Đang tải... (xem toàn văn)
vật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývật liệu học xử lývvật liệu học xử lývật liệu học xử lý
Trường ĐHBK TPHCM, Khoa Cơ khí Bộ môn: Thiết bị Công nghệ Vật liệu Cơ khí Môn học Vật liệu học & xử lý TS Nguyễn Thanh Hải E-mail: haint@hcmut.edu.vn 3/26/16 Vật liệu học & xử lí Nhiệt luyện thép Mục đích Xử lý thép nhiệt nhằm mục đích thay đổi cấu trúc từ thu tính tương ứng với yêu cầu mong muốn Thông số quan trọng: : Nhiệt độ nung : Thời gian giữ nhiệt : Tốc độ nguội Tn τn υn T 0C Tn τn 3/26/16 Vật liệu học & xử lí τ Nhiệt luyện thép Đánh giá: • • • Độ cứng Mức độ cong vênh, biến dạng Ứng dụng: • • 3/26/16 Tổ chức tế vi Nhiệt luyện sơ (trung gian)→ tiếp tục gia công khí Nhiệt luyện kết thúc → thực sau gia công khí Vật liệu học & xử lí Phân loại nhiệt luyện Nhiệt luyện: 3/26/16 Ủ: đạt tổ chức cân Thường hóa: đạt tổ chức cân hạt nhỏ, cải thiện tính gia công cho thép cacbon thấp, khử lưới Xê Tôi: tổ chức không cần bằng, độ cứng đạt cực đại → giòn Ram: điều chỉnh tính tổng hợp: độ cứng, độ bền, độ dai va đập Vật liệu học & xử lí Phân loại nhiệt luyện Hóa nhiệt luyện: • • • Dùng nhiệt nhằm thay đổi thành phần hóa học lớp bề mặt (thấm) Thấm đơn: thấm C, thấm N Thấm đa nguyên: thấm C-N… Cơ nhiệt luyện: Xử lý thép đồng thời nhiệt luyện biến dạng dẻo nhằm biến đổi mạnh tổ chức – tính phôi 3/26/16 Vật liệu học & xử lí Chuyển biến xử lý nhiệt 3/26/16 Chuyển biến nung nóng: P → Aus Chuyển biến làm nguội chậm: Aus → P (ủ) Chuyển biến làm nguội liên tục Chuyển biến làm nguội nhanh: Aus → M (tôi) Chuyển biến nung thép tôi: M → P (ram) Vật liệu học & xử lí Chuyển biến nung nóng Phản ứng: > AC1 Fe ( C ) + Fe C → Feγ (C ) 0,8% C [ α ] 0,8% C Nhiệt độ chuyển biến: Tn = A1 + 20 ÷ 300 C Cơ chế chuyển biến: sinh mầm – phát triển mầm với động học trình khuếch tán, thông số quan trọng chuyển biến nhiệt độ thời gian Chuyển biến giữ nhiệt: • • • 3/26/16 Đồng nhiệt độ toàn khối thể tích Đồng thành phần C pha Ôs Phát triển kích thước hạt Vật liệu học & xử lí Chuyển biến nguội chậm Phản ứng: < Ar1 Feγ (C )0,8% C → [ Feα (C ) + Fe3C ] 0,8%C Cơ chế chuyển biến: sinh mầm – phát triển mầm 3/26/16 Vật liệu học & xử lí Chuyển biến nguội liên tục Bắt đầu phân hủy đường tốc độ nguội bắt đầu gặp đường cong chữ C Tổ chức thu không đồng theo tiết diện mẫu Không hoàn toàn phù hợp với thép hợp kim 3/26/16 Vật liệu học & xử lí Chuyển biến nguội nhanh Tốc độ nguội V > Vth Chuyển biến: Aus → M Vth 3/26/16 Vật liệu học & xử lí 10 Tính giòn cao Nguyên nhân tác hại • Khắc phục • 3/26/16 Quá nung làm hạt thép lớn Thường hóa lại Vật liệu học & xử lí 38 Hóa bền bề mặt 3/26/16 Bề mặt cần đồ bền độ cứng chống mài mòn, lõi cần dẻo dai Phương pháp hóa bền khí (phun bi, lăn ép…) Tôi bề mặt Hóa nhiệt luyện Vật liệu học & xử lí 39 Tôi cao tần Dòng điện xoay chiều -> từ trường biến thiên -> dòng fuco (eddy current) đốt