Bài giảng Vật liệu học: Chương 4 – Nhiệt luyện thép

Bài giảng Vật liệu học: Chương 4 – Nhiệt luyện thép có nội dung gồm khái niệm về nhiệt luyện thép, các chuyển biến khi nung và làm nguội thép, các công nghệ nhiệt luyện, hóa bền bề mặt. Mời các bạn tham khảo nội dung chi tiết.

Trang 1

Chương 4 Nhiệt luyện thép

1 cuu duong than cong com

Trang 2

Nội dung

4.1 Khái niệm về nhiệt luyện thép

4.2 Các chuyển biến khi nung nóng & làm nguội thép 4.3 Các công nghệ nhiệt luyện

4.4 Hóa bền bề mặt

Trang 3

3

• Tạo ra cơ tính phù hợp cho gia công

• Nâng cao cơ tính và tạo ra cơ tính thích hợp cho chi tiết

Trang 4

chất theo yêu cầu

cuu duong than cong com

Trang 5

Nội dung

4.2 Các chuyển biến khi nung nóng & làm nguội thép

4.2.1 Chuyển biến khi nung nóng – Sự tạo thành Austenit

4.2.2 Chuyển biến khi giữ nhiệt

4.2.3 Chuyển biến khi làm nguội chậm

4.2.4 Chuyển biến khi làm nguội nhanh (tôi) – Chuyển biến Mactenxit

4.3 Các công nghệ nhiệt luyện

4.5 Các khuyết tật xảy ra khi nhiệt luyện thép

Trang 6

4.2.1 Chuyển biến khi nung nóng - sự tạo thành Austenit

• T < Ac1 : không có chuyển biến;

qua Ac 3

P   :Là chuyển biến quan trọng trong nhiệt luyện thép

Trang 7

Cơ chế của chuyển biến P  

Trang 8

Tnung > Ac1

↑Tnung → τ chuyển biến ↓

Nhiệt độ chuyển biến:

Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt

P   của thép cùng tích

8

Đặc điểm chuyển biến P  :

Nhiệt độ chuyển biến Kích thước hạt Austenit

Trang 10

Nội dung

Trang 12

- Làm đồng đều nhiệt độ trên

toàn tiết diện;

- Để chuyển biến xảy ra hoàn

toàn;

- Làm đồng đều thành phần hoá

học

4.2.2 Các chuyển biến xảy ra khi giữ nhiệt

Thời gian giữ nhiệt

không nên quá dài

Trang 14

Nội dung

Trang 15

25-35HRC

Trôxtit

d ~ 0,1μm 40-45HRC

15

Austenit quá nguội

Giản đồ chữ “C” CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

Trang 16

- Sử dụng giản đồ nguội đẳng nhiệt Ξ Giản đồ chữ “C”

- Chuyển biến không xảy ra tức thời, vì cần sự khuếch tán của C trong quá trình chuyển biến

- Nhiệt độ nguội đẳng nhiệt càng thấp Ξ Độ quá nguội càng lớn → số lượng mầm tăng → kích thước hạt (kích thước của Xe) càng nhỏ mịn, độ cứng càng cao;

- Về bản chất, Peclit (tấm), xoocbit, trôxtit và bainit giống nhau Ξ hỗn hợp cơ học cùng tích của Ferit và Xê; khác

về kích thước

- Nguội đẳng nhiệt nhận được tổ chức đồng đều trên toàn tiết diện

16

Đặc điểm của Nguội đẳng nhiệt:

Trang 17

4.2.3 Các chuyển biến xảy ra khi nguội Austenit

Trang 18

- Xuất hiện thêm nhánh phụ, đường

chữ C có xu hướng dịch sang trái Ξ

độ ổn định của γ giảm

- Nguội đẳng nhiệt với ∆T nhỏ (1)

hoặc nguội chậm liên tục (2): sẽ tiết

ra α/XeII trước (khi gặp nhánh phụ)

 sau đó tiết ra P(αP+ Xe)

- Nguội đẳng nhiệt với ∆T đủ lớn

hoặc nguội liên tục đủ nhanh (3):

vectơ nguội không gặp nhánh phụ,

γ [α+ Xe] ở dạng xoocbit, trôxtit

và bainit với %C ≠ 0,8 (giả cùng

Trang 19

Nội dung

Trang 20

- Là DDR quá bão hoà Fe(C)

