Nghiên cứu công nghệ tôi kết hợp 2 môi trường (nước và dầu), ứng dụng để tôi trục cán chế tạo từ thép hợp kim Cr, Cr-Mo

Tôi thép Như chúng ta đã biết tôi thép là phương pháp nhiệt luyện bao gồm: Nung nóng lên cao hơn nhiệt độ tới hạn AC1 để làm xuất hiện austenit, giữ ở nhiệt độ này một thời gian rồi làm

VIỆN CÔNG NGHỆ

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TÔI KẾT HỢP

2 MÔI TRƯỜNG (NƯỚC VÀ DẦU), ỨNG DỤNG

ĐỂ TÔI TRỤC CÁN CHẾ TẠO TỪ THÉP HỢP KIM

CR, CR-MO CNĐT: PHẠM VĂN LÀNH

9605

HÀ NỘI – 2012

LỜI NÓI ĐẦU

Nhiệt luyện là công nghệ quan trọng không thể thiếu được đối với ngành chế tạo máy Trong những năm qua công nghệ nhiệt luyện ở nước ta đã được chú trọng đến Nhờ vậy số thiết bị được tăng lên, các quy trình thao tác được nghiên cứu và theo dõi đầy đủ hơn, do đó chất lượng các chi tiết qua nhiệt luyện được tốt lên rất nhiều Nhưng so với yêu cầu thì còn xa mới đáp ứng được Chính vì vậy các máy móc, thiết bị phụ tùng sản xuất ra chưa đạt được tuổi thọ cao, mất chính xác, phụ tùng thay thế không sử dụng được đúng như thời gian quy định.Tình trạng này do nhiều nguyên nhân, trong đó có nguyên nhân do người thao tác, chưa nắm vững cơ bản tối thiểu của công nghệ nhiệt luyện, nên có xảy ra sai sót ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm

Như chúng ta đã biết: trong quá trình nhiệt luyện, do mác vật liệu, kích thước và hình dạng của chi tiết khác nhau, nên cần có tốc độ nung, nhiệt độ nung nóng, thời gian giữ nhiệt, tốc độ làm nguội cũng khác nhau Do đó bốn yếu tố quan trọng trong quá trình nhiệt luyện là: Tốc độ nung nóng, nhiệt độ nung, thời gian giữ nhiệt và tốc độ làm nguội

Cả bốn yếu tố này đều quan trọng ở mức độ khác nhau, nếu 1 trong 4 yếu

tố không đúng thì sản phẩm sau nhiệt luyện sẽ không đạt yêu cầu kỹ thuật thậm chí dẫn đến sai hỏng như: cong vênh, nứt vỡ dẫn đến phế phẩm

Hiện nay do nhu cầu sử dụng trục cán để cán mỏng lá, tấm nhôm,đồng phục vụ cho các ngành sản xuất công nghiệp như trong kỹ thuật điện, sản phẩm đồ gia dụng…ngày càng nhiều Tôi trục cán không phải đến nay Viện Công nghệ mới làm, công việc này đã được thực hiện từ lâu Nhưng do chưa được nghiên cứu đầy đủ cả lý thuyết và thực nghiệm, kết quả thực hiện chưa

ổn định vẫn xẩy ra tình trạng tôi chưa đạt Việc thực hiện chỉ tập trung vào kinh nghiệm của một số ít người chưa phổ biến rộng Do vậy thông qua đề tài này chúng tôi hoàn toàn chủ động và làm chủ được công nghệ tôi trục cán với

các đường kính khác nhau được sử dụng trong sản xuất với chất lượng ổn định, đạt kết quả cao

Vật liệu để chế tạo các loại trục này thường là 40Cr; 40CrMo có đường kính từ D200 ÷ D300, yêu cầu độ cứng sau nhiệt luyện là từ 52 ÷ 56 HRC đảm bảo cán ra sản phẩm có độ bóng cao, nhẵn Thông thường vật liệu thép 40Cr; 40CrMo khi nhiệt luyện thường tôi trong dầu Trục cán có đường kính lớn khi tôi trong dầu độ cứng thường chỉ đạt từ 35 ÷ 42 HRC tùy theo đường kính to hay nhỏ Nếu đem trục cán tôi trong nước độ cứng > 56 HRC, song trục tôi thường bị nứt vỡ do tốc độ làm nguội lớn gây ra phế phẩm Do vậy để nhiệt luyện trục cán nhôm, đồng vừa phải đạt độ cứng cao, vừa không bị nứt

vỡ phải chọn tôi 2 môi trường là nước qua dầu Nghiên cứu công nghệ tôi kết hợp 2 môi trường ( nước và dầu) ứng dụng để tôi trục cán chế tạo từ thép hợp kim Cr, CrMo là nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài Nội dung nghiên cứu trong khuôn khổ của đề tài này chúng tôi đặt ra là:

- Nghiên cứu tổng quan về tôi thép, các phương pháp tôi thép và công dụng

- Tổng quan về môi trường tôi: Tôi một môi trường, tôi hai môi trường (nước

- Ứng dụng tôi một số trục cán thép hợp kim crôm, crôm môlipđen dùng để cán nhôm đồng Trên cơ sở đó thiết lập hoàn chỉnh quy trình công nghệ tôi trục cán chế tạo từ thép 40Cr, 40CrMo

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tôi thép

Như chúng ta đã biết tôi thép là phương pháp nhiệt luyện bao gồm: Nung nóng lên cao hơn nhiệt độ tới hạn AC1 để làm xuất hiện austenit, giữ ở nhiệt

độ này một thời gian rồi làm nguội nhanh thích hợp, để biến nó thành mactenxit hay các tổ chức không ổn định khác với độ cứng cao Mục đích chủ yếu của tôi thép là đạt độ cứng cao nhất sau đó kết hợp với ram ở nhiệt độ thích hợp là để nhằm đạt các yêu cầu sau đây

* Nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn

- Các thép các bon ≤ 0,35%C tôi độ cứng không thể vượt quá HRC 50 + Các thép 0,4 ÷ 0,65%C đạt độ cứng HRC 52 ÷ 58 có tính chống mài mòn

+ Thép 0,7 ÷ 1,0 %C đạt độ cứng HRC 60 ÷ 64 có tính chống mài mòn cao + Thép 1,0 ÷ 1,5 %C đạt độ cứng HRC 64÷65 tính chống mài mòn rất cao

* Nâng cao độ bền và sức chịu tải của chi tiết máy: Để hiểu rõ quá trình xảy

ra khi tôi, chúng ta tìm hiểu thêm về đặc điểm chuyển biến austenit thành mactenxit

1.1.1 Chuyển biến của austenit thành mactenxit

Trong quá trình nhiệt luyện, sự phân rã của austenit xảy ra trong điều kiện làm nguội liên tục và đôi khi làm nguội đẳng nhiệt

Quá trình phân rã austenit quá nguội có thể phân thành hai dạng

- Chuyển biến khuếch tán – chuyển biến peclít và chuyển biến trung gian (bainít)