nóng chi tiết Dòng điện tập trung bề mặt hiệu ứng vỏ (skin effect) ρ δ = 503 µr F Chiều sâu dòng điện fuco chi tiết I = I oe − y /δ Dòng điện Dòng điện cảm ứng chi tiết (m) Từ trường 3/26/16 Vật liệu học & xử lí 40 Tôi cao tần Chọn tần số thiết bị • • • • • 3/26/16 Tần số định chiều sâu nung → chiều sâu lớp cứng Chọn diện tích cứng 20% tiết diện Các chi tiết máy lớn cần chiều sâu ÷ 5mm → tần số 2500 ÷ 8000Hz, công suất > 100kW Bánh chọn δ = 0,20 ÷ 0,28m Chi tiết nhỏ cần lớp mỏng ÷ 2mm → tần số 66 ÷ 250 kHz, công suất 50 ÷ 100kW Vật liệu học & xử lí 41 Tôi cao tần 3/26/16 Tổ chức tính thép cảm ứng Thép dùng: thép cacbon trung bình 0,35 ÷ 0,55%, thép thường hay thép hợp kim thấp Tổ chức: tốc độ nung lớn 100 ÷ 2000C/s • • • • • • Nhiệt độ nung cao thể tích 100 ÷ 2000C Hạt Ôs nhỏ mịn, sau M cho tính cao Lõi phải ram cao để có tổ chức xoocbit ram Bề mặt: độ cứng HRC50÷58 Lõi: độ cứng HRC30÷40, kết hợp độ dai tốt Bề mặt chịu ứng suất nén Các phương pháp • • • Nung nóng làm nguội toàn bề mặt Nung nóng làm nguội phần Nung nóng làm nguội liên tục Vật liệu học & xử lí 42 Hóa – nhiệt luyện Hóa nhiệt luyện phương pháp thấm, bão hòa nguyên tố hóa học (C, N,…) vào bề mặt thép cách khuếch tán trạng thái nguyên tử môi trường bên nhiệt độ cao Mục đích: • • Nâng cao tính chống ăn mòn điện hóa hóa học (thấm Al, Cr, Si …) Các giai đoạn trình thấm • • • 3/26/16 Nâng cao độ cứng, chống mài mòn cao bề mặt (thấm C, N, C-N…) Phân hóa Hấp thụ Khuyếch tán Vật liệu học & xử lí 43 Hóa – nhiệt luyện Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian D = D0 e -Q/KT x = kt t = const Hệ số khuếch tán D Chiều sâu lớp thấm x T = const Nhiệt độ, T 3/26/16 1/2 Thời gian, t Vật liệu học & xử lí 44 Thấm cacbon Định nghĩa: thấm C hóa nhiệt luyện bão hòa C vào bề mặt thép C thấp (0,15÷0,20%), sau ram thấp cho bề mặt có độ bền độ cứng, lõi dẻo dai Mục đích: bề mặt thép có độ cứng HRC60÷64, lõi có độ cứng HRC30÷40 Yêu cầu: • • 3/26/16 Bề mặt chứa 0,8÷1,0%C Lõi có tổ chức hạt nhỏ, với M hình kim nhỏ mịn, có độ dai cao Vật liệu học & xử lí 45 Thấm cacbon Nhiệt độ thời gian • Thép phải hoàn toàn trạng thái Ôs, tth>Ac3 • Thép chất hạt nhỏ tth = 930÷950 C • Thép chất hạt lớn tth = 900÷920 C Chiều sâu lớp thấm yêu cầu: • • • 3/26/16 0,50÷0,80; 0,90÷1,20; 0,50÷0,80; 1,50÷1,80; Chiều sâu thấm 0,10÷0,20 đường kính chi tiết 0,20÷0,30m, bánh Vật liệu học & xử lí 46 Thấm cacbon Tốc độ thấm Thấm thể rắn 900 C: 0,1mm chiều sâu 1h nung nóng giữ nhiệt, 0,15mm/h giữ nhiệt 0 Thấm thể khí 900 C: 0,15mm chiều sâu 1h nung nóng giữ nhiệt, 0,2mm/h giữ nhiệt; 930÷950 C 0,2 ÷ 0,3mm/h giữ nhiệt 3/26/16 Vật liệu học & xử lí 47 Thấm cacbon thể rắn Than gỗ (hoặc mùn cưa) 80÷95%, muối cacbonat BaCO3, Na2CO3 CO2 + Cthan → 2CO 2CO → CO2 + Cngtu 2Cthan + O2 → 2CO Cngtu + Feγ (C ) → Feγ (C )0,1→0,8→(1,2 ÷1,3) 3/26/16 Vật liệu học & xử lí 48 Thấm cacbon thể khí Sử