- Kiểu mạng chính phương tâm

Trang 21

Đặc điểm của chuyển biến Mactenxit

- Chỉ xảy ra khi làm nguội nhanh và liên

tục Austenit với Vng > Vth

- Chuyển biến không khuyếch tán

- Xảy ra liên tục với tốc độ lớn ~1000m/s;

M dạng hình kim

- Chỉ xảy ra trong khoảng nhiệt độ: MsMf

- Chuyển biến xảy ra không hoàn toàn,

luôn tồn tại γdư (γ chưa chuyển biến):

- VM > Vγ → γdư ↑ khi %C ↑

- Nhiệt độ Mf (Mf < 20 0 C) → γdư ↑ khi Mf càng thấp

- Sau chuyển biến, tồn tại ứng suất dư:

ƯS nhiệt + ƯS tổ chức

Trang 22

cứng và giòn Tại sao lại cứng và giòn?

↓ tính giòn của M?

Trang 23

Mactenxit (+ Austenit dư)

Các chuyển biến khi nung nóng, làm nguội

Trang 24

Nội dung

Trang 25

4.3.1 Ủ thép

Định nghĩa: Nung nóng, giữ nhiệt để đồng đều hóa và các chuyển

biến xảy ra hoàn toàn và nguôi chậm cùng lò

 nhận tổ chức cân bằng ổn định có độ cứng thấp & độ dẻo cao

Mục đích:

- Giảm độ cứng để dễ gia công cắt;

- Tăng độ dẻo để dễ gia công biến dạng;

- Giảm hay làm mất ứng suất dư

- Làm đồng đều thành phần hoá học;

- Làm nhỏ hạt

Phân loại: Theo Tủ

T< Ac1: Ủ không có chuyển biến pha

T> Ac1: Ủ có chuyển biến pha

Trang 26

Các phương pháp ủ không có chuyển biến pha:

- Ủ thấp (200-6000 C):  làm giảm hoặc khử bỏ ứng suất bên

trong chi tiết (sau đúc, gia công cơ), độ cứng không giảm;

- Ủ kết tinh lại (Tủ > Tktl)  khôi phục tính chất cho vật liệu sau biến dạng dẻo

Thép C , Tktl≈ 600 0 C, Tủ (thép C) ≈ 600-700 0C

Tủ < Ac 1 → không có chuyển biến P → γ

Trang 27

Các phương pháp ủ có chuyển biến pha:

Trang 28

- Ủ cầu hoá: dạng đặc biệt của ủ không hoàn toàn → xúc tiến

nhanh quá trình cầu hóa Xe, tạo P hạt.

Tnguội đn = Ar1 - 50 0 C;

Tự học

Trang 29

4.3.2 Thường hoá thép:

Định nghĩa: Nung đến trạng thái γ hoàn toàn, giữ nhiệt, nguội ngoài

cao hơn ủ

- Thép TCT: Tth = Ac3 + (30-50 0 C)

- Thép SCT: Tth = Acm + (30-50 0 C)

Mục đích của thường hoá:

- Tạo độ cứng cho gia công cắt (%C<0,25%);

- Làm nhỏ hạt trước khi nhiệt luyện kết thúc;

Thường hóa

- Phá vỡ lưới XeII ở thép sau cùng tích

Tổ chức: Thép TCT: α + Xoocbit Thép SCT: Xe + Xoocbit

Thép 0,5%C (sau rèn)

Trang 30

4.3.3 Tôi thép

Định nghĩa: Nung nóng trên Ac1 đạt tổ chức γ, giữ nhiệt, làm nguội

- Nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn (%C≥0,4);

- Nâng cao độ bền và sức chịu tải.

-Thép hợp kim:

- %HK thấp : theo thép C (Ttôi cao hơn 1,1-1,2 lần)

- %HK cao : sách tra cứu

Trang 31

31

Cơ tính thép sau tôi: cứng + giòn

HRC = f(%C) Ứng suất dư: Ưs nhiệt + ưs tổ chức

Tổ chức: Tùy thuộc vào loại thép

Trang 32

Tốc độ nguội tới hạn:

Các yếu tố ảnh hưởng đến Vth:

Thành phần nguyên tố

hợp kim trong Austenit

s C

T

A V

32 tốc độ nguội nhỏ nhất: γ → M

Trang 33

Các yếu tố ảnh hưởng:

chiều sâu lớp tôi cứng có tổ chức Mactenxit

- Tốc độ nguội chi tiết: Vng

Trang 34

↑ độ thấm tôi, δ [mm]?