- Chuyển biến không khuếch tán – chuyển biến mactenxit

Trong phần này ta chỉ đi sâu vào đặc điểm của chuyển biến austenit thành mactenxit Trong thực tế thường dùng cách làm nguội liên tục Cũng có thể xây dựng giản đồ chuyển biến của austenit khi làm nguội liên tục với các độ nhanh chậm khác nhau, với mỗi tốc độ nguội xác định các nhiệt độ tại đó

austenit quá nguội bắt đầu và kết thúc phân hoá ra hỗn hợp ferit – xêmentit, rồi nối các điểm tương đồng với nhau lại như hình 1.1 Xây dựng các thí nghiệm như vậy khá phức tạp và khó đạt được mức độ chính xác cần thiết Song để đơn giản có thể lợi dụng giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt để xác định

tổ chức tạo thành khi làm nguội với tốc độ khác nhau ( Hình 1.2)

Hình 1.1: Các đường bắt đầu và kết thúc chuyển biến austenit thành

ferit – xêmemtit thô và mịn tương ứng với các tốc độ làm nguội chậm và nhanh đối với thép cùng tích.[4]

Trên sơ đồ của chuyển biến đẳng nhiệt xem Hình 1-2 ta thấy giản đồ này

có tên gọi đơn giản và thường dùng là giản đồ T-T-T vì nó biểu thị độ chuyển biến (tranformation) của austenit phụ thuộc vào nhiệt độ (temperature) và thời gian (time) giản đồ có hai đường cong hình chữ “C”

Hình 1.2: Giản đồ T-T-T của thép cùng tích và các véc tơ biểu thị

tốc độ nguội V1 < V2 < V3 < V4 < V5 [4]

Trong đó chữ “C” đầu tiên (bên trái) biểu thị sự bắt đầu.Còn chữ “C” thứ 2 biểu thị sự kết thúc của chuyển biến austenit thành hỗn hợp cùng tích ferit-xêmentit (trong sách kỹ thuật của Nga người ta gọi nó là giản đồ chữ “C”) Đây là giản đồ rất quan trọng đối với nhiệt luyện thép và được sử dụng nhiều

để xác định tổ chức sau khi làm nguội austenit, cần nắm vững

Đặc điểm của sự phân hoá austenit khi làm nguội liên tục là:

- Với các tốc độ nguội khác nhau, austenit bị quá nguội đến các nhiệt độ khác nhau ( Tính tới thời điểm gặp các đường cong chữ “C”) và phân hoá thành các tổ chức tương ứng với các nhiệt độ đó Làm nguội chậm cùng lò biểu thị bằng véc tơ V1 ( Hình 1.2), nó cắt đường cong chữ “C” ở sát A1: Austenit quá nguội phân hoá ở nhiệt độ cao được peclit tấm với độ cứng thấp Làm nguội trong không khí tĩnh biểu thị bằng véc tơ V2, nó cắt các đường cong chữ “C” ở phần giữa của nhánh trên: Austenit quá nguội phân hoá thành

xoocbit Làm nguội trong không khí nén biểu thị bặng véc tơ V3 nó cắt đường cong chữ “C” ở phần lồi: Austenit quá nguội phân hoá thành trôxtit Làm nguội trong dầu biểu thị bằng véc tơ V4, nó chỉ cắt phần lồi của đường cong chữ “C” thứ nhất, austenit quá nguội chỉ chuyển biến một phần thành trôstit, phần còn lại sẽ chuyển biến thành mactenxit, cuối cùng có tổ chức trôxtit + mactenxit ( hay còn gọi là bán mactenxit) Làm nguội trong nước lạnh biểu thị bằng véctơ V5, nó không cắt đường cong chữ “C” nào, tức austenit không chuyển biến chút nào thành hỗn hợp ferit + xêmentit, phần lớn austenit quá nguội chuyển thành mactenxit Như vậy, khi làm nguội liên tục tạo thành tổ chức nào là hoàn toàn phụ thuộc vào vị trí của véc tơ biểu thị tốc độ nguội trên đường cong chữ “C”

- Tổ chức đạt được thường không đồng nhất trên toàn tiết diện nhất là trong trường hợp tiết diện lớn

- Chuyển biến mactenxit chỉ xảy ra giữa hai nhiệt độ (điểm) bắt đầu Ms và kết thúc Mf Ngoài khoảng đó austenit quá nguội không chuyển biến thành mactenxit

- Bằng thực nghiệm có thể xây dựng các giản đồ nhiệt động đối với các loại thép, nhờ nó có thể xác định được tốc độ nguội tới hạn, được gọi là tốc độ tôi tới hạn – Vth, với tốc độ đó trở lên austenit chỉ chuyển biến thành mactenxit ở nhiệt độ Ms và thấp hơn (Hình 1.3)

Hình 1.3a: Làm nguội đẳng nhiệt

Hình 1.3b: Làm nguội liên tục Hình 1.3: Giản đồ T-T-T của thép 40Cr [6]

Các giản đồ nhiệt động có ý nghĩa lớn đối với công nghệ nhiệt luyện, về

nguyên tắc nó khác với các giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của austenit ở chỗ

nó được xây dựng trong điều kiện làm nguội liên tục các mẫu thép tương ứng Giản đồ nhiệt động là đặc trưng quan trọng, cho phép biết được dạng chuyển biến pha và tổ chức có thể nhận được của thép phụ thuộc vào tốc độ làm nguội nó

- Như vậy khi làm nguội thép với tốc độ lớn hơn Vth sẽ nhận được tổ chức mactenxit, tổ chức pha không cân bằng là dung dịch rắn quá bão hòa cacbon trong sắt α - Fe Các tinh thể mactenxit có cấu tạo dạng tấm, phát triển với tốc độ rất lớn, bằng tốc độ truyền của âm thanh trong thép (≈ 5000m/ giây) Sự lớn lên của các tấm mactenxit bị ngăn cản bởi biên hạt austenit hoặc các tấm mactenxit sinh ra trước đó

Tính chất của mactenxit phụ thuộc vào lượng cac bon hòa tan trong nó (Hình 1.4)

Hình 1.4: Sự thay đổi độ cứng (a) và thể tích riêng (b) của mactenxit với hàm lượng các bon trong thép khác nhau [7]

Hình 1.4a cho ta thấy ảnh hưởng của cacbon đến độ cứng của mactenxit Giới hạn bền của thép cũng thay đổi theo đường cong tương tự Mactenxit có

độ cứng rất cao, khi lượng cacbon trong nó là 0,4% độ cứng có thể bằng hoặc lớn hơn 60 HRC Độ giòn của mactenxit tăng mạnh khi hàm lượng cacbon tăng Chuyển biến mactenxit trong thép kèm theo sự tăng thể tích đáng kể

- Chuyển biến mactenxit xảy ra không hoàn toàn, sau tôi một lượng nhỏ austenit dư (1 ÷ 3 %) còn lại trong thép, khi nhiệt độ Mf cao hơn 20 ÷ 25 0C

