CHUONG 7-VL

Nguyên lý - Là phương pháp biến dạng lớp bề mặt của thép đến một chiều sâu nhất định làm cho mạng tinh thể của lớp này bị xô lệch ⇒ bị biến cứng, độ bền độ cứng tăng lên.. a, Định nghĩa

CHƯƠNG 7: CÁC PHƯƠNG PHÁP HOÁ BỀN BỀ MẶT 7.1 BIẾN CỨNG BỀ MẶT

7.1.1 Nguyên lý

- Là phương pháp biến dạng lớp bề mặt của thép đến một chiều sâu nhất định làm cho mạng tinh thể của lớp này bị xô lệch ⇒ bị biến cứng, độ bền độ cứng tăng lên Chi tiết có độ cứng bề mặt cao còn trong lõi vẫn giữ được độ dẻo.

a, Định nghĩa

b, Đặc điểm

- Dưới tác dụng của ứng suất khi biến dạng γ dư → M ⇒ làm tăng độ cứng và tính chống mài mòn cuả bề mặt;

- Lớp bề mặt có ứng suất nén dư do vậy tăng giới gạn bền mỏi;

- Làm mất đi khá nhiều các tật hỏng ở bề mặt như vết khía, rỗ làm giảm nguồn gốc sinh ra các vết nứt mỏi

a, Phun bi

- Phun những hạt làm bằng thép lò xo đã qua tôi hay gang trắng với kích thước 0,5 ÷1,5mm lên bề mặt chi tiết với tốc độ đạt đến 50 ÷100m/s, chiều sâu của lớp hoá bền đạt đến 0,7mm.

- Áp dụng phun bi cho các chi tiết làm bằng thép cứng bằng hợp kim nhôm: lò xo treo, nhíp ô tô, bánh răng hộp tốc độ và cầu sau của ô tô, các loại trục thanh truyền .v.v

7.1.2 Các phương pháp biến cứng bề mặt

b, Lăn ép

- Lăn ép được thực hiện ở trên máy cán có gá lắp một hay nhiều bi hoặc con lăn ép lực lên chúng là nhờ lò xo hay hệ thống thuỷ lực.

- Chiều sâu của lớp biến cứng bề mặt tới 15mm, thường áp dụng cho các chi tiết lớn

7.2 TÔI BỀ MẶT THÉP

7.2.1 Nguyên lý chung

- Là phương pháp nung nóng thật nhanh bề mặt với chiều sâu nhất định lên nhiệt độ tôi, khi đó phần lớn tiết diện (lõi) không được nung nóng Khi làm nguội nhanh chỉ có bề mặt được tôi cứng còn lõi vẫn mềm

- Áp dụng đối với thép Cacbon trung bình 0,35 ÷ 0,55%C

Gồm các phương pháp sau:

- Nung nóng bằng dòng điện cảm ứng có tần số cao;

- Nung nóng bằng bằng ngọn lửa hỗn hợp khí Axetylen – Oxy;

- Nung nóng trong chất điện phân;

7.2 TÔI BỀ MẶT THÉP

7.2.2 Tôi bằng dòng điện cảm ứng có tần số cao

- Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ

a, Nguyên lý nung nóng bề mặt

Hình 4.21

- Chiều sâu của lớp bề mặt có dòng

điện chạy qua ∆ tỉ lệ nghịch với tần số f

của nó theo công thức:

∆: chiều sâu lớp bề mặt có mật độ dòng điện cảm ứng cao, cm;

ρ: điện trở suất của kim loại nung, Ω.cm;

µ: độ từ thẩm của kim loại nung m/A;

b, Chọn tần số và thiết bị

- Tần số dòng điện quyết định chiều dày lớp nung nóng do

đó quyết định chiều sâu lớp tôi cứng;

- Thường chọn diện tích lớp tôi cứng bằng 20% tiết diện;

- Chiều dày lớp tôi tương ứng với thiết bị có tần số và công suất như sau:

∆ = 4 ÷ 5mm cần f = 2500 ÷ 8000Hz, P ≥ 100kW;

∆ = 1 ÷ 2mm cần f = 66000 ÷ 250000Hz, P = 50 ÷100kW

7.2.2 Tôi bằng dòng điện cảm ứng có tần số cao

d, Tổ chức và tính chất của thép sau khi tôi cảm ứng

- Để đảm bảo hạt nhỏ sau khi tôi cảm ứng trước đó thép phải được nhiệt luyện tôi + ram cao thành X ram tổ chức sau khi tôi cảm ứng là bề mặt M hình kim nhỏ mịn lõi X ram

7.2.2 Tôi bằng dòng điện cảm ứng có tần số cao

* Cơ tính

- Sau khi tôi cảm ứng thép có cơ tính là:

+ Bề mặt độ cứng đạt 55 ÷ 62HRC;

+ Lõi dẻo dai khoảng 20 ÷ 30HRC;

+ Lớp bề mặt chịu ứng suất nén dư có thể tới 800N/mm2

⇒ Do đó chi tiết sau tôi có những đặc điểm dau:

+ Vừa chịu được ma sát, mài mòn vừa chịu tải trọng tĩnh và

va dập cao, rất thích hợp với bánh răng trục truyền, chốt trục khuỷu,…

+ Chịu mỏi cao;