dụng khí CH4 với nồng độ thấp 3÷5% Thay đổi nồng độ CH4 để tạo lớp thấm có 0,8÷1,0%C CH → H + Cngtu 3/26/16 Có thể sử dụng dầu hỏa nhỏ giọt vào không khí thấm khí tự nhiên Dễ khí hóa, tự động hóa Vật liệu học & xử lí 49 Nhiệt luyện sau khí thấm Sau thấm tiến hành ram thấp Công dụng: • • • • 3/26/16 Tạo tính cao bề mặt, HRC60 – 64 so với 52 – 58 Tạo nên ứng suất nén dư nên chịu mỏi tốt Áp dụng cho chi tiết chịu tải nặng Giá thành cao bề mặt Vật liệu học & xử lí 50 Thấm N Thấm N phương pháp hóa nhiệt luyện làm bão hòa N vào bề mặt thép nhằm mục đích nâng cao độ cứng tính chống mài mòn (HRC65 - 70) Thấm N khí NH3 nhiệt độ 480 – 650 C NH → 3H + N ngtu 3/26/16 Vật liệu học & xử lí 51 Thấm N Đặc điểm thấm nitơ • • • • • Tiến hành nhiệt độ thấp thời gian thấm dài, lớp thấm mỏng Sau thấm không mài Thép thấm thép chuyên dùng thường chứa Al, Cr, Mo… Phải ram trước thấm tram> tthấm Lớp thấm có độ cứng cao đến nhiệt độ 591 C Công dụng: • Dùng cho chi tiết cần độ cứng chống mài mòn cao, làm việc nhiệt độ > 500 C, chịu tải trọng nhẹ trục, bánh răng, sơmi máy bay, dụng cụ cắt 3/26/16 Vật liệu học & xử lí 52 [...]... quan sát màu Ứng dụng rất phổ biến trong sản xu t do tiết kiệm nguyên công ram Dùng để ram đục, băng máy sau khi tôi cao tần 3/ 26/ 16 Vật li u học & xử lí 33 Khuyết tật nhiệt luyện 3/ 26/ 16 Biến dạng và nứt Oxy hóa và thoát cacbon Độ cứng không đạt Tính giòn quá cao Vật li u học & xử lí 34 Biến dạng và nứt Nguyên nhân và tác hại: • • • • 3/ 26/ 16 Ứng suất > giới hạn bền sẽ gây nứt Ứng suất... 0 200 ÷ 260 C Tiếp tục tiết pha cacbit Ôs dư → Mactenxit ram Feγ (C )0,8% → Feα (C )0,15÷0,2% + Fe2 ÷ 2,4 C 3/ 26/ 16 Khử hết ứng suất nhiệt Vật li u học & xử lí 15 Chuyển biến sau khi tôi (tt) 0 260 ÷ 400 C Feα (C )0,15 ÷ 0,2% → [ Feα + Fe3C ] Fe2 ÷ 2,4 C → Fe3C Khử ứng suất tổ chức Tạo Troxtit ram, Tr 0 > 400 C 3/ 26/ 16 Kết tụ và cầu hóa 0 Tạo Xoocbit ram tại 500 ÷ 65 0 C, Xr... 30 C ) Thường dùng cho thép trước cùng tích 0,3 ÷ 0 ,65 %C Mục đích: • • 3/ 26/ 16 Làm nhỏ hạt Giảm độ cứng, tăng độ dẻo Vật li u học & xử lí 19 Ủ có chuyển biến pha Ủ không hoàn toàn: 0 Tủ = AC1 + (20 ÷ 30 C) Thường dùng cho thép cùng tích và sau cùng tích ≥ 0,7%C Ủ cầu hóa tạo P hạt Sản phẩm là P hạt 0 750 C 5ph AC1 0 65 0 C 3/ 26/ 16 5ph Vật li u học & xử lí 20 Ủ có chuyển biến pha Ủ đẳng nhiệt:... dạng thì nắn lại Vật li u học & xử lí 35 Oxy hóa và thoát cacbon bề mặt Nguyên nhân và tác hại: • • • Thoát cacbon không nhận thấy bằng mắt, làm giảm độ cứng khi tôi Nung trong môi trường bảo vệ Khắc phục: • 3/ 26/ 16 Làm bong tróc bề mặt chi tiết, hụt kích thước Ngăn ngừa: • Môi trường có chứa chất oxy hóa Rất khó khắc phục, có thể khắc phục bằng thấm cacbon Vật li u học & xử lí 36 ... tính phù hợp 3/ 26/ 16 Vật li u học & xử lí 29 Ram thấp Nung nóng thép đã tôi ở nhiệt độ 150 ÷ 2500C, tổ chức nhận được là mactenxit ram Độ cứng hầu như