- Ngoài hàm lượng cacbon, các nguyên tố hợp kim hòa tan trong austenit ảnh hưởng mạnh đến nhiệt độ Ms và Mf Hầu hết các nguyên tố hợp kim hạ thấp nhiệt độ Ms và Mf bởi vậy khi tôi thép hợp kim, ngay cả khi với hàm lượng các bon chưa cao, sau khi nguội đến nhiệt độ 20 ÷ 25 oC có thể còn lại một lượng austenit dư đáng kể

1.1.2 Chọn nhiệt độ tôi thép

a Đối với thép trước cùng tích và cùng tích (≤ 0,80 %C)

To

tôi = AC3 + (30 ÷ 50 oC) Tổ chức đạt sau khi tôi là mactenxit + austenit

b Đối với thép sau cùng tích (≥ 0,90%C)

Totôi = AC1 + (30 ÷ 50 oC) ≈ 760 ÷ 780 0C

c Đối với thép hợp kim

- Cách chọn nhiệt độ tôi như trên theo giản đồ pha Fe – C chỉ áp dụng cho thép cacbon Đối với thép hợp kim người ta phân ra hai trường hợp để xét + Đối với thép hợp kim thấp (ví dụ: 0,40%C + 1%Cr) nhiệt độ tôi không khác

gì thép cacbon tương đương (tức chỉ có 0,40%C) hay có sai khác (thường tăng lên không nhiều 10 ÷ 200C) Thép 40Cr có nhiệt độ tôi là: 840oC ÷ 860oC + Đối với thép hợp kim trung bình và cao, nhiệt độ tôi khác nhiều với thép cacbon tương đương mà ta phải tra trong các sổ tay kỹ thuật

1.1.3 Tốc độ tôi tới hạn

Như đã biết tốc độ tôi tới hạn, là tốc độ nguội nhỏ nhất cần thiết để austenit chuyển biến thành mactenxit có thể xác định gần đúng giá trị này theo sơ đồ (Hình 1.2) và theo công thức sau:

1

o m th

m

A T V

t

−

= oC/ giây Trong đó: A1: là nhiệt độ tới hạn của thép

T0m:, tm: nhiệt độ và thời gian ứng với quá nguội kém ổn định nhất (0C; s)

Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ tôi tới hạn: Giá trị A1 (=727oC) và T0m

(≈550oC) có giá trị tương đối ổn định, song tm thay đổi rất mạnh, nó phụ thuộc vào vị trí của đường “C” Vậy nên yếu tố tăng hay giảm tính ổn định của austenit quá nguội đều làm giảm hay tăng giá trị của Vth Các yếu tố đó là: + Thành phần hợp kim của austenit

Đây là yếu tố quan trọng nhất Austenit càng giàu nguyên tố hợp kim (trừ Coban) đường “C” càng dịch sang phải, Vth càng nhỏ Nói chung thép với 2÷3% nguyên tố hợp kim Vth ≈ 1000C/ giây, với 5÷7% nguyên tố hợp kim Vth

≈ 250C/ giây Thành phần cacbon không ảnh hưởng quan trọng tới Vth, thép cacbon có Vth trong khoảng 400÷8000C/ s

Nếu chi tiết thép có dạng hình trụ tròn với đường kính D, khi làm nguội (lúc tôi) tốc độ nguội bề mặt bao giờ cũng cao hơn trong lõi nên phân bố trên đường kính có hình dạng chữ “V”, do đó chỉ lớp bề mặt với chiều dày δ có

Vnguội ≥ Vth mới có tổ chức mactenxit cứng, còn phần lõi còn lại có Vnguội ≤

Vth có tổ chức ferit-xêmentit mềm hơn Ở đây δ là chiều dày của lớp được tôi cứng đồng nhất là độ thấm tôi

a) b)

Hình 1.5: Sơ đồ giải thích độ thấm tôi [4]

Độ thấm tôi là khả năng của thép được tôi đến chiều dày xác định Dựa vào đường cong nhiệt động không những có thể phân tích được khả năng này của thép mà còn xác định được chúng, nếu như biết được các đường nguội của chi tiết tôi ở các điểm khác nhau Trong trường hợp này có thể xây dựng các đường thay đổi độ cứng theo tiết diện của mẫu hình trụ của thép đã cho Những đường như vậy (Hình 1.6) không nhận được bằng thực nghiệm mà lấy

ra từ các sổ tay và đặc trưng cho độ thấm tôi của thép

Hình 1.6: Sự thay đổi độ cứng theo tiết diện mẫu từ thép 40 (a,b) và thép

40Cr (c,d) sau khi tôi từ 8300C nguội trong nước (a,c) và trong dầu (b,d) [7]

Theo (Hình 1.6) ta thấy rằng thép C40, φ125 mm tôi nước độ cứng bề mặt khoảng 30HRC còn tôi dầu độ cứng nhỏ hơn 20HRC

Thép 40Cr, φ125 mm tôi nước độ cứng bề mặt khoảng 60HRC còn tôi dầu

ít phụ thuộc vào lượng cacbon Thép hợp kim càng cao có tính thấm tôi càng lớn Do vậy tùy thuộc vào lượng cacbon, hợp kim, thép có thể có các kết hợp khác nhau của 2 tính chất trên Hình 1.7 giới thiệu dải thấm tôi của thép 40, 40Cr, 40CrMo

Khoảng cách đến mút, mm Khoảng cách đến mút, mm Khoảng cách đến mút, m

1.1.6.1 Thiết bị và môi trường nung nóng

Trong quá trình nung nóng để tôi, bề mặt của sản phẩm cần được bảo vệ để tránh ôxy hoá , thoát cacbon Quá trình ôxy hoá và thoát cacbon bắt đầu xảy

ra mạnh từ nhiệt độ khoảng 8000C sự ôxy hoá, thoát cacbon dẫn đến hiện tượng bề mặt bị mềm, tạo ra ứng suất và có thể gây nứt Để tránh hiện tượng này, chi tiết cần phải được nung nóng trong môi trường trung tính có khí bảo

vệ hoặc môi trường chân không

Sản phẩm nhiệt luyện thường được nung nóng để tôi trong các thiết bị như dưới đây:

- Lò giếng điện trở hoặc lò buồng điện trở, có bảo vệ bằng khí trơ hoặc các chất chống ôxy hoá trong lò như than hoa, phoi gang

- Lò chân không

- Lò muối nóng chảy có khử ôxy

Austenit hoá là quá trình hoà tan đến mức độ cần thiết của cacbon và các nguyên tố hợp kim để nền có khả năng cứng sau tôi, xong không được làm thô hạt tinh thể và giòn

