Hóa nhiệt luyện kim loại và hợp kim là quá trình nhiệt luyện bao gồm nung chitiết và giữ ở nhiệt độ nhất định trong môi trường hoạt tính nhằm thay đổi thành phầnhóa học, tổ chức và tính
Trang 1LUẬN VĂN GỒM CÓ 6 CHƯƠNG
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Nghiên cứu lý thuyết
Chương 4: Thấm Nitơ
Chương 5: Quy trình gia công bánh răng
Chương 6: Thực nghiệm
Trang 2CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
Từ khi con người bắt đầu biết sử dụng kim loại làm công cụ lao động và cácphương tiện lao động khác thì vấn đề chống mòn cho kim loại cũng đồng thời đượcđặt ra Như vậy, cách thời đại chúng ta khoảng 4,5 ngàn năm thì vẫn đề bảo vệ kimloại là mối quan tâm
Ngày nay, sự phát triển của tất cả các ngành kỹ thuật như chế tạo cơ khí, luyệnkim, công nghệ hóa học, xây dựng, kỹ thuật điện tử, giao thông vận tải, công nghiệpthực phẩm, kỹ thuật hàng không và đời sồng hàng ngày đều gắn với vật liệu và cầnđến các vât liệu có tính năng đa dạng với chất lượng càng cao
1.1 Tình hình và xu hướng phát triển công nghệ xử lý bề mặt kim loại.
Từ cuối thế kỉ 18 đã bắt đầu xuất hiện những công nghệ xử lý bề mặt như: Mạ,tráng men, bọc lót cao su Để chống ăn mòn và những phương pháp để cải thiện bềmặt kim loaị như nhiệt luyện (Tôi, ram, ủ, thường hóa, thấm C, thấm N ) Ngoài rangười ta nhuộm đen thép hoặc ôxy hóa, nhuộm mầu nhôm, phốt phát hóa trước khisơn Bước sang thế kỉ 20 cùng với sự phát triển theo yêu cầu của các nghành côngnghiệp các công nghệ xử lý bề mặt phát triển rất nhanh, những công nghệ trên ngàycàng hoàn thiện: Từ mạ thủ công, mạ hóa học đã chuyển sang cơ khí hóa quá trình
mạ điện như mạ quay, mạ chuyển dịch Anốt, các khâu nâng, vận chuyển được cơgiới hóa, đã cải thiện từng bước về chất lượng mạ điện và điều kiện lao động Một sốnước tiên tiến, công nghệ mạ trang trí đẵ chuyển sang bán tự động va tự động hóadây chuyền thiết bị mạ, nâng cao sản lượng va chất lượng lớp mạ ổn định, bền, bóng,đẹp bên cạnh mạ điện còn xuất hiện mạ phun (Al-Zn hợp kim Al-Zn, tráng Sn, trángPb,), mạ xoa Do đó đã mạ được những chi tiết hình thù phức tạp, các cấu kiện lớnnhư cầu, cột điện cao thế, đường ống các loại, tôn tấm phục vụ cho việc chế tạo tấmlợp và phục vụ sinh hoạt, đáp ứng kịp thời những nhu cầu sản xuất và đời sống Hiệnnay trên thế giới có rất nhiều hãng sản xuất thiết bị mạ đạt trình độ công nghệ cao:Hãng Canning của Anh, Sumee của Trung Quốc
Trong sản xuất cơ khí không thể thiếu được công nghệ nhiệt luyện vì đây làbiện pháp hữu hiệu để nâng cao chất lượng sản phẩm kim loại nói chung và sản
