1.1. Nguyên nhân và tác hại
Nếuứng suất bên trong vượt quá giới hạn bền, thép bịnứt, đó là dạng hỏng không thể chữa được. Nếuứng suất bên trong chỉ vượt quá giới hạn chảy thép bị biến dạng cong vênh. Nói chung khó tránh khỏi được điều này.
1.5.1.2.Ngăn ngừa
Nung nóng và đặc biệt là làm nguội với tốc độhợp lý để đạt độcứng yêu cầu. Các trục dài nên nung treo đểtránh cong. Khi làm nguội phải theo đúng các quy tắc nhúng thẳngđứng, phần dầy xuống trước. Nên tận dụng phương pháp tôi phân cấp, hạnhiệt độ trước khi tôi. Với các vật mỏng phải tôi trong khuôn ép.
1.5.1.3. Khắc phục.
Khi biến dạng, cong vênh với một số dạng chi tiết như trục dài, tấm có thể đem nắn, ép nóng hoặc nguội cịn khi bịnứt thì khơng sửdụng.[7]
1.5.2. Ơxy hố và thốt Cacbon
1.5.2.1. Ngun nhân và tác hại
Nguyên nhân là do trong mơi trường nung có chứa các thành phần có tác dụng ơxy hố Fe và C; đó là O2, CO2; H2O ...chúng có trong khơng khí và đi vào khí quyển của lị nung. Thốt C dễxảy ra hơn là ơxy hố khi ơxy hố thường đi kèm với thoát C.
Tác hại của ơxy hố là tạo nên vảy ơxít sắt FeO2, tạo thành vảy bong vỡ, làm hụt kích thước xấu bề mặt sản phẩm. Cịn thốt C khó nhận thấy bằng mắt xong sẽ làm giảm độcứng sau khi tôi.
1.5.2.2.Ngăn ngừa
Ngăn ngừa tốt nhất là nung nóng trong khí quyển khơng có tác dụng ơxy hố và thốt C. Đểthay thếcác lị thơng thường với khí quyển lị là khơng khí hay sản phẩm cháy (lịđốt than, dầu ...) người ta sửdụng các lò nung bằng điện có các khí quyển đặc biệt như sau: Khí quyển bảo vệ(hay khí quyển kiểm sốt), trong đó các thành phần khí đối lập nhau: CO2/CO, H2O/H2, H2/CH4 với tỷ lệ hợp lý để đi đến trung hoà tác dụng của nhau, kết quảlà bềmặt được bảo vệ.
Khí quyển trung tính như nitơ tinh khiết, tốt nhất là dùng ácgông(Ar) nhưng đắt tiền thường dùng trong phịng thí nghiệm.
Nung trong lị chân khơng có khả năng chống ơxy hố và thốt C một cách tuyệt đối cho mọi thép. Hiện đang được áp dụng rộng rãi trong cácnước tiên tiến.
Chú ý trong hồn cảnh khơng có các loại khí và lị trên có thể áp dụng các phương pháp sau.
Dải than hoa trên đáy lò hay cho chi tiết vào hộp phủ than. Phương pháp này có nhược điểm vừa làm giảm tuổi thọcủa lò vừa kéo dài thời gian nung.
Lị muối được khửơxy triệt để bằng than, ferơsilic cách này chỉ áp dụng cho các chi tiết nhỏ, thường dùng để tơi dao cắt.
Khi đã xảy ra rất khó khắc phục. Khi thốt C có thểdùng cách thấm C lại, xong sẽ làm tăng biến dạng.
1.5.3. Độ cứng không đạt
Là loại khuyết tật mà độcứng có giá trị cao hoặc thấp hơn so với giá trị quy định.
1.5.3.1.Độcứng quá cao
Xảy ra khi ủ và thường hoá thép hợp kim. Nguyên nhân có thể do thiếu nhiệt, nhiệt độ chưa đủ, thời gian giữnhiệt ngắn.
1.5.3.2.Độcứng quá thấp
Xảy ra khi tơi, ngun nhân có thểdo thiếu nhiệt như nhiệt độ chưa đủ, thời gian giữnhiệt ngắn.
+ Làm nguội khơng dủnhanh theo u cầu đểtạo ra mactenxit. + Thốt C bềmặt.
1.5.4. Tính giịn cao
Sau khi tơi thép có thể bị giòn quá mức, trong khi độ cứng vẫn ở mức cao bình thường. Nguyên nhân là do nhiệt độ nung tôi quá cao (gọi là quá nhiệt), hạt thép bị lớn. Khắc phục bằng cách thường hoá để làm hạt nhỏ đi rồi tôi lại, nhưng như vậy sẽ tăng biến dạng.