1.1.6.2 Tốc độ nung nóng tới nhiệt độ tôi

Nguyên tắc cơ bản của quá trình này là nung sản phẩm từ nhiệt độ môi trường đến nhiệt độ tôi với tốc độ hợp lý, vừa đảm bảo chi tiết nung nóng đều,

sự chênh lệch nhiệt độ ở bề mặt và lõi đảm bảo sự truyền dẫn nhiệt không làm cho chi tiết bị biến dạng hoặc ứng suất lớn Nếu nung nóng chậm quá, kéo dài thời gian nung nóng đều không có lợi tới tổ chức thép sau tôi

Trong quá trình nung nóng đến nhiệt độ tôi, tuỳ theo hình dáng sản phẩm, mác vật liệu chế tạo chi tiết mà đề ra tốc độ nung thích hợp: thí dụ đối với thép hợp kim cao, cacbon cao khống chế nhiệt độ không nên vượt quá 100oC/ giờ và nhiều khi phải nung phân cấp (1 cấp hoặc 2 cấp) ở nhiệt độ 650 oC ÷

700oC và 850 oC ÷ 860oC

Đối với thép hợp kim thấp như thép Crôm, thép Crôm – Môlipđen tốc độ nung không nên vượt quá 220oC/ giờ

1.1.6.3 Thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ tôi

Rất khó để đưa ra công thức tổng quát và chính xác về thời gian giữ nhiệt Thời gian giữ nhiệt này phụ thuộc vào thiết bị nung nóng, nhiệt độ tôi, kích thước, số lượng sản phẩm, cách xếp chi tiết trong lò nung… Thông thường định hướng thời gian giữ nhiệt trong lò giếng điện trở hoặc lò buồng điện trở đối với chi tiết thép cacbon và thép hợp kim thấp là 1 ÷ 1,5 phút / 1mm chiều dày hoặc đường kính chi tiết

Nếu kéo dài thời gian giữ nhiệt sẽ ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết, bề mặt chi tiết có thể bị ôxy hoá và thoát cacbon Nếu giữ lâu ở nhiệt độ cao hạt tinh thể có thể sẽ lớn gây giòn

Do vậy sau khi tôi phải nung nóng lại (ram) là để:

- Giảm ứng suất bên trong đến mức không làm cho thép quá giòn, điều cần tối thiểu cho mọi trường hợp

- Điều chỉnh độ cứng, cơ tính cho phù hợp với điều kiện làm việc cụ thể của chi tiết

Theo nhiệt độ ram, yếu tố quyết định tổ chức và cơ tính tạo thành, người ta

1.1.7.1 Ram thấp (150 o C ÷ 250 o C)

Ram thấp là phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng 150oC ÷

250oC, giữ nhiệt độ này một thời gian (ít nhất là 2 tiếng) tổ chức đạt được là mactenxit ram

So với thép tôi, sau ram thấp nói chung độ cứng không giảm đi hoặc chỉ giảm rất ít (chỉ 1 hay cùng lắm 2 đơn vị HRC, cá biệt có trường hợp lại tăng lên khi một lượng lớn austenit dư → mactenxit, còn ứng suất bên trong giảm

đi đáng kể do đó có tính dẻo, tính dai tốt hơn, khó bị phá huỷ giòn hơn

1.1.7.2 Ram trung bình (300 o C ÷ 450 o C)

Nhiệt độ ram trung bình là 300oC ÷ 450oC, tổ chức đạt được là trôxtit ram,

so với thép tôi, sau khi ram độ cứng giảm đi rõ rệt nhưng vẫn còn khá cứng, song ứng suất bên trong được khử bỏ hoàn toàn, giới hạn đàn hồi đạt được giá trị cao nhất, độ dẻo, độ dai tăng lên

1.1.7.3 Ram cao (500 o C ÷ 650 o C)

Nhiệt độ khi ram cao là 500oC ÷ 650oC, tổ chức đạt được là xoocbit ram

So với thép tôi, sau khi ram độ cứng giảm rất mạnh, thép trở nên tương đối mềm, tuy độ bền có giảm đi song lại đạt được sự kết hợp tốt nhất của các chỉ tiêu cơ tính: độ bền, độ dẻo, độ dai

1.1.8 Ủ thép

Ủ thép là phương pháp nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định (tuỳ thuộc vào phương pháp, nhiệt độ có thể biến đổi rất rộng từ 200oC đến trên 1000oC, giữ lâu rồi làm nguội chậm cùng lò để đạt được tổ chức peclit, tức đúng với giản đồ pha Fe-C) với độ cứng thấp nhất và độ dẻo cao Hai nét đặc trưng của

ủ là nhiệt độ không có quy luật tổng quát và làm nguội chậm để đạt được tổ chức cân bằng

Mục đích của ủ: Có nhiều phương pháp ủ mà mỗi phương pháp chỉ đạt được một, hai hoặc ba trong số các mục đích sau đây:

1 Làm giảm độ cứng (làm mềm) thép để dễ tiến hành gia công cắt gọt

2 Làm tăng độ dẻo để tiến hành biến dạng (dập, cán, kéo) nguội

3 Làm giảm hay làm mất ứng suất bên trong gây ra bởi gia công cắt, đúc, hàn, biến dạng dẻo

4 Làm đồng đều thành phần hoá học trên vật đúc bị thiên tích

5 Làm nhỏ hạt thép

Ở nội dung nghiên cứu của đề tài tôi trục cán hoặc mẫu thép từ thép 40Cr, hoặc 40CrMo chỉ cần đạt mục đích làm giảm hay mất ứng suất bên trong gây nên bởi gia công trước khi nhiệt luyện Do đó ta chỉ chọn phương pháp ủ thấp

để đạt được mục đích trên

Ủ thấp (ủ non) được tiến hành ở nhiệt độ < 700oC với mục đích làm giảm hay khử bỏ ứng suất bên trong chi tiết sau gia công trước khi nhiệt luyện Thông thường ủ ở nhiệt độ 650oC ÷ 680oC thời gian giữ nhiệt khoảng 3 ÷ 4 giờ Phương pháp này là nhiệt luyện thép sơ bộ để tôi tiếp theo đạt được yêu cầu kỹ thuật đề ra

1.2 Môi trường tôi, tôi một môi trường, tôi hai môi trường

Môi trường tôi là một trong những nguyên liệu quan trọng trong sản xuất

cơ khí Môi trường tôi dùng làm nguội sản phẩm (chủ yếu là thép) khi nhiệt luyện nhằm đạt độ cứng và các chỉ tiêu cơ tính khác theo yêu cầu kỹ thuật

1.2.1 Yêu cầu chung với môi trường tôi

Đối với môi trường tôi đều yêu cầu bốn chỉ tiêu, được biểu diễn theo sơ đồ sau:

Theo mức độ quan trọng môi trường tôi phải đạt các yêu cầu sau:

- Trước tiên phải làm nguội nhanh thép sao cho đạt được tổ chức mactenxit , đây là yêu cầu phải tính đến đầu tiên nhưng đồng thời:

+ Không làm thép bị nứt hay biến dạng

+ Đảm bảo yếu tố kinh tế, an toàn và bảo vệ môi trường Để đạt được hai yếu

tố cơ bản trên, môi trường tôi được dùng phải có khả năng làm nguội khác

Môi trường tôi

Môi trường Tính công nghệ

Giá thành Khả năng làm nguội

khoảng chuyển biến mactenxit

Giá thấp đến mức có thể

Ổn định, không làm bẩn bề mặt sản phẩm

Dễ kiểm tra và chế tạo

Vạn năng

Không độc hại cháy nổ Không

nhau ở các khoảng nhiệt độ khác nhau biểu diễn bằng véc tơ nguội tương quan với giản đồ T-T-T của thép (Hình 1.8) như sau:

Hình 1.8: Đường cong lý tưởng làm nguội khi tôi [4]

1 Làm nguội nhanh thép ở khoảng austenit kém ổn định nhất 500÷6000C

để austenit không kịp phân hóa thành ferit – xêmentit Muốn vậy môi trường tôi phải có khả năng làm nguội thép với tốc độ lớn hơn tốc độ tới hạn (Vth)

2 Làm nguội chậm thép ở ngoài khoảng nhiệt độ trên vì ở ngoài khoảng 500÷6000C austenit quá nguội có tính ổn định cao, không sợ bị chuyển biến thành hỗn hợp ferit – xêmentit có độ cứng thấp Song ở đây người ta đặc biệt chú ý đến khoảng nhiệt độ bắt đầu chuyển biến mactenxit (300÷2000C) Làm nguội chậm trong khoảng này có tác dụng làm giảm ứng suất tổ chức khi xảy

ra chuyển biến, đảm bảo thép tôi không bị nứt và ít cong vênh.Trong thực tế chưa tìm được môi trường tôi nào thỏa mãn tất cả 2 yêu cầu chính kể trên

1.2.2 Phân loại môi trường làm nguội

Theo bản chất các chất làm nguội, có thể chia chúng thành 2 nhóm chính

- Nhóm 1: Gồm những môi trường tôi trong quá trình làm nguội không có

sự thay đổi trạng thái Thuộc nhóm này là các loại muối nóng chảy, kim loại

môi trường tôi này phụ thuộc chủ yếu vào sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường làm nguội và nhiệt độ bề mặt chi tiết

- Nhóm 2: gồm những môi trường tôi khi làm nguội có sự thay đổi cục bộ trạng thái Các môi trường đó là: nước, các dung dịch muối, kiềm trong nước, dầu khả năng làm nguội của môi trường tôi này phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt

độ bề mặt chi tiết và trạng thái của môi trường tôi nằm sát bề mặt kim loại

1.2.3 Đặc điểm quá trình làm nguội bằng dung dịch nước hoặc dầu

Môi trường tôi nhóm 2 được dùng phổ biến trong nhiệt luyện hiện nay Đặc biệt là ở Việt Nam Do vậy chúng ta xem xét kỹ hơn đặc điểm làm nguội của môi trường tôi này

Quá trình truyền nhiệt làm nguội của các dung dịch có thể phân thành ba giai đoạn khá rõ rệt như sau (Hình 1.9)

Hình 1.10: Đường nguội của bề mặt chi tiết trong môi trường tôi loại II [6]

1 Giai đoạn thứ nhất ở nhiệt độ cao hình thành một lớp hơi mỏng bao quanh kim loại Nhiệt cần để hóa hơi và tạo màng hơi sẽ nhanh chóng làm nguội bề mặt chi tiết, tiếp đó quá trình làm nguội xảy ra bằng cách truyền nhiệt qua màng hơi Lớp màng hơi khác dày và xít chặt xung quanh chi tiết, đồng thời hơi không thu nhiều nhiệt nên tốc độ làm nguội giảm Cơ chế truyền nhiệt chủ yếu là bức xạ và dẫn nhiệt của lớp hơi

2 Giai đoạn thứ 2 là khi nhiệt độ bề mặt chi tiết nguội đến giá trị nào đó màng hơi trở lên không bền vững nó bị phá hủy, dung dịch ở dạng những bọt nhỏ và sôi ngay trên bề mặt kim loại Trong giai đoạn này chất lỏng làm nguội trực tiếp bề mặt kim loại bằng cách hóa hơi Do hầu như các chất lỏng

có nhiệt hóa hơi lớn, nên tốc độ làm nguội ở giai đoạn này là rất lớn

3 Giai đoạn thứ ba, ở giai đoạn này nhiệt độ chi tiết thấp hơn nhiệt độ sôi, tốc độ làm nguội giảm hẳn, do sự truyền nhiệt chủ yếu theo cơ chế đối lưu Đường làm nguội của trạng thái làm nguội loại hai có dạng (hình 1.9) Giai

đoạn 1 có thể tách thành hai (Hình 1.10) và do vậy quá trình nguội gồm các giai đoạn:

+ Tạo thành màng hơi trên bề mặt chi tiết

+ Làm nguội qua màng hơi

+ Giai đoạn sôi trực tiếp trên bề mặt chi tiết

+ Làm nguội bằng đối lưu

Giai đoạn làm nguội qua màng hơi và sôi trực tiếp là quan trọng nhất, về nguyên lý hoàn toàn có thể xác định được thời gian bằng cách tính toán

1.2.4 Những môi trường tôi thông dụng

a Nước

Nước là môi trường tôi dễ kiếm nhất, rẻ an toàn và thường dùng Nước thuộc loại môi trường làm nguội mạnh (khả năng làm nguội lớn) Cơ chế tác dụng khi dùng nước làm môi trường tôi như sau Khi nhúng thép nung nóng

đỏ vào nước, sản phẩm bị nguội đột ngột xuống 700÷6000C và xung quanh chi tiết tạo nên lớp màng hơi quá nung, lúc này sự thoát nhiệt xảy ra qua lớp màng hơi nên tốc độ nguội chậm Sau đó lớp màng hơi bị phá hủy và nước bắt đầu sôi trên bề mặt thép, nhiệt độ hóa hơi của nước rất lớn, hấp thụ lượng nhiệt lớn của thép, làm thép nguội đi với tốc độ rất nhanh Giai đoạn này kéo dài từ 600oC xuống 1000C Khi thép bị nguội xuống dưới 1000C nước không sôi nữa, quá trình nguội xảy ra bằng đối lưu với tốc độ chậm