Trang 3phẩm thép nói riêng Do vậy tại tất cả các xí nghiệp sản xuất cơ khí lớn hay nhỏ đều
có bộ phận nhiệt luyện Nhiệm vụ chính của bộ phận nhiệt luyện là tham gia chế tạodụng cụ cắt gọt như nhiệt luyện các loại dao tiện, phay, bào, chuốt, doa , nhiệt luyệncải thiện chất lượng sản phẩm trước, trong và sau quá trình gia công cơ khí, ví dụnhư: Ủ trước khi gia công tiện, phay, bào, ram trong quá trình gia công cơ khí hoặctôi trước khi mài Có thể nói trình độ công nghệ nhiệt luyện ảnh hưởng rất nhiều đếnchất lượng, tuổi thọ của sản phẩm cơ khí sản xuất ra Ở các nước tiên tiến, khâu nhiệtluyện được đặc biệt chú trọng, nhất là việc chế tạo các thiết bị công nghệ như lònung cho tôi, ram hoặc ủ có hiệu suất nhiệt cao, điều khiển nhiệt độ tự động chínhxác Ban đầu là các lò rèn thủ công rồi tiến tới lò buồng Hiện nay ở các cơ sở sảnxuất hàng loạt đã có các dây truyền nhiệt luyện kiểu Tunel, sản phẩm tốt, ổn định vànăng suất cao Ngoài ra các lò tôi bằng năng lượng dòng điện cảm ứng cao tần cũngđược sử dụng khá phổ biến
Ở nước ta từ lâu nhiệt luyện đã được áp dụng trong đời sống hàng ngày, ông cha
ta đã biết tôi dao, kéo, đục, dũa, thép mềm trở thành thép cứng để cắt gọt hay ngượclại Ngày nay nền công nghiệp của nước ta đang phát triển không ngừng và việcnghiên cứu nâng cao chất lượng cho các chi tiết bằng phương pháp nhiệt luyện ngàycàng trở nên cấp thiết, mà việc đầu tiên là đào tạo đội ngũ cán bộ khoa học – kỹ thuậttrong lĩnh vực này
1.2 Những nét chung về hoá nhiệt luyện
Hóa nhiệt luyện kim loại và hợp kim là quá trình nhiệt luyện bao gồm nung chitiết và giữ ở nhiệt độ nhất định trong môi trường hoạt tính nhằm thay đổi thành phầnhóa học, tổ chức và tính chất lớp bề mặt của chi tiết
Hóa nhiệt luyện là phương pháp nhiệt luyện có kèm theo sự cải thiện thành phầnhóa học lớp bề mặt do đó làm thay đổi tổ chức và tính chất ở trong lõi của vật liệu.Hóa nhiệt luyện bao gồm hai quá trình:
- Thay đổi thành phần lớp bề mặt bằng cách bão hòa và khuếch sâu bề mặt mộthay nhiều nguyên tố khác nhau theo mục đích nhất định( còn gọi là tạo lớp thấm)
- Nhiệt luyện tiếp theo( ủ, tôi, ram ) nhằm cải thiện hơn nữa tổ chức và tính chấtcủa lớp bề mặt cũng như toàn bộ chi tiết
Trang 41.3 Khái quát chung về các phương pháp hoá nhiệt luyện.
Thấm xyanua nhiệt độ cao được viện công nghệ nghiên cứu áp dụng cho chi tiếtmáy kéo Bông sen 12 Các chi tiết như trục, xích, bạc trong, bạc ngoài, chế tạo bằngthép 20X
Nhược điểm của quá trình thấm xyanua: Phải dùng muối gốc xyanua là loại hóachất độc do đó phải có biện pháp giải quyết triệt để vấn đề khí độc, xử lý các chất thải
