Đang tải... (xem toàn văn)
CÁC PHƯƠNG PHÁP, NHIỆT LUYỆN ĐiỂN HÌNH, ủ và thường hóa
2.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP NHIỆT LUYỆN ĐiỂN HÌNH 6.1 Ủ VÀ THƯỜNG HÓA 6.1.1 Ủ thép a, Định nghĩa - Là phương pháp nung nóng chi tiết đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt lâu làm nguội chậm lò để đạt tổ chức ồn định P với độ cứng, độ bền thấp độ dẻo cao Đặc điểm: + Nhiệt độ ủ quy luật tổng quát, phương pháp ủ ứng với nhiệt độ định; + Làm nguội với tốc độ chậm (cùng lò) để đạt tổ chức cân bằng; + Thép tích tổ chức nhận sau ủ P Với thép trước tích có thêm F, thép sau tích có thêm XeII Trần Thế Quang – BỘ MÔN KỸ THUẬT VẬT LIỆU 6.1.1 Ủ thép Mục đích: - Có nhiều phương pháp ủ mà phương pháp đạt một, hai ba năm mục đích sau: + Giảm độ cứng để dễ tiến hành gia công cắt gọt; + Làmtăng độ dẻo để dễ tiến hành biến dạng nguội như:dập, cán, kéo; + làm giảm khử bỏ ứng suất bên gây nên bời gia công gia công khí như: đúc, hàn, cắt, biến dạng dẻo; + Làm đồng thành phần hoá học vật đúc bị thiên tích; + Làm nhỏ hạt Trần Thế Quang – BỘ MÔN KỸ THUẬT VẬT LIỆU 6.1.1 Ủ thép b, Các phương pháp ủ chuyển biến pha - Được tiến hành nhiệt độ nhỏ Ac chuyển biến pha từ Peclit sang Austenit gồm: + Ủ thấp ủ kết tinh lại * Ủ thấp - Là phương pháp ủ nhiệt độ 200 ÷ 6000C với mục đích làm giảm hay khử bỏ ứng bên vật đúc hay sản phẩm qua gia công khí + Ủ nhiệt độ 200 ÷ 3000C khử bỏ phần ứng suất bên trong; + Ủ nhiệt độ 450 ÷ 6000C ÷ 2h khử bỏ hoàn toàn ứng suất bên Trần Thế Quang – BỘ MÔN KỸ THUẬT VẬT LIỆU 6.1.1 Ủ thép * Ủ kết tinh lại - Là phương pháp ủ tiến hành nhiệt độ cao nhiệt độ kết tinh lại thép (khoảng 600 ÷ 7000C) - Đặc điểm: + Làm giảm độ cứng làm thay đổi kích thước hạt; + Hiện phương pháp dùng thép rễ gây hạt lớn Trần Thế Quang – BỘ MÔN KỸ THUẬT VẬT LIỆU 6.1.1 Ủ thép c, Các phương pháp ủ có chuyển biến pha - Các phương pháp ủ có nhiệt độ ủ cao Ac có xảy chuyển biến pha Peclit → Austenit nung nóng với hiệu ứng làm nhỏ hạt, gồm: + Ủ hoàn toàn; + Ủ không hoàn toàn ủ cầu hoá; + Ủ đẳng nhiệt; + Ủ khuếch tán Trần Thế Quang – BỘ MÔN KỸ THUẬT VẬT LIỆU 6.1.1 Ủ thép * Ủ hoàn toàn - Là phương pháp ủ nung thép đến trạng thái hoàn toàn Austenit, áp dụng cho phép trước tích có thành phần Cacbon khoảng 0,3 ÷ 0,65% T0u = Ac3 + (20 ÷ 30)0C Mục đích: + Làm nhỏ hạt (hạt γ nhỏ → Tổ chức F – P có hạt nhỏ); + Làm giảm độ cứng, tăng độ dẻo (HB 160÷200) Trần Thế Quang – BỘ MÔN KỸ THUẬT VẬT LIỆU 6.1.1 Ủ thép * Ủ không hoàn toàn ủ cầu hoá Ủ không hoàn toàn - Là phương