Từ bảng 1.1 thấy rõ nước làm nguội khá nhanh ở cả hai khoảng nhiệt độ Như vậy nước là môi trường tôi mạnh nhưng dễ gây ra nứt và cong vênh, do tốc độ nguội ở vùng chuyển biến mactenxit lớn Nhược điểm lớn của nước là khi nước nóng lên (điều dễ xảy ra khi tôi) làm giảm mạnh khả năng tôi cứng

mà không làm giảm khả năng biến dạng và nứt Tốc độ làm nguội của nước ở

300C là 5000C/s, ở 500C là 1000C/s), trong khi đó khả năng làm nguội của thép trong khoảng 300÷2000C hầu như không giảm đi Nước là môi trường tôi

phổ biến cho thép cacbon, loại thép này có tốc độ tôi tới hạn lớn, trong

khoảng 400÷8000C/s

Bảng 1.1 Khả năng làm nguội của các môi trường tôi

Các môi trường tôi Tốc độ nguội (0C/s) trong các khoảng nhiệt độ

So với nước, lớp màng hơi của dầu rất ổn định, do đó tốc độ làm nguội

thép ở nhiệt độ cao của dầu thấp hơn so với nước nhiều Dầu là môi trường tôi

yếu, nhiệt độ sôi của dầu cao hơn nước, khoảng 150÷3000C Do vậy giai đoạn

truyền nhiệt bằng đối lưu với tốc độ nguội chậm ở khoảng chuyển biến

mactenxit (dưới 2000C) tốc độ làm nguội của dầu thấp hơn của nước rất

nhiều Dầu là môi trường tôi ít gây nứt và cong vênh Tóm lại khả năng làm

nguội thép của dầu trái ngược với của nước Các đặc tính khác của dầu cũng

khác nước Khi nhiệt độ dầu tăng lên khả năng làm nguội hầu như không thay đổi, do vậy người ta hay tôi thép trong dầu nóng 60÷800C vì lúc này dầu có tính linh động tốt (độ sệt thấp), sau một thời gian làm việc dầu bị sệt lại và dầu mất khả năng tôi, lúc đó phải thay dầu mới.

Chi tiết tôi dầu có lớp bề mặt đen do dầu cháy Các loại dầu dùng làm môi trường tôi là các loại dầu máy, dầu khoáng vật, dầu công nghiệp đôi khi

cả dầu mazut Ở Nga cũng như Việt Nam thường dùng hơn cả là dầu công nghiệp 20 có điểm tự bốc cháy là 1700C, dầu VIT32 hoặc VIT 22 của hãng

VB thay cho CN20, để tôi các thép hợp kim là loại thép có tốc độ nguội tới hạn Vth nhỏ hoặc thép cacbon có tiết diện mỏng Trong phần lớn các trường hợp, để đảm bảo các chỉ tiêu cơ tính, tránh biến dạng, nứt khi tôi người ta thường dùng dầu làm môi trường tôi

Ưu điểm của dầu như đã trình bày Nhưng kèm theo đó dùng dầu để làm môi trường tôi cũng có hàng loạt nhược điểm:

- Do nhiệt độ bắt đầu cháy thấp (150÷3200C) dầu dễ bị bốc cháy khi tôi gây ra hỏa hoạn chỉ áp dụng tôi thể tích

- Tôi dầu trong mọi trường hợp đều gây ô nhiễm môi trường

- Trong quá trình sử dụng độ nhớt của dầu giảm đến mức độ nhất định phải

đổ dầu mới bổ sung Giá thành dầu cao nên không kinh tế

1.2.5 Các phương pháp tôi thể tích và công dụng

Theo nhiệt độ người ta phân biệt ra tôi hoàn toàn và tôi không hoàn toàn Theo tiết diện nung nóng để tôi lại chia ra làm tôi thể tích và tôi bề mặt Ở đây chỉ trình bày về tôi thể tích Như đã nói không thể làm nguội với tốc độ tùy ý, mà chỉ có thể đưa nó vào trong môi trường nào đó (thường là chất lỏng)

để làm nguội Do vậy trên thực tế phương thức làm nguội khi tôi cũng có hạn Theo phương thức làm nguội cũng như cách sử dụng môi trường làm nguội (hay còn gọi là môi trường tôi) có một số phương pháp tôi sau (Hình 1.11)

Hình 1.11: Phương thức làm nguội [4]

a Tôi trong một môi trường b Tôi trong hai môi trường

c Tôi phân cấp d Tôi đẳng nhiệt

Trong phần tiếp theo chúng ta chỉ nghiên cứu tôi một môi trường và tôi 2

môi trường

1.2.6 Tôi một môi trường

Biểu thị bằng đường a trên hình 1.11

Đem nung nóng chi tiết tới nhiệt độ tôi, giữ nhiệt một thời gian nhất định, rồi nhúng vào môi trường làm nguội cho tới khi nguội hẳn, đó là phương pháp tôi một môi trường

Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, không cần phải có kỹ năng thành thạo lắm, dễ cơ khí hóa Nhược điểm của nó là có thể tôi không đủ cứng hoặc sinh ra ứng suất nhiệt, ứng suất tổ chức lớn, làm chi tiết dễ biến dạng hoặc nứt Cho nên chỉ áp dụng tôi các loại thép cacbon hoặc chi tiết bằng thép hợp kim có hình dạng đơn giản, không đòi hỏi chặt chẽ lắm về mức độ biến dạng Tùy theo thành phần hóa học vật liệu mà chọn môi trường tôi có thể là nước hoặc dầu Nói chung, chi tiết bằng thép cacbon có hình dạng phức tạp

kích thước dưới 3÷5mm thì tôi dầu, lớn hơn thì tôi nước Còn phần lớn thép hợp kim thì tôi dầu

Thường tôi cách này chỉ thích hợp khi tôi loại thép có độ thấm tôi tốt , austenit tương đối ổn định, tốc độ nguội tới hạn thấp Nếu áp dụng không thích hợp, sẽ không đạt được yêu cầu mong muốn Tôi một môi trường nhiều khi gây ứng suất lớn nguy hiểm tới chi tiết Để khắc phục thường áp dụng tôi hai môi trường

1.2.7 Tôi hai môi trường ( nước qua dầu)

Cách tôi này có phương thức làm nguội như biểu thị bằng đường b trên hình 1.11, nó tận dụng được ưu điểm của nước lẫn dầu Thoạt tiên thép được làm nguội nhanh trong môi trường tôi mạnh - Nước, dung dịch muối, xút đến khi sắp chuyển biến mactenxit(300÷4000C) thì nhấc ra chuyển sang làm nguội trong môi trường tôi yếu: dầu hay không khí cho đến khi nguội hẳn Như vậy vẫn đảm bảo độ cứng cao cho thép vừa ít gây biến dạng cong vênh, nứt

Ưu điểm của phương pháp này là chi tiết làm nguội nhanh ở khu vực austenit không ổn định và nguội chậm ở khu vực chuyển biến mactenxit thì nội lực sinh ra khi tôi giảm nhiều Cách tôi này thích hợp cho các chi tiết bằng thép cacbon cao, hình dáng phức tạp, độ thấm tôi lớn, hoặc là đối với các chi tiết hợp kim thấp có đường kính hoặc chiều dày lớn Nhưng phương pháp này

có nhược điểm Trước tiên là rất khó xác định thời gian nhúng ở môi trường thứ nhất Nếu nhúng quá lâu, nội lực sinh ra nhiều mất tác dụng của tôi hai môi trường, nhưng nếu nhúng quá ít thì có khả năng chuyển biến peclit ở môi trường thứ hai, không đạt được độ cứng Có khi bề mặt ngoài đạt được mactenxit , nhưng nhiệt độ bên trong lõi còn cao, nhiệt dư còn nhiều, có thể trong thời gian chuyển từ nước sang dầu, nhiệt độ trong lõi vẫn cao gây ra hiện tượng ram cao mặt ngoài Ngoài ra, khi chuyển môi trường, nhiệt độ ở các phần trên chi tiết không đều nhau cũng gây ra phế phẩm Do đó người thao tác phải có kiến thức và kinh nghiệm mới làm được