và duy trì việc bảo đảm vệ sinh công nghiệp
1.3.3 Thấm lưu huỳnh (S).
Thấm lưu huỳnh là quá trình bão hòa bề mặt các chi tiết bằng nguyên tố lưuhuỳnh nhằm nâng cao tính chống mài mòn và tránh tạo vết xước của các bề mặt làmviệc của các chi tiết
Thấm lưu huỳnh có thể tiến hành trong chân không, trong môi trường lưu huỳnhnóng chảy sử dụng các đĩa ma sát của ô tô, cho dụng cụ cắt gọt
1.3.4 Thấm Bo (B)
Thấm Bo là quá trình làm bão hòa bề mặt chi tiết bằng nguyên tố Bo nhằm tăng
độ cứng bề mặt, độ chống mài mòn và độ chống ăn mòn của chi tiết
Các phương pháp thấm Bo: Thấm Bo thể rắn, thấm Bo thể lỏng điện phân, thấm
Trang 51.3.5 Thấm Crôm (Cr)
Thấm Crôm là qúa trình bão hòa bề mặt của chi tiết bằng nguyên tố Crôm nhằmtăng độ cứng, độ chống mài mòn bề mặt, độ chống ăn mòn, chống xâm thực và chốnggây ôxy hóa ở nhiệt độ cao
Chi tiết chế tạo bằng thép cacbon sau khi thấm Crôm có thể thay thế chi tiết théphợp kim hoặc kim loại màu tạo nên hiệu quả kinh tế
Thấm Crôm có tác dụng tăng tuổi bền các loại khuôn dập, các chi tiết búa máy,ống dẫn nồi hơi, chi tiết trong máy gặt
Các phương pháp thấm Crôm: Thấm Crôm thể rắn, thể lỏng, thể khí, dạng bộtnhão, thấm trong chân không
1.3.7 Thấm Silic (Si)
Thấm silic là quá trình bão hòa bề mặt chi tiết bằng nguyên tố silic nhằm tăngtính chống ăn mòn của chi tiết trong môi trường axit và trong nước biển, đồng thờităng độ bền nóng của chi tiết ở nhiệt độ 700 -750 0 C thấm silic được áp dụng trongchế tạo máy, hóa chất, giấy và dầu hỏa, các phương pháp thấm silic thể rắn, thấmsilic thể lỏng, thấm silic thể khí
Trang 6Thấm titan lá quá trình làm bão hòa bề mặt chi tiết bằng nguyên tố titan nhằmnâng cao độ chống ăn mòn, độ chống xâm thực, độ cứng của bề mặt và độ chống màimòn, độ bền nóng của chi tiết Thấm titan áp dụng cho các loại thép các bon và hợpkim gang , các hợp kim mầu trên cơ sở đồng (Cu) và nhôm (Al) các phương phápthấm titan: thấm titan thể rắn, thấm titan thể khí , thấm titan thể lỏng.
1.3.10 Thấm nitơ (N)
Thấm nitơ là một quá trình hóa nhiệt luyện nhằm bão hòa bề mặt chi tiết bằngnguyên tố nitơ nhằm mục đích nâng cao độ cứng, chống mài mòn, độ bền nóng, độchống ăn mòn của chi tiết Thấm nitơ tạo nên lớp ứng suất nén dư ở bề mặt, do đólàm tăng mạnh giới hạn mỏi Ngoài ra thấm nitơ có bề mặt bóng mờ, chống ăn mòntốt trông khí quyển có thể dùng để trang trí, lớp thấm có cơ tính ổn định tới nhiệt độ
500 - 6000 C
1.4 Mục đích và yêu cầu của đề tài
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thấm Nitơ vào việc nâng cao chất lượng bềmặt một số vật liệu dụng trong chế tạo máy, mở rộng khả năng công nghệ thấm Nitơtrong nước
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ như: Vật liệu, nhiệt độthấm và thời gian thấm đến chất lượng thấm Nitơ
Thực hiện thấm nitơ thể khí trên nền của thép 20XM, 20X, 18 đã đượcnhiệt luyện sơ bộ ram, thấm cỏc bon, thực hiện thấm Nitơ plasma trên thép 45X, xâydựng quy trình công nghệ thấm Nitơ và Nitơ plasma với các vật liệu đã chọn
`
Trang 7CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Với mục đích nghiên cứu của đề tài là: “ Nghiên cứu ứng dụng thấm nitơ nângcao chất lượng bề mặt bánh răng”, chúng tôi đã ứng dụng một số phương phápnghiên cứu sau:
Nghiên cứu cơ sở quá trình thấm Nitơ, sơ lược nghiên cứu các yếu tố ảnhhưởng đến chất lượng lớp thấm Nghiên cứu, phân tích lý thuyết công nghệ thấm nitơcủa các tài liệu trong và ngoài nước để vận dụng xác định ảnh hưởng của các thông
số đến chất lượng bề mặt bánh răng
2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Từ những cơ sở lý thuyết của công nghệ thấm Nitơ, chúng tôi đã tiến hành tìmhiểu thiết bị thấm nitơ, các yếu tố công nghệ: Nhiệt độ, thời gian, độ phân giải khí
NH3 để thấy được ảnh hưởng của chúng đến chất lượng lớp thấm từ đó xây dựngcông nghệ thấm Nitơ trên cơ sở lý thuyết và thực nghiệm
Tiến hành làm phôi và chế tạo bánh răng phục vụ cho công tác thực nghiệm.Tiến hành thí nghiệm thực hiện tại Khoa Cơ khí trường Cao đẳng công nghiệp PhúcYên, Trường đại học công nghiệp Hà Nội, công ty Việt Hoàng- Phổ Yên, TháiNguyên
Thiết lập quy trình công nghệ thấm trong đó có nói về các bước cụ thể cho quátrình thấm trên các mẫu thực nghiệm
Thông qua các mẫu thí nghiệm, tiến hành kiểm tra các thông số của bề mặtthấm như độ cứng, độ chạy mòn từ đó phân tích đánh giávà rút ra quy trình côngnghệ hợp lý về công nghệ thấm Nitơ với loại thép đã thực nghiệm
2.3 Xác định và xử lý số liệu thực nghiệm
Các số liệu kiểm tra chất lượng của lớp thấm bề mặt mẫu thấm như độ cứng,
độ chạy mòn được kiểm tra theo tiêu chuẩn chung của Tổng cục đo lường chất lượng
Trang 8Việt Nam và tại phòng thí nghiệm của trường Đại học công nghiệp Hà Nội và trườngCao đẳng công nghiệp PhúcYên.
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT
3.1 Cấu tạo kim loại và bản chất mối liên kết trong kim loại
3.1.1 Cấu trúc tinh thể và sự hình thành mạng tinh thể
Trong tự nhiên vật chất tồn tại ở ba trạng thái rắn lỏng khí và chúng được hìnhthành từ những phần tử nhỏ - Đó là các nguyên tử
Nguyên tử là thành phần nhỏ nhất mang đầy đủ tính chất của một nguyên tốhoá học Tính chất của một nguyên tố hoá học hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúcnguyên tử và cách sắp xếp của điện tử trong nguyên tố đó Bởi vậy, nghiên cứu về vậtliệu kim loại, phải nghiên cứu từ cấu trúc nguyên tử và sự liên quan giữa các yếu tốtrong một nguyên tử, cấu trúc nguyên tử bao gồm:
Hạt nhân: Nếu ta quan niệm nguyên tử có dạng hình cầu thì hạt nhân là phần tửphần vật chất nằm ở tâm và mang điện tích dương
3.1.2 Cấu tạo kim loại
Quá trình ăn mòn kim loại là quá trình tương tác giữa kim loại với môi trường.Cấu tạo kim loại có ảnh hưởng nhất định đến quá trình ăn mòn kim loại
Tại điều kiện thường các kim loại và hợp kim đều ở trạng thái rắn, có ánh kim, dẫnđiện, dẫn nhiệt tốt, có tính công nghệ Có được các tính chất đó là do cấu tạo kimloại
Khi kim loại chuyển trạng thái rắn thì các nguyên tử ion hay kim loại được sắpxếp theo một thứ tự nhất định tạo nên mạng không gian
Cấu tạo nguyên tử (ion) được tạo thành do một hay nhiều điện tử hoá trị củanguyên tử ion kim loại chuyển rời từ nguyên tử này sang nguyên tử khác Các nguyên
tử bị mất điện tử hoá trị trở thành điện tử mang điện tích dương gọi là ion dương haycation kim loại Kết quả là trong kim loại tồn tại nguyên tử cùng các điện tích tự do
Trang 9Các nguyên tử trong kim loại không chuyển động hỗn loạn mà nó chỉ dao độngquanh một vị trí nhất định, giữa các nguyên tử có khoảng cách.