pháp ủ nung thép đến trạng thái hoàn toàn Austenit, áp dụng cho thép tích, sau tích thép trước cúng tích với 0,7%C T0u = Ac1 + (20 ÷ 30)0C = 750 ÷7600C Đặc điểm: + Chỉ có Peclit chuyển biến thành Austenit, Ferit Xementit chưa chuyển biến; + Ac1 < T0u < Ac3; + Tổ chức nhận Peclit hạt để dễ cắt gọt (HB < 200) Trần Thế Quang – BỘ MÔN KỸ THUẬT VẬT LIỆU 6.1.1 Ủ thép Ủ cầu hoá - Là dạng đặc biệt ủ không hoàn toàn, nhiệt độ nung dao động tuần hoàn Ac1 + Quá trình sau: nung lên tới 750 ÷ 7600C giữ nhiệt khoảng phút làm nguội xuống 650 ÷ 6600C giữ nhiệt khoảng phút làm nguội,… nhiều lần Với cách ủ xúc tiến nhanh trình cầu hoá Xe có dạng hạt để tạo thành P hạt Trần Thế Quang – BỘ MÔN KỸ THUẬT VẬT LIỆU 6.1.1 Ủ thép * Ủ đẳng nhiệt - Là phương pháp ủ sau nung nóng đến nhiệt độ ủ giữ nhiệt, làm nguội nhanh xuống Ar1 khoảng (50 ÷ 100)0C, giữ nhiệt lâu nhiệt độ để Austenit phân hoá thành Peclit Đặc điểm: + Áp dụng cho phép hợp kim cao; + Làm nguội theo phương thức đẳng nhiệt; + Đối với thép trước tích T0u = T0u ht tổ chức nhận P tấm; + Đối với thép tích sau tích T0u = T0u kht tổ chức nhận P hạt Trần Thế Quang – BỘ MÔN KỸ THUẬT VẬT LIỆU 6.1.1 Ủ thép * Ủ khuếch tán - Là phương pháp ủ mà nhiệt độ ủ cao, thời gian giữ nhiệt dài T0u = (1100 ÷ 1150)0C tu = (10 ÷ 15)h Mục đích: + Làm tăng khả khuếch tán; + Làm thành phần hoá học vùng thân hạt + Áp dụng cho thép hợp kim cao đúc bị thiên tích; + Tổ chức nhận sau ủ khuếch tán hạt trở nên to Trần Thế Quang – BỘ MÔN KỸ THUẬT VẬT LIỆU 10 7.3.1 Nguyên lý chung Mục đích: + Nâng cao độ cứng, tính trống mài mòn độ bền mỏi chi tiết với hiệu cao so với bề mặt thấm Cacbon, Ni-tơ, Cacbon – Nitơ; + Nâng cao tính chống ăn mòn điện hoá hoá học thấm Crôm, Al, Si b, Các giai đoạn hoá nhiệt luyện Khi tiến hành hoá nhiệt luyện người ta đặt chi tiết thép vào môi trường (rắn, lỏng, khí) có khả phân hoá nguyên tử nguyên tố cần thấm (khuyếch tán) nung nóng đến nhiệt độ thích hợp Các giai đoạn nối tiếp xảy sau: 37 7.3.1 Nguyên lý chung + Phân hoá: - Là trình phân tích phân tử, tạo nên nguyên tử hoạt nguyên tố cần định thấm + Hấp thụ: - Là giai đoạn nguyên tử hoạt hấp thụ vào bề mặt thép với nồng độ cao, tạo độ chênh lệch nồng độ bề mặt lõi + Khuyếch tán: - Là giai đoạn nguyên tử hoạt lớp hấp thụ sâu vào bên theo chế khuyếch tán, tạo nên lớp thấm với chiều sâu định 38 7.3.1 Nguyên lý chung c, Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian + Nhiệt độ - Nhiệt độ cao, chuyển động nhiệt nguyên tử mạnh, tốc độ khuyếch tán lớn, lớp thấm chóng