không giảm Ứng suất giảm, tính dẻo dai tăng lên Ứng dụng: • cho chi tiết cần độ cứng, chống mài mòn, toàn bộ dao cắt, khuôn dập nguội, bánh răng, chi tiết thấm cacbon, ổ lăn, trục, chốt… cùng các chi tiết qua tôi bề mặt 3/ 26/ 16 Vật li u học & xử... phương tâm khối Mạng bị xô lệch mạnh → tăng độ cứng Vật li u học & xử lí 11 Martensite 3/ 26/ 16 Vật li u học & xử lí 12 Đặc điểm chuyển biến Mactenxite Chỉ xảy ra khi làm nguội nhanh và li n tục với tốc độ nguội V ≥ Vth Chuyển biến không khuyếch tán: chỉ có sự xê dịch của nguyên tử Fe, nhỏ hơn thông số mạng làm thay đổi mạnh thể tích 3/ 26/ 16 Tốc độ chuyển biến rất cao Chỉ xảy ra trong khoảng... Dùng cho thép có Vth nhỏ và chi tiết có kích thước nhỏ Nhiệt độ • • c Thời gian 3/ 26/ 16 Vật li u học & xử lí 26 Tôi Tôi đẳng nhiệt • Giống như tôi phân cấp nhưng giữ nhiệt lâu hơn để chuyển biến xảy ra hoàn toàn thành A1 hỗn hợp Ferrite – Xememtite, nhỏ mịn Sau khi tôi không cần ram Nhiệt độ • d Thời gian 3/ 26/ 16 Vật li u học & xử lí 27 Cơ nhiệt luyện Tiến hành biến dạng dẻo (cán) Aus, rồi tiến hành... trường này được xếp theo thứ tự tốc độ nguội giảm dần 3/ 26/ 16 Vật li u học & xử lí 24 Tôi Tôi trong 1 môi trường • • Nguội nhanh thép để đạt tổ chức M A1 Không làm chi tiết bị nứt hay biến dạng Tôi trong 2 môi trường • Nguội nhanh trong môi trường nước đạt 300 ÷ • Chuyển sang làm nguội trong dầu Nhiệt độ 0 400 C a b Thời gian 3/ 26/ 16 Vật li u học & xử lí 25 Tôi Tôi phân cấp • Thép được nhúng...Martensite Mactenxite dung dịch rắn xen kẽ quá bảo hòa của cacbon trong Feα, có kiểu mạng chính phương tâm khối và có độ cứng cao Khi nguội nhanh: • • 3/ 26/ 16 Fe (C ) → Feα (C ) Trong đó nồng độ cacbon của hai pha là như nhau γ quá bão hòa Lượng cacbon trong Feα(C) ở trạng thái Nguyên tử cacbon hòa tan bằng cách xen kẽ trong lỗ hổng của mạng, thường ở vị trí giữa mặt và... 65 0 C, Xr 0 Tạo Peclit ram tại nhiệt độ gần 700 C, Pr Độ cứng giảm mạnh Vật li u học & xử lí 16 Công nghệ Ủ Nung thép đến nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt và làm nguội chậm cùng lò, đạt tổ chức ổn định Peclít, độ cứng thấp và độ dẻo cao Mục đích: 3/ 26/ 16 Giảm độ cứng → gia công cắt gọt Tăng độ dẻo → gia công áp lực Khử ứng suất trong Đồng đều hóa thành phần Làm nhỏ hạt Vật li u học & xử lí 17 ... kim 3/ 26/ 16 Vật li u học & xử lí Chuyển biến nguội nhanh Tốc độ nguội V > Vth Chuyển biến: Aus → M Vth 3/ 26/ 16 Vật li u học & xử lí 10 Martensite Mactenxite dung dịch rắn xen kẽ bảo hòa cacbon... phổ biến sản xu t tiết kiệm nguyên công ram Dùng để ram đục, băng máy sau cao tần 3/ 26/ 16 Vật li u học & xử lí 33 Khuyết tật nhiệt luyện 3/ 26/ 16 Biến dạng nứt Oxy hóa thoát cacbon Độ cứng... Thoát cacbon Vật li u học & xử lí 37 Tính giòn cao Nguyên nhân tác hại • Khắc phục • 3/ 26/ 16 Quá nung làm hạt thép lớn Thường hóa lại Vật li u học & xử lí 38 Hóa bền bề mặt 3/ 26/ 16 Bề