Tăng V ng

Giảm V th

Dễ làm chi tiết bị cong vênh, thậm chí nứt vỡ khi tôi

do ứng suất nhiệt + ứng suất tổ chức

 Là giải pháp công nghệ an toàn hơn

 Làm dịch đường cong chữ C sang phải = làm tăng sự ổn định của Austenit

NTHK: Cr, Ni, Mn…: khi hòa tan vào Aust → ổn định Aust → thép HK

Tính thấm tôi (~%nt hợp kim) và tính tôi cứng (~% C trong thép)

Thép HK:

Môi trường tôi là dầu

Thép C:

Môi trường tôi là nước

Trang 35

Yêu cầu với môi trường tôi:

- Chi tiết sau tôi phải đạt tổ

chức M

- Chi tiết không bị cong vênh

- Kinh tế và an toàn

Đường cong nguội lý tưởng:

- Nguội nhanh qua vùng

Trang 36

Đặc điểm một số môi trường tôi thông dụng

Môi trường tôi Tốc độ nguội 0 C/s trong khoảng nhiệt độ

Trang 38

- Giai đoạn I: nguội nhanh

trong môi trường tôi mạnh

hơn (nước, dung dịch

muối…) đến 300-400 0 C;

L àm nguội nhanh trong hai

môi trường khác nhau

- Giai đoạn II: nguội chậm

trong môi trường yếu hơn

(dầu, không khí…)

Nhược điểm: khó xác định

thời điểm chuyển tiếp

38

Trang 39

39

Tôi phân cấp

Áp dụng cho thép có thành phần

nguyên tố HK cao

Nhúng vào môi trường lỏng có nhiệt

độ > Ms (50-100 o C) , giữ nhiệt trong

thời gian ngắn, sau đó nguội ngoài

Tự học

Trang 40

Mactenxit (+ Austenit dư)

Mactenxit ram

Xoocbit Troxtit

Nguội nhanh

V ng >V th Nguội chậm

Nung nóng Nung nóng

Nung nóng

Trang 41

Trang 42

Nhiệt độ ram

Độ cứng của M giảm

Fe(C) bão hòa

Xementit: Fe3C

Trang 43

43

Các phương pháp ram:

 Tổ chức: Mtôi + γdư → Mram;

 Độ cứng giảm (1-2 HRC) so với M tôi

Trang 44

44

 Tổ chức: Mtôi + γdư → Mram → Trôxtit ram

 Ứng suất được khử hoàn toàn

 Cơ tính:

• Độ cứng giảm (5-10 HRC) so với Mram

• Có tính đàn hồi cao nhất: σ đh Max

 Ứng dụng cho các chi tiết làm việc cần độ cứng tương đối cao và độ đàn hồi cao: Nhíp; Lò xo; khuôn rèn nóng…

[Fe(C)0,2-0,4 + Fe2,0-2,4C]  Fe(C)0,02 + Fe3C

M ram Peclit, Xe hạt nhỏ mịn Trôxtit ram

Trang 45

45

 Tổ chức: Mtôi + γdư → Mram → Trôxtit ram → Xoocbit ram

 Cơ tính:

• Độ cứng giảm (5-10 HRC) so với Trôxtit ram,

• Độ dẻo, dai tăng, cơ tính tổng hợp cao: a k Max

• Tôi + ram cao = Nhiệt luyện hoá tốt

Trang 46

Nội dung

4.2 Các chuyển biến khi nung nóng & làm nguội thép 4.3 Các công nghệ nhiệt luyện

Trang 47

4.4 Hoá bền bề mặt

Ví dụ: ĐK làm việc của bánh răng

Lõi: Cần Cơ tính tổng hợp cao = ak

cần max, HRC ~25-35

- Chịu xoắn, chịu va đập mạnh

- Các BR ăn khớp: chịu mài mòn

bề mặt

→ Yêu cầu cơ tính:

Bề mặt: Cần độ cứng cao để tăng

khả năng chịu mài mòn

→ Những chi tiết yêu cầu cơ tính

tương tự sẽ cần được xử lý hóa bền

bề mặt

Hóa bền bề mặt: Biến đổi tổ chức của lớp

bề mặt theo hướng hóa bền (cứng) bằng

cách tôi bề mặt hoặc hóa nhiệt luyện

Trang 48

4.4.1 Tôi bề mặt – Tôi cảm ứng

Nguyên lý: c hi tiết đặt trong từ trường biến thiên → xuất hiện dòng điện cảm ứng trên bm chi tiết → nung nóng nhanh bm chi tiết đến nhiệt độ tôi

Đặc điểm: Mật độ dòng điện

xoáy (Fuco) chủ yếu tập trung ở

bề mặt với chiều sâu 

cm

.