1.6.Các phương pháp hóa bền bềmặt thép
1.6.1. Phương pháp cơ học
1.6.1.1. Nguyên lý
Kim loại gia công ở thể rắn, sau khi gia cơng khơng những thay đổi về hình dáng, kích thước mà cịn thayđổi cả cơ, lý, hóa tính của kim loại như kim loại mịn chặt hơn, hạt đồng đều, khử các khuyết tật (rỗ khí, rỗ co …) do đúc gây nên, nâng cao cơ tính và tuổi bền chi tiết…
Nếu bằng phương pháp cơ khí làm biến dạng được bề mặt của thép đến chiều sâu nhất định, thì lớp này do mạng tinh thể bị xô lệch sẽ bị biến cứng (độ cứng và độ bền tăng lên). Như vậy, chi tiết có độ cứng bề mặt cao, còn trong lõi vẫn giữ được độ dẻo dai tốt.
Biến cứng bề mặt có đặc điểm sau.
- Lớp bề mặt có độ cứng cao do đó chống mài mịn tốt hơn.
- Tạo nên lớp ứng suất nén dư ở lớp bề mặt do vậy làm tăng giới hạn mỏi.
- Khi biến dạng như vậy làm mất đi khá nhiều tật hỏng ở bề mặt như vết khía, rỗ, do vậy làm giảm nguồn gốc sinh ra các vết nứt mỏi.
- Dưới tác dụng của ứng suất khi biến dạng, trong thép tơi có chuyển biến γ dư thành M, do vậy làm tăng tính chống mài mịn của bề mặt thép tôi. Biến cứng bề mặt được áp dụng không nhữngcho thépủ mà cả cho thép tôi.
a. Phun bi
Phun bắn những viên bi cứng làm bằng thép lò xo hay gang trắng với kích thước (0,5–1,5 mm) lên bề mặtchi tiết. Tốc độ của bi đạt đến 50 –100m/s bằng máy ly tâm quay nhanh sự va đập do phun bắn các viên bi lên bề mặt có tác dụng tạo ra trên bề mặt chi tiết vô cố các vết lõm nhỏ. Chiều sâu lớp biến cứng bề mặt đạt đến 0,7mm.
Đặc điểm của phun bi là đạt độ biến dạng dẻo đồng đều, chất lượng cao, thiết bị đơn giản dễ điều chỉnh, khơng tạo được lớp hóa bền chiều dài lớn.
b.Lăn ép
Lăn bằng con lăn hay bằng bi với áp lực lớn nhờ lò xo hay máy nén thủy lực. Chiều sâu lớp biến cứng có thể đạt tới 15mm. Thường áp dụng cho các chi tiết lớn như cổ trục toa xe lửa, cổ trục khuỷu.
c.Đập
Đập là hình thức biến dạng bề mặt bằng va đập tạo nên bởi các dụng cụ va đập, gá lắp va đập bằng lò xo và được thực hiện trên máy cơng cụ. Lớp biến cứng có thể sâu tới 35mm, vì vậy thường dùng dập trong chế tạo để hóa bền các chi tiết lớp của thiết bị rèn ép và máy nén thủy lực.[18]
1.6.2. Phương pháp nhiệt luyện bềmặt
Tôi bềmặt là phương pháp nung nhanh bề mặt tới nhiệt độ sau đó làm nguội để thu được bền mặt có tổchức mactenxit, phần lõi giữ ngun cơ tính tổng hợp cao.
Có nhiều phương pháp tôi bề mặt song chúng đều dựa trên nguyên lý chung là nung nóng thật nhanh bềmặt với chiều sâu nhất định lên đến nhiệt độ tơi, trong khi đó phần lớn tiết diện khơng được nung nóng, khi làm nguội nhanh tiếp theo chỉ có bềmặt được tơi cứng cịn lõi khơngđược tơi vẫn đảm bảo mềm, dẻo. Có thểnung nóng nhanh bềmặt đểtơi bằng các phương pháp sau:
- Nung nóng bằng dịngđiện cảmứng có tần sốcao - Nung nóng bằng ngọn lửa của hỗn hợp khí C2H2 + O2
- Nung nóng bằng tiếp xúc giữa 2 phần tiếp giáp nhau khi có dịngđiện chạy qua - Nung nóng trong chất điện phân
1.6.2.1. Tơi cao tần
a. Ngun lý nung nóng bềmặt
Khi một chi tiết kim loại đặt trong từ trường biến thiên sẽ sinh ra sức điện động cảm ứng nên trong chi tiết sẽ có dịng điện cảm ứng cùng tần số. Nhờ tính chất này người ta dùng dịng điện có tần số cao hàng nghìn đến hàng chục vạn Hz nên dịng cảmứng cũng có tần số cao như vậy. Đặc tính nổi bật của dịngđiện cảmứng có tần số cao là nó có mật độ lớn nhất ở bề mặt và giảm nhanh về phía lõi vật dẫn, nhờ đó có khả năng nung nóng nhanh bềmặt lên đến nhiệt độtơi.
Trong đó ρ là điện trở
Hình a)Sơ đồnung nóng cảmứ b) Tơi khi nung nóng tồn b c) Tơi khi nung nóng và làm ngu 1. Chi tiết tơi, 2. Vịng cảm
Hình 1.2
Hình a. Nung mặt ngồi chi tiết hình tr
là điện trởsuất (Ω.cm); µ là độtừthẩm; f là tần số