Một số nước trên thế giới đã nghiên cứu khắc phục các nhược điểm trên, trong phòng thí nghiệm có thể dùng phương pháp đo nhiệt độ trực tiếp Nội dung cơ bản của phương pháp này đo sự giảm nhiệt độ bề mặt và lõi của mẫu chuẩn, nung nóng đến nhiệt độ tôi ở lò hình chuông tiến hành làm nguội chi tiết, trên chi tiết có đặt các can nhiệt từ bề mặt tới tâm lõi Qua đó xác định được thời gian chuyển sang môi trường tôi thứ hai, vấn đề khó của phép đo là

sự giảm nhiệt độ quá nhanh nên thiết bị đo khó có đủ độ nhạy và chính xác Trong những năm 90 của thế kỷ trước, người ta thường dùng các cặp nhiệt Crôm-Alumiun nối với màn hình hiển thị để đo mối quan hệ nhiệt độ thời gian Hiện nay do sự phát triển nhanh của kỹ thuật tin học, người ta đã áp dụng trực tiếp máy tính để xử lý các kết quả đo và vẽ ngay đồ thị nhiệt độ thời gian Căn cứ vào giản đồ này biết được thời gian chuyển từ nước sang môi trường dầu.Tuy nhiên trong thực tế, hệ thống ngoại vi ghép nối giữa cặp nhiệt

và máy tính cho đến nay vẫn đắt tiền do vậy hạn chế khả năng áp dụng

1.2.8 Tôi hai môi trường (nước qua dầu) đối với thép hợp kim 40Cr, 40CrMo.

Đường cong tôi hai môi trường biểu thị bằngđường b trên hình 1.11 Khi tôi hai môi trường bằng thép cacbon cao hình dáng phức tạp nguội trong nước đảm bảo lõi 400÷3000C, sau đó nguội tiếp trong dầu hoặc không khí Thời gian nhúng trong nước của thép cacbon nói chung cứ tính 3mm chiều dày có ích (hoặc đường kính) thì kéo dài 1 giây, chi tiết phức tạp cứ 4÷5mm giữ 1 giây Tôi cách này lớp thấm tôi mỏng hơn tôi một môi trường

Theo hình 1.7 ta thấy rằng:

+ Thép 40 có độ thấm tôi thấp, tôi thấu tới đường kính 7 mm

+ Thép 40Cr có độ thấm tôi thấp, tôi thấu tới đường kính 12 mm

+ Thép 40CrMo có độ thấm tôi trung bình, tôi thấu đường kính 30 mm

Đối với các chi tiết thép hợp kim có tiết diện lớn, hình dáng đơn giản, muốn tăng độ cứng, có thể dùng tôi hai môi trường nước qua dầu Chi tiết trục bằng thép 40Cr có đường kính lớn hơn 40mm có thể tôi nước qua dầu

Chi tiết dạng trục thép 40CrMo có đường kính lớn hơn 150mm cũng có thể tôi hai môi trường nước qua dầu [1] Thời gian nhúng trong nước của thép hợp kim cần dựa theo tiêu chuẩn khi phần lõi nguội được tới 300÷4000C thì chuyển sang dầu Thường cứ 1mm đường kính hoặc chiều dày cần 1,5÷3 giây [1], tiết diện lớn dùng trị số lớn, tiết diện nhỏ dùng trị số nhỏ Nếu chi tiết quá lớn, thời gian giữ nhiệt trong nước quá dài thì có thể chia thời gian nhúng làm hai lượt, làm nguội trong nước khoảng một nửa thời gian, lấy ra ngoài không khí (khoảng 2÷5 giây) Nhưng không để nhiệt độ bề mặt chi tiết cao hơn 250

÷ 3000C lại làm nguội tiếp trong nước Làm như vậy giảm bớt được chênh lệch nhiệt độ giữa phần ngoài và trong lõi, tránh được nứt, vỡ mà vẫn được độ cứng cao Đây là thông số mà để tài đề cập để thực nghiệm tôi mẫu thử nghiệm và áp dụng cho tôi trục cán đồng, nhôm chế tạo từ thép 40Cr, 40CrMo

Chương II: THỰC NGHIỆM Quá trình thực nghiệm được thực hiện nhờ sự kết hợp của các đơn vị khác

nhau Trục cán chế tạo từ thép 40Cr; 40CrMo do khách hàng chế tạo hoàn chỉnh đem đến Viện Công nghệ nhiệt luyện Làm xong giao lại cho khách hàng thực hiện các nguyên công hoàn thiện tiếp theo, lắp đặt đưa vào sử dụng

loại trên máy phân tích quang phổ

APL 3460

Lấy mẫu soi chụp ảnh tế vi trên kính hiển vi + máy ảnh Nikon

Hàn móc tôi, bảo vệ cổ trục + cổ nối; ủ khử ứng suất phôi trục cán

- Vật liệu 40Cr Độ cứng sau nhiệt luyện tôi thể tích HRC = 52 ÷ 56

- Vật liệu 40CrMo; Độ cứng sau nhiệt luyện tôi thể tích HRC = 52 ÷ 56

có hệ thống quạt gió đối lưu cưỡng bức không gian làm việc của lò

Hình 2.6: Lò giếng điện trở qui mô sản xuất công nghiệp

Bể tôi dầu ở xưởng nhiệt luyện Viện Công nghệ có kích thước chứa dầu

là: Dài x rộng x sâu = 1500mm x 1000mm x 2000mm Dung tích bể khoảng

3 m3, lượng dầu chứa trong bể khoảng 2,5 m3 Dầu dùng để tôi là dầu CN20 hoặc CN15 Xung quanh và đáy bể có nước bao ở ngoài và chảy tuần hoàn

để làm mát dầu khi tôi liên tục Với bể dầu có kích thước như trên thì theo tính toán cũng như thực tế tôi được khối lượng: 600kg từ nhiệt độ 850 ÷

8600C đảm bảo dầu không bị bốc cháy sản phẩm tôi đạt yêu cầu kỹ thuật

Hình 2.7: Bể tôi nước

2.4.4 Các thiết bị kiểm tra

2.4.4.1 Kiểm tra thành phần hóa học

Kiểm tra thành phần hóa học của vật liệu đầu vào trên máy phân tích quang phổ phát xạ nguyên tử ARL3460 của hãng FIONS thụy sỹ