Nếu nối tâm của các vị trí các nguyên tử lại ta sẽ được mạng không gian gọi làmạng tinh thể Tuỳ thuộc sự sắp xếp trong không gian của các nguyên tử mà tạo nêncác dạng mạng tinh thể khác nhau Phần thể tích nhỏ nhất của mạng không gian đạidiện cho một nguyên tố hoá học gọi là ô mạng cơ bản (ô mạng cơ sở)
3.1.3 Bản chất mối liên kết trong kim loại
Mối liên kết trong kim loại về bản chất thì giống mối liên kết cộng hóa trịnhưng có điểm khác là các điện tử hóa trị trong kim loại không chỉ dùng riêng chomột cặp liên kết đứng gần nhau nào, mà dùng chung cho toàn bộ khối kim loại Cácđiện tử hóa trị sau khi tách khỏi hóa trị kim loại thì chuyển động từ quỹ đạo thuộcnguyên tử này sang quỹ đạo thuộc nguyên tử khác Nó không phụ thuộc vào bất kỳmột nguyên tử nhất định nào trong mạng lưới tinh thể Các điện tử tự do chuyển độnghỗn loạn tạo thành mây điện tử trong kim loại Tương tác giữa lớp khí điện tử với cácnguyên tử kim loại tạo nên mối liên kết đặc biệt, gọi là mối liên kết kim loại
Từ cấu tạo và bản chất mối liên kết kim loại mà kim loại có tính dẫn điện, dẫnnhiệt, tính công nghệ,
Khi ta thiết lập một hiệu điện thế giữa hai đầu một thanh kim loại thì các điện
tử tự do sẽ chuyển từ chuyển động hỗn loạn sang chuyển động có hưởng trong điệntrường tạo thành dòng kim loại
Khi ta nung nóng ở một điểm nào đó của thanh kim loại; nhiệt năng sẽ làm cácnguyên tử ở đó dao động Dao động nhiệt của các nguyên tử sẽ lan truyền từ nguyên
tử này sang nguyên tử lân cận Kết quả là tạo nên tính dẫn nhiệt của kim loại
Khi gia công bằng áp lực, các lớp kim loại trượt lên nhau Các điện tử tự dovẫn giữ nguyên mối liên kết giữa các nguyên tử - điều đó giải thích khả năng địnhhình của chi tiết kim loại
3.2 Lý thuyết về ăn mòn và mài mòn kim loại
Các thiết bị máy móc, các kết cấu công trình các vật liệu kim loại sau mộtthời gian làm việc hay bảo quản không được tốt thì thường xuyên bị han gỉ rồi dẫnđến hỏng Sự hư hỏng đó do nhiều nguyên nhân gây nên chẳng hạn: Các thiết bị lò
Trang 10đốt hay nồi hơi sau một thời gian làm việc bị hư hỏng Sự hư hỏng các chi tiết này là
do sự tạo các oxit kim loại làm cho chúng giảm dần về kích thước và kết cấu; cácthùng chứa axit, các ống dẫn chất lỏng bằng kim loại, các chi tiết, vật liệu kim loạikhác để trong không khí sau một thời gian sử dụng và bảo quản bị hư hỏng do ănmòn
Vậy hiện tượng mòn kim loại là hiện tượng phá hủy kim loại hay hợp kim gâynên tác dụng hóa học, điện hóa hay cơ học xảy ra giữa chúng với môi trường bênngoài hoặc giữa chúng với nhau
3.4 Hoá nhiệt luyện
3.4.1 Khái niệm chung