đạt chiều sâu quy định + Thời gian - Ở nhiệt độ cố định, kéo dài thời gian giúp nâng cao chiều sâu lớp thấm; - Chiều sâu lớp thấm phụ thuộc vào thời gian theo quan hệ: 39 7.3 HOÁ NHIỆT LUỆN 7.3.2 Thấm Cacbon a, Định nghĩa mục đích – Yêu cầu lớp thấm + Định nghĩa - Là phương pháp hoá nhiệt luyện làm bão hoà (thấm, khuyếch tán) Cacbon vào bề mặt thép Cacbon thấp (0,1 ÷ 0,25%C) làm bề mặt có thành phần Cacbon cao tới 1,2%C + Mục đích - Làm cho bề mặt đạt độ cứng tới HRC 60 ÷ 64 với tính chống mài mòn cao, chịu mỏi tốt, lõi dẻo dai với độ cứng HRC 30 ÷ 40 + Yêu cầu lớp thấm - Đối với bề mặt: Lượng Cacbon đạt từ 0,8 ÷ 1,0%; - Đối với lõi có tổ chức hạt nhỏ, F tự do, HRC 30 ÷ 40 40 7.3.2 Thấm Cacbon b, Nhiệt độ thời gian thấm Cacbon * Nhiệt độ thấm Thông thường lấy nhiệt độ thấm Cacbon 900 ÷ 9500C: + Đối với thép chất hạt nhỏ T0t = 930 ÷ 9500C; + Đối với thép chất hạt to T0t = 900 ÷ 9200C * Thời gian thấm Thời gian thấm phụ thuộc vào hai yếu tố sau: + Chiều sâu thấm; - Các mức thấm: 0,5 ÷ 0,8; 0,9 ÷ 1,4; 1,5 ÷ 1,8; - Đối với bánh chiều sâu lớp thấm tính sau: x = 0,2 ÷ 0,3 m m- mô đuncủa 41 7.3.2 Thấm Cacbon + Tốc độ thấm; - Phụ thuộc vào môi trường thấm nhiệt độ thấm Nhiệt độ thấm Cacbon C Thời gian giữ nhiệt (giờ) theo chiều dầy lớp thấm 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 870 3,5 10 13 16 19 900 3,0 10 12 14 930 2,75 6,5 9,5 11 950 2,0 8,5 980 1,5 - Theo kinh nghiệm, thấm 9000C thời gian thấm (gồm thời gian nâng giữ nhiệt) tính theo mức cho 0,1 mm chiều sâu lớp thấm 42 7.3.2 Thấm Cacbon c, Chất thấm trình xảy * Chất thấm thể rắn - Chất thấm chủ yếu than gỗ 2C +O2 → 2CO 2CO → CO2 + Cng.tử C nguyên tử hấp thụ khuyếch tán vào bề mặt thép để tạo thành lớp thấm Cng.tử + Feγ(C) → Feγ(C)0,1→0,8→(1,2÷1,3) Đặc điểm: + Thời gian dài, khó khí hoá; + Chất lượng thấp, hạt lớn, giòn, dễ tróc 43 7.3.2 Thấm Cacbon * Chất thấm thể khí - Chất thấm chủ yếu CO CH4, C2H6 dầu hoả, CH4 → 2H4+ Cng.tử C nguyên tử hấp thụ khuyếch tán vào bề mặt thép để tạo thành lớp thấm Đặc điểm: + Cơ khí hoá tự động hoá cao; + Chất lượng tốt, suất cao * Chất thấm thể lỏng - Chất thấm chủ yếu muối Na2CO3, NaCl, SiC Hiện phương pháp dùng SiC độc, khó thao tác, suất thấp 44 7.3.2 Thấm Cacbon d, Nhiệt luyện sau thấm - Chi tiết sau thấm Cacbon có thành phần Cacbon bề mặt cao độ cứng tính chống mài mòn chưa cao hạt lớn, thép giòn - Sau thấm Cacbon cần phải qua dạng nhiệt luyện sau: + Tôi hai lần ram thấp; + Tôi lần ram thấp; + Thường hoá 45 7.3.2 Thấm Cacbon e, Công dụng - Chi