Hình 2.8: Máy phân tích quang phổ ARL3460

Hình 2.9: Máy đo độ cứng

2.4.4.3 Soi chụp kim tương

Tổ chức tế vi của vật liệu ban đầu và vật liệu sau nhiệt luyện (tôi + ram),

được kiểm tra và chụp ảnh trên kính hiển vi kèm máy ảnh NIKON của Nhật Bản

Hình 2.10: Máy soi chụp kim tương

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ TÔI 2 MÔI TRƯỜNG MỘT SỐ MẪU, TRỤC CÁN

CHẾ TẠO TỪ THÉP HỢP KIM Cr, CrMo

3.1 Tôi 2 môi trường một số mẫu thép hợp kim Cr, CrMo

- Xây dựng lưu trình công nghệ và thực hiện nhiệt luyện mẫu

- Căn cứ vào lý thuyết tổng quan công nghệ tôi kết hợp 2 môi trường và sơ

đồ thí nghiệm đã nêu Chúng tôi xây dựng qui trình công nghệ nhiệt luyện

mẫu và thực hiện qui trình như sau:

3.1.1 Lấy mẫu kiểm tra mác thép

Mẫu đem phân tích được cắt ra từ mẫu thép dùng để nghiên cứu Tiếp theo

mài bóng phân tích thành phần hóa học của mẫu

Bảng 3.1 Thành phần hóa học của mẫu thép hợp kim Cr, CrMo

x200 Hình 3.2: Tổ chức tế vi thép 40CrMo chưa nhiệt luyện

Ở trạng thái ủ thép có tổ chức Ferit và peclit

- Thời gian giữ nhiệt 4 giờ, làm nguội không khí

Quá trình ủ được thể hiện ở giản đồ sau

3.1.4 Các thông số của quá trình tôi, ram mẫu thử

a Khảo nghiệm tôi mẫu lần 1

Không khí 4h

680oC

T(oC)

Nhiệt độ tôi To= 860oC

Số lượng mẫu: Φ 100 x 100 (mm) = 01; Φ 150 x 150 (mm) = 01

Φ 200 x 200 (mm) = 01; Φ 250 x 250 (mm) = 01

Φ 300 x 300 (mm) = 01

Thời gian giữ nhiệt tính 1phút/ 1mm

- Đối với mẫu Φ 100 x 100 (mm) τgn = 100 phút = 1h40’

- Đối với mẫu Φ 150 x 150 (mm) τgn = 150 phút = 2h30’

- Đối với mẫu Φ 200 x 200 (mm) τgn = 200 phút = 3h20’

- Đối với mẫu Φ 250 x 250 (mm) τgn = 250 phút = 4h10’

- Đối với mẫu Φ 300 x 300 (mm) τgn = 300 phút = 5h

Thời gian nung nóng theo lò: Quá trình tôi, ram thể hiện ở giản đồ sau:

Thiết bị nung nóng LT 60 cấp khí bảo vệ QNH3 = 50 l/h; Qgas = 50 l/h

Vào lò ở nhiệt độ T0C = 6500C, thời gian giữ nhiệt tính 1ph/mm Đủ thờigian giữ nhiệt lần lượt tôi từng mẫu Các mẫu tôi trong môi trường nước phải bơm nước chảy tuần hoàn, có bơm phá vỡ màng hơi, trong quá trình tôi chi

860oC

τ gn

Nước - dầu T( o C)

Thời gian

650oC

τ = 4

τ (h) Không khí

180oC Gas = 50 l/h

NH 3 = 50 l/h

tiết di chuyển bằng cẩu, thao tác càng nhanh càng tốt Khi chi tiết vào môi trường tôi làm chuyển động quay tròn và di chuyển lên xuống để đảm bảo nguội đồng đều Thời gian nhúng ở nước được tính 1,5s/1mm

- Đối với mẫu φ 100 x 100 (mm) nguội nước = 150 giây = 2’30”

- Đối với mẫu φ 150 x 150 (mm) nguội nước = 225 giây = 2’45”

- Đối với mẫu φ 200 x 200 (mm) nguội nước = 300 giây = 5’

- Đối với mẫu φ 250 x 250 (mm) nguội nước = 375 giây = 6’15”

- Đối với mẫu φ 300 x 300 (mm) nguội nước = 450 giây = 7’30”

Sau khi kết thúc quá trình nhúng ở nước, chuyển ngay sang bể dầu làm nguội ~ (700C ÷ 800C) cho tiến hành ram ngay Nhiệt độ ram T0C = 180oC, thời gian ram 4 giờ, nguội không khí, làm nguội chi tiết đến nhiệt độ môi trường tiến hành kiểm tra độ cứng, bề mặt

Bảng 3.2 Kết quả đo độ cứng cho lần thử nghiệm lần 1 như sau

Tên mẫu (mm) Vật liệu Kết quả đo độ

b Khảo nghiệm tôi mẫu lần 2

Mẫu của quá trình khảo nghiệm lần 2 được lấy từ mẫu lần 1 đem ủ như lần 1 Quá trình khảo nghiệm tôi mẫu lần 2 tương tự như lần 1 chỉ khác ở thời gian giữ nhiệt ở môi trường nước có thay đổi Thời gian nguội ở môi trường nước được tính như sau Đối với mẫu 40Cr là 2 s/ mm đường kính, mẫu 40CrMo là 1,75 s/

mm đường kính

- Đối với mẫu φ 200 x 200 (mm) nguội nước = 400 giây = 6’40”

- Đối với mẫu φ 250 x 250 (mm) nguội nước = 500 giây = 8’20”

- Đối với mẫu φ 300 x 300 (mm) nguội nước = 525 giây = 8’45”

Đối với mẫu φ 300 x 300 (mm) nguội nước 300 giây sau đó nhấc khỏimôi trường tôi nước dừng lại ở không khí có quạt gió 5 giây mục đích làm giảm chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và lõi Tiếp tục cho vào môi trường tôi nước

đủ 525 giây Thực hiện xong tôi ở nước chuyển sang dầu làm nguội ~ (700C

÷ 800C) cho tiến hành ram ToR = 180oC, τgiũ = 4 giờ nguội không khí, làm nguội hẳn tới nhiệt độ môi trường kiểm tra độ cứng

Bảng 3.3 Kết quả đo độ cứng cho lần thử nghiệm lần 2 như sau

c Khảo nghiệm tôi lần 3

Quá trình khảo sát tôi lần 3 cách làm tương tự như lần 2 chỉ khác thời gian giữ ở môi trường nước thay đổi như sau:

- Đối với mẫu 40Cr φ250 giữ 2,5s/ mm đường kính nguội nước = 625 giây

- Đối với mẫu 40CrMo φ300 giữ 2s/mm đường kính nguội nước = 600 giây Với mẫu 40CrMo φ300 x 300(mm) chia thời gian nhúng nước làm 2 giai đoạn + Giai đoạn 1: Nhúng nước 300 giây (5 phút) đủ thời gian cho nâng mẫu khỏi môi trường nước 5 giây

+ Giai đoạn 2: Nhúng vào nước tiếp đủ thời gian còn lại