Hóa nhiệt luyện là một trong các phương pháp hóa bề mặt được sử dụng khá phổbiến, nó khác với nhiệt luyện là ngoài việc làm thay đổi cấu trúc bên trong còn làmthay đổi thành phần hóa học của lớp bề mặt Hóa nhiệt luyện được thực hiện bằngcách làm bão hòa lên bề mặt thép một hay nhiều nguyên tố (C, N, CN, Al, Si, Cr) đểlàm thay đổi thành phần hóa học, do đó làm thay đổi tổ chức và tính chất của lớp bềmặt theo mục đích nhất định Hóa nhiệt luyện được sử dụng rộng rãi trong côngnghiệp vì nó cho phép thay đổi trong một khoảng rộng thành phần, tổ chức và tínhchất lớp bề mặt của chi tiết
3.4.2 Các quá trình hóa nhiệt luyện
Dưới tác dụng của môi trường bên ngoài và nhiệt độ, khi hóa nhiệt luyện thànhphần hóa học của lớp bề mặt kim loại bị thay đổi (cùng với sự thay đổi tổ chức tế vi)Hóa nhiệt luyện nhằm mục đích nâng cao giới hạn mỏi của thép kết cấu khi chịutải có chu kì, nâng cao độ chống mài mòn của bề mặt làm việc của chi tiết có khảnăng chịu tác dụng của môi trường bên ngoài ở nhiệt độ thường và nhiệt độ cao (ổnđịnh chống ăn mòn và ổn định nóng)
Bất kỳ một quá trình nhiệt luyện nào cũng đều được thực hiện do sự tác dụngtương hỗ của môi trường lỏng và khí bên ngoài với bề mặt kim loại nhờ sự hấp thụ vàkhuếch tán các nguyên tố hoạt tính ở trạng thái nguyên tử trong kim loại việc nghiêncứu một cách tổng hợp các hiện tượng xảy ra trong môi trường bên ngoài, trên bề mặt
Trang 11và bên kim loại, là phương pháp khoa học chủ yếu để nghiên cứu quá trình và phânloại chúng khi các hiện tượng xảy ra với tốc độ nhỏ nhất và ngừng hoàn toàn
3.4.3 Cơ sở của nhiệt luyện
Thông thường, khi hóa nhiệt luyện người ta đặt chi tiết vào trông môi trường(rắn, lỏng, hoặc khí) có khả năng phân hóa ra nguyên tử hoạt của nguyên tố địnhkhuếch tán rồi đun nóng chúng đến nhiệt độ thích hợp, giữ lâu ở nhiệt độ này đểkhuếch tán các nguyên tố cần thấm vào chi tiết các quá trình tấm xảy ra theo ba giaiđoạn tiếp nhau như sau, phân hủy, hấp thụ, khuếch tán
a) Phân hủy
Phân hủy là quá trình phân tích phân tử tạo nên nguyên tử hoạt tính của nguyên
tố khuếch tán Quá trình này xảy ra trong môi trường hóa nhiệt luyện và các nguyên
tử hoạt tính được tạo thành có khả năng khuếch tán vào bề mặt kim loại
Khi thấm cacbon, quá trinh phân hủy xảy ra như sau:
Kết quả của sự hấp thụ là tạo nên ở bề mặt thép lớp có noàng ủoọ nguyên tố địnhkhuếch tán vào cao, tạo nên sự chênh lệch về nồng độ giữa bề mặt và lõi
c) Khuếch tán
Các nguyên tử hoạt hấp thụ vào lớp bề mặt thép với nồng ủoọ cao sẽ đượckhuếch tán vào trong tạo thành lớp thấm với chiều sâu nhất định Nhờ khuếch tán lớpthấm được hình thành và nó là cơ sở của hóa - nhiệt luyện Chiều dày lớp khuếch tán
Trang 12phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian và nhiệt độ chất khuếch tán ở lớp bề mặt như trìnhbày ở hình 3.6
Trang 13- Tăng khả năng chống ăn mòn trong các môi trường không khí, hơi, nước
- Trang trí nghệ thuật cho sản phẩm
Độ cứng của lớp thấm nitơ thường cao hơn độ cứng của lớp thấm cacbon và có thểgiữ đến nhiệt độ 400 500 C, trong khi ấy độ cứng cao của lớp thấm cacbon chỉ giữđược đến 200 225 C