tiết thấm qua Cacbon có khác lớn tính bề mặt lõi nên áp dụng cho chi tiết quan trọng; - Thấm Cacbon làm thay đổi thành phần lớp bề mặt; - Áp dụng cho chi tiết có hinh dáng lớp thấm nói chung đều; - Tạo ứng suất nén dư bề mặt nên nâng cao giới hạn mỏi 7.3.3 Các phương pháp thấm khác - Thấm Nitơ - Thấm Nitơ - Cacbon - Thấm khác: Thấm Bo, Cr, Al, Si 46 CHƯƠNG 6: CÔNG NGHỆ NHIỆT LUYỆN THÉP 6.4 CÁC KHUYẾT TẬT XẢY RA KHI NHIỆT KUYỆN 6.4.1 Biến dạng nứt a, Nguyên nhân tác hại - Nguyên nhân: ứng suất bên gây làm nguội nhanh trình nung nhanh + Nếu σbên > σb ⇒ nứt, vỡ; + Nếu σbên > σ0,2 ⇒ cong vênh, biến dạng b, Các biện pháp ngăn ngừa khắc phục - Nung nóng làm nguội với tốc độ hợp lý, đều; - Nên dung phân cấp, hạ nhiệt trước tôi; - Các chi tiết mỏng phải khuôn ép; - Các chi tiết bị biến dạng đem nắn, ép nóng nguội Trần Thế Quang – BỘ MÔN KỸ THUẬT VẬT LIỆU 47 6.4 CÁC KHUYẾT TẬT XẢY RA KHI NHIỆT KUYỆN 6.4.3 Ôxy hoá thoát cacbon - Ôxy hoá tượng tạo nên vảy ôxyt sắt - Thoát cacbon tượng cacbon lớp bề mặt bị giảm a, Nguyên nhân tác hại - Do môi trường nung có chứa thành phần gây ôxy hoá Fe C như: O2, CO2, nước,… - Ôxy hoá làm hụt kích thước, xấu bề mặt chi tiết; - Thoát cacbon làm giảm độ cứng Trần Thế Quang – BỘ MÔN KỸ THUẬT VẬT LIỆU 48 6.4.3 Ôxy hoá thoát cacbon b, Các biện pháp ngăn ngừa khắc phục - Nung môi trường có khí bảo vệ khí trung tính N2, Ar2 … hặc khí hoàn nguyên CO, CH4, H2,… - Nung chi tiết hộp kín, chi tiết phủ than gỗ, hay hàn the rắc than sàn lò; - Nung chi tiết môi trường chân không 10-2 ÷ 10-4 mmHg chống ôxy hoá thoát cacbon triệt loại thép hợp kim; - Khắc phục cách tăng lương dư gia công, thấm lại cacbon Trần Thế Quang – BỘ MÔN KỸ THUẬT VẬT LIỆU 49 6.4 CÁC KHUYẾT TẬT XẢY RA KHI NHIỆT KUYỆN 6.4.3 Độ cứng không đạt - Là tượng độ cứng cao hặc thấp so với độ cứng mà thép đạt tương ứng với loại thép phương pháp nhiệt luyện a, Độ cứng cao - Khi ủ thường hoá thép hợp kim, tốc độ nguội lớn Độ cứng cao quy định khó cắt gọt khó biến dạng dẻo b, Độ cứng thấp - Sau tôi, độ cứng đạt thấp yêu cầu mác thép + Thiếu nhiệt; + Làm nguội chưa đủ nhanh; + Thoát cacbonbề mặt Trần Thế Quang – BỘ MÔN KỸ THUẬT VẬT LIỆU 50 6.4 CÁC KHUYẾT TẬT XẢY RA KHI NHIỆT KUYỆN 6.4.4 Tính giòn cao - Là tượng sau tôi, thép giòn (độ dai thấp ), độ cứng đạt bình thường quy định + Nguyên nhân: Do nhiệt độ nung cao, thời gian giữ nhiệt dài , hạt thép lớn, sau Mactenxit có kích thước lớn nên giòn + khắc phục: đem thường hoá đem lại cho chế độ Trần Thế Quang – BỘ MÔN KỸ THUẬT VẬT LIỆU 51