4. Nội dung nghiên cứu
2.2.1.2.Khái niệm chung về nung kim loại
Mục đích của quá trình nung nóng
Để thực hiện một quá trình gia công nào đó hoặc tạo cho vật liệu có tính chất cơ lý cần thiết ngƣời ta tiến hành nung kim loại.
+ Nung để tạo cho kim loại có độ dẻo cần thiết, tuỳ từng yêu cầu cụ thể về công nghệ gia công mà tiến hành nung cho phù hợp (nung để rèn, để cán, để nhiệt luyện...).
Trong công nghệ nung kim loại để cán thép : Yêu cầu tạo cho kim loại có độ dẻo đồng nhất, đồng thời vẫn giữ đƣợc cơ tính trong suốt thời gian thực hiện quá trình gia công.
+ Mỗi loại vật liệu có yêu cầu nhiệt độ nung, công nghệ nung khác nhau. Để đảm bảo chất lƣợng vật nung, mỗi loại vật liệu đƣợc nung theo một quy trình nhất định.
Những hiện tƣợng xảy ra khi nung
+ Hiện tƣợng oxy hóa :
Trong môi trƣờng nung có các chất oxy hoá : O2, H2O, CO2,... SO2. Các thành phần đó phụ thuộc vào quá trình đốt nhiên liệu : Thành phần khí lò, nhiệt độ nung, thời gian giữ phôi trong lò. Ở nhiệt độ càng cao, các nguyên tố có hoạt tính càng cao, tham gia oxy hoá càng mạnh. Quá trình oxy hóa tạo nên các vẩy oxyt bao bên ngoài bề mặt kim loại.Vẩy oxyt tạo thành là do :
- Dƣ không khí trong lò (hệ số không khí α >1) : Trong đó càng nhiều các chất khí mang tính oxy hoá mạnh càng thúc đẩy quá trình hình thành vẩy oxyt.
- Ở nhiệt độ càng cao, thời gian nung càng dài thì oxy hoá càng nhiều.
Quá trình oxy hoá làm lƣợng kim loại bị cháy hao tăng lên. Do đó phải tìm cách khống chế lƣợng không khí dƣ, nhiệt độ nung và thời gian nung phải hợp lý để giảm bớt lƣợng kim loại bị tiêu hao do oxy hoá bề mặt.
+ Hiện tƣợng thoát Cacbon
Trong quá trình nung, đồng thời với quá trình oxy hoá kim loại là quá trình thoát Cacbon bề mặt kim loại (hàm lƣợng Cacbon giảm). Thực tế cho thấy ở nhiệt độ 8000C đến 9000C hiện tƣợng thoát Cacbon (hay oxy hoá cacbon) xảy ra là chính. Quá trình thoát Cacbon trong kim loại làm giảm cơ tính của vật nung.
Nung kim loại trong thời gian dài ở nhiệt độ cao, tốc độ oxy hoá Cacbon càng lớn. Do đó phải tìm cách nung đúng nhiệt độ quy định với thời gian ngắn nhất (có thể đƣợc) để hạn chế quá trình mất Cacbon.
+ Hiện tƣợng nứt vật nung
Khi nung thép, trong lòng kim loại xuất hiện các lớp chênh lệch về nhiệt độ, nên giữa các lớp đó có sự co giãn không đều nhau, làm cho biên giới giữa các lớp bị phá vỡ, gây nứt. Nguyên nhân là do ứng xuất nhiệt.
Khi nung ở khoảng nhiệt độ 00C đến nhiệt độ 5000C bắt đầu biến dạng dẻo là vùng nguy hiểm dễ xảy ra ứng xuất nhiệt đối với thép. Khi nung quá nhanh, sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trƣờng nung và bề mặt vật nung vƣợt quá giới hạn cho phép làm phá vỡ lực liên kết tổ chức giữa các hạt, độ bền giảm xuống đột ngột làm nứt vật nung.
Do đó, đối với loại thép xác định là vật dày cần tổ chức nung chậm sao cho sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trƣờng nung và bề mặt vật nung nhỏ hơn giới hạn cho phép.
+ Hiện tƣợng nung quá nhiệt
Khi nung thép, nhiệt độ ra lò tối đa cho phép không đƣợc quá điểm giới hạn quy định. Nếu nhiệt độ nung thực tế lớn hơn nhiệt độ ra lò tối đa cho phép từ 500
C đến 1000C sinh ra hiện tƣợng quá nhiệt.
Hiện tƣợng quá nhiệt làm ảnh hƣởng đến cấu trúc của kim loại, sự liên kết giữa các hạt giảm đi và làm giảm tính cơ học của kim loại. Đồng thời sinh ra tốn năng lƣợng, tiêu hao nhiên liệu... Do đó khi nung thép cần chú ý điều chỉnh nhiệt độ trong lò sao cho vật nung khi ra lò có nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ ra lò tối đa cho phép.
Để khắc phục hiện tƣợng đó, ngƣời ta đem ủ nghĩa là nung chậm đến nhiệt độ vƣợt quá điểm tới hạn, sau đó làm nguội chậm.
+ Hiện tƣợng nung cháy
Khi nung thép, nhiệt độ ra lò tối đa cho phép không đƣợc quá điểm giới hạn quy định. Nếu nhiệt độ nung thực tế lớn hơn nhiệt độ tối đa cho phép từ 1000C đến 1500C sẽ sinh ra hiện tƣợng nung cháy.
Hiện tƣợng nung cháy làm thép bị chảy lỏng, oxy đi vào đƣợc biên giới giữa các hạt tinh thể làm oxy hoá các phân tử kim loại, phá hoại mối liên kết giữa các hạt... Vật liệu không còn khả năng chịu đƣợc lực ép khi gia công.
Hiện tƣợng nung cháy kim loại không thể phục hồi đƣợc bằng phƣơng pháp ủ nhƣ khi nung quá nhiệt, mà kết quả là kim loại trở thành phế liệu để nấu luyện lại.
Hiện tƣợng nung cháy kim loại không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc vào thành phần khí lò. Nếu khí lò có khả năng oxy hoá càng cao thì hiện tƣợng cháy kim loại càng dễ xảy ra, ngay cả trong điều kiện nhiệt độ thấp. Trong môi trƣờng khí hoàn nguyên, sự nung cháy kim loại có thể xảy ra ở nhiệt độ cao hơn 600
C - 700C so với môi trƣờng oxy hoá.
Hiện tƣợng quá nhiệt và nung cháy đều là sự cố trong quá trình điều chỉnh nhiệt độ và vận hành lò. Trong các trƣờng hợp này cần giảm nhanh nhiệt độ.
Đặc điểm của quá trình nung nóng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Khi đƣa kim loại vào trong lò nung, xảy ra quá trình trao đổi nhiệt bên ngoài với vật nung, còn bên trong và trên mặt vật nung xảy ra sự biến đổi về cơ, lý tính.
- Truyền năng lƣợng từ mặt ngoài kim loại vào trong tâm : Là quá trình truyền nhiệt bên trong, hiệu quả của nó phụ thuộc vào tính chất vật liệu. Đó là điều kiện khách quan mà ngƣời vận hành không điều chỉnh đƣợc.
- Truyền năng lƣợng từ nguồn nhiệt đến bề mặt kim loại : hiệu quả của nó phụ thuộc vào quá trình điều chỉnh nguồn nhiên liệu cung cấp cho môi trƣờng nung. Đó là điều kiện chủ quan mà ngƣời vận hành chủ động điều chỉnh đƣợc.