Thấm nitơ dùng cho các bánh răng, xilanh của động cơ lớn, khuôn dập cũng nhưdụng cụ cắt gọt
4.2 Lý thuyết về nitơ hoá, tổ chức và tính chất của lớp thấm nitơ
Giản đồ pha của Fe-N được nêu trên hình 4.1 Từ giản đồ của hệ Fe-N ta thấygồm có các pha:
- Dung dịch rắn xen kẽ của nitơ trong -Fe, được gọi là ferít nitơ
- Dung dịch rắn xen kẽ của nitơ trong -Fe, được gọi là austenít nitơ, chỉtồn tại ở cao hơn 591 C; tại nhiệt độ này khi làm nguội phân hoá thành hỗn hợpcùng tích ( ’)
’- Dung dịch rắn trên cơ sở của pha xen kẽ Fe4N, là pha rất cứng
- Dung dịch rắn trên cơ sở của pha xen kẽ Fe2N, Fe2N ứng với 11,2%N,song pha này tồn tại ngay cả khi lượng nitơ bằng 8%
Nitơ cũng tạo nên pha xen kẽ với nhiều kim loại chuyển tiếp: CrN, Cr2N, MnN,TiN, MoN, Mo2N, VN, V2N, WN…
4.3 Thép dùng để thấm nitơ
Độ cứng của lớp thấm nitơ trong thép cacbon không lớn, vì thế nitơ để đạt độcứng và tính chống mài mòn cao người ta không dùng thép cacbon thông thường, vì
Trang 14các nitrit sắt có khuynh hướng kết tụ ở nhiệt độ cao, do vậy có kích thước lớn, lớpthấm không có độ cứng và tính chống mài mòn cao và trở nên dòn, dễ tróc.
Để thấm nitơ thường dùng thép hợp kim đặc biệt với các nguyên tố như Cr,
Mo, Al, chúng có ái lực với nitơ mạnh hơn sắt và các nitrit này không những có độcứng cao như nitrit sắt mà còn có tính phân tán lớn, ổn định nhiệt cao, do đó lớp thấm
có độ cứng và tính chống mài mòn rất cao, chắc, không tróc Khi thấm nitơ cho phéphợp kim sẽ tạo thành những nitrit hợp kim nhỏ mịn ( Cr2N, Mo2N, AlN…) nên làmtăng độ cứng và tính chống ăn mòn
Để đạt yêu cầu tăng độ cứng và tính chống mài mòn, thấm nitơ thường dùngnhững thép chuyên dùng như 38CrMoAlA, 38CrCrWVAl, 38CrAl Do sự có mặtđồng thời của các nguyên tố hợp kim như Crôm, nhôm, môlipđen nên độ cứng củalớp thấm có thể đạt tới 1200Hv hoặc cao hơn Thấm nitơ để tăng tính chống ăn mòn
có thể dùng cho tất cả các loại thép, kể cả thép cacbon
4.4 Công nghệ thấm nitơ
Khi thấm nitơ, thời gian thấm thường rất dài và mà chiều dày lớp thấm lại rấtmỏng do quá trình thấm được tiến hành ở nhiệt độ thấp ( 500 650 C ), hệ số khuếchtán nhỏ Tốc độ thấm nitơ chậm hơn thấm cacbon tới 10 lần Ví dụ muốn được lớpthấm dày 0,25 – 0,3 mm cần 24 giờ; lớp thấm dày 0,4 mm cần 48 giờ khi thấm ởnhiệt độ 500 520 C
Nếu thấm ở nhiệt độ cao hơn, sự phân hoá của amôniac quá mạnh, lượng nitơnguyên tử tạo thành quá nhiều cũng không tốt, lớp thấm kém cứng mặc dầu tốc độthấm có thể tăng lên
Thấm nitơ tiến hành trong môi trường amôniac ở nhiệt độ cao, amôniac( NH3 ) sẽ phân huỷ, mức độ phân huỷ sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ
+ Ở nhiệt độ 480 500 C, mức độ phân huỷ là 15 – 20%
+ - 500 520 C, - 20 – 25%
+ - 540 560 C, - 30 – 50%
+ - 550 570 C, - 35 – 55%
+ - 600 620 C, - 50 -70%