+ Chịu uốn, xoắn tốt

e, Ưu, nhược điểm

* Ưu điểm

- Năng suất cao do thời gian nóng ngắn;

- Chất lượng tốt: tránh được các khuyết tật như Ôxy hoá,

thoát cacbon, độ biến dạng thấp;

- Dễ cơ khí hoá, tự động hoá

⇒ Tôi cảm ứng được đáp ứng rộng rãi trong sản xuất hàng loạt lớn cho các chi tiết mà bề mặt không quá phức tạp

CHƯƠNG 7: CÁC PHƯƠNG PHÁP HOÁ BỀN BỀ MẶT 7.3 HOÁ NHIỆT LUỆN

7.3.1 Nguyên lý chung

- Hoá nhiệt luyện là phương pháp nhiệt luyện như thấm, bão hoà nguyên tố hoá học vào bề mặt của thép bằng cách khuếch tán ở trạng thái nguyên tử từ môi trường bên ngoài vào và ở nhiệt

độ cao, để làm thay đổi thành phần hoá học do đó làm biến đổi tổ chức và tính chất của lớp bề mặt theo mục đích đã định

a, Định nghĩa và mục đích

Mục đích:

+ Nâng cao độ cứng, tính trống mài mòn và độ bền mỏi của chi tiết với hiệu quả cao so với tôi bề mặt như thấm Cacbon, Ni-

tơ, Cacbon – Nitơ;

+ Nâng cao tính chống ăn mòn điện hoá và hoá học như 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, hoặc khí) có khả năng phân hoá ra nguyên tử hoặc nguyên tố cần thấm (khuyếch tán) rồi nung nóng đến nhiệt độ thích hợp Các giai đoạn nối tiếp nhau xảy ra như sau:

+ Khuyếch tán:

- Là giai đoạn nguyên tử hoạt ở lớp hấp thụ sẽ đi sâu vào bên trong theo cơ chế khuyếch tán, tạo nên lớp thấm với chiều sâu nhất định

c, Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian

+ Nhiệt độ

- Nhiệt độ càng cao, chuyển động nhiệt của nguyên tử càng mạnh, tốc độ khuyếch tán càng lớn, lớp thấm càng chóng đạt chiều sâu quy định

+ Thời gian

- Ở nhiệt độ cố định, kéo dài thời gian cũng giúp nâng cao chiều sâu lớp thấm;

7.3 HOÁ NHIỆT LUỆN

7.3.2 Thấm Cacbon

+ Định nghĩa

- Là phương pháp hoá nhiệt luyện làm bão hoà (thấm, khuyếch

tán) Cacbon vào bề mặt của thép Cacbon thấp (0,1 ÷ 0,25%C) làm

bề mặt có thành phần Cacbon cao tới 1,2%C

a, Định nghĩa và mục đích – Yêu cầu đối với lớp thấm

+ Mục đích

- Làm cho bề mặt đạt độ cứng tới HRC 60 ÷ 64 với tính chống mài mòn cao, chịu mỏi tốt, còn lõi vẫn dẻo và dai với độ cứng HRC 30 ÷ 40

+ Yêu cầu đối với lớp thấm

- Đối với bề mặt: Lượng Cacbon đạt được từ 0,8 ÷ 1,0%;

- Đối với lõi có tổ chức hạt nhỏ, không có F tự do, HRC 30 ÷ 40

b, Nhiệt độ và thời gian thấm Cacbon

3,5 3,0 2,75 2,0 1,5

7 6 5 4 3

10 8 6,5 5 4

13 10 8 6 5

16 12 9,5 7 6

19 14 11 8,5 7

- Theo kinh nghiệm, nếu thấm ở 9000C thì thời gian thấm (gồm

cả thời gian nâng và giữ nhiệt) được tính theo mức 1 giờ cho 0,1

mm chiều sâu lớp thấm

+ Cơ khí hoá và tự động hoá cao;

+ Chất lượng tốt, năng suất cao

* Chất thấm ở thể lỏng

- Chất thấm chủ yếu là các muối Na2CO3, NaCl, SiC

Hiện nay phương pháp này ít dùng vì SiC độc, khó thao tác, năng suất thấp

d, Nhiệt luyện sau thấm

- Chi tiết sau khi thấm Cacbon có thành phần Cacbon ở bề mặt cao nhưng độ cứng và tính chống mài mòn chưa cao hạt lớn, thép giòn

- Sau khi thấm Cacbon cần phải qua các dạng nhiệt luyện sau:+ Tôi hai lần và ram một thấp;

+ Tôi một lần và ram thấp;

+ Thường hoá rồi tôi một

7.3.2 Thấm Cacbon

e, Công dụng

- Chi tiết thấm qua Cacbon có sự khác nhau lớn về cơ tính giữa

bề mặt và lõi nên chỉ áp dụng cho các chi tiết quan trọng;

- Thấm Cacbon làm thay đổi về thành phần ở lớp bề mặt;

- Áp dụng cho các chi tiết có hinh dáng bất kỳ và lớp thấm nói chung đều;

- Tạo ra ứng suất nén dư ở bề mặt nên nâng cao giới hạn mỏi