5030









Tôi bề mặt: dùng nguồn nhiệt nung

nóng rất nhanh bề mặt chi tiết → tôi

f=66-250kHz (  = 1-2mm) 48 cuu duong than cong com

Trang 50

Trước khi tôi bề mặt: Nhiệt luyện hóa tốt

Trang 51

Tổ chức và cơ tính của thép sau tôi bề mặt

- Lõi: tổ chức xoocbit ram (nhiệt luyện hóa tốt);

- Bề mặt: Mactenxit hình kim nhỏ mịn (tôi+ram thấp);

Tổ chức:

-Lõi có độ dai va đập, giới hạn chảy cao;

-Bề mặt có độ cứng cao chịu mài mòn tốt, -Bề mặt có khả năng chống mỏi tốt;

Trang 52

4.4.2 Hóa nhiệt luyện

Đ/n: Làm bão hoà nguyên tố hoá học

(C,N,…) vào bề mặt thép nhờ khuyếch

tán ở trạng thái nguyên tử từ môi

trường bên ngoài ở nhiệt độ cao

- Nâng cao độ cứng, tính chống mài mòn và

độ bền mỏi cho chi tiết;

- Nâng cao tính chống ăn mòn cho vật liệu;

Trang 54

Bão hoà C lên bề mặt thép C thấp (0,1-0,25%C) sau đó tôi và ram thấp

Mục đích:

Độ cứng HRC

- Bề mặt có độ cứng cao (HRC ~ 60-64) chống mài mòn, chịu mỏi tốt;

- Lõi vẫn đảm bảo độ dẻo dai (HRC ~ 30-40);

a Thấm Cacbon

Phân loại: - Thấm thể khí

- Thấm thể rắn -Thấm thể lỏng

Trang 55

Yêu cầu đối với lớp thấm:

Bề mặt: 0,8-1,0%C, tổ chức sau nhiệt luyện

là M ram và cacbit nhỏ mịn phân tán

Trang 56

Tthấm > Ac3 để đảm bảo hoà tan được

nhiều C vào trong thép (900-950 0 C):

Trang 57

Nhiệt luyện sau thấm:

Tôi + ram thấp: bắt buộc

Tôi trực tiếp : Nhiệt độ tôi chọn theo ưu tiên

cho bề mặt hay lõi

Trang 58

Ưu điểm của thấm C so với tôi cảm ứng

 Thấm cacbon cho cơ tính và công dụng như tôi bề mặt song ở mức độ cao hơn → bảo đảm tính chống mài mòn & chịu tải tốt hơn

 Cũng tạo nên lớp ứng suất nén dư, làm tăng giới hạn mỏi

 Áp dụng cho chi tiết làm việc trong điều kiện chịu tải nặng hơn

 Áp dụng cho chi tiết hình dạng phức tạp, vẫn cho lớp thấm đều

Trang 59

Bão hoà N lên bề mặt thép → nâng cao độ cứng (65-70HRC)

và tính chống mài mòn, chịu mỏi cho chi tiết

Chất thấm và các quá trình xảy ra: thường sử dụng khí NH3

Trang 60

Đặc điểm:

Công dụng: chi tiết cần độ cứng và tính

chịu mài mòn rất cao, làm việc ở nhiệt độ cao

- Thời gian thấm lâu;

- Chỉ đạt được lớp thấm mỏng (0,05-0,5mm);

- Sau thấm không tôi mà nguội chậm đến 200 0 C;

- Lớp thấm giữ được độ cứng cao đến 500 0 C;

- Thép chuyên dùng thấm N (Cr,Mo, Al)

60

b Thấm N

Định dạng
Số trang	60
Dung lượng	2,97 MB

Bài giảng Vật liệu học: Chương 4 – Nhiệt luyện thép

Các phương pháp tôi cảm ứng