Microsoft powerpoint 1presentation chuong 4 nhiet luyen (12t)

ðặc ñiểm: thường ở khâu gia công cuối cùng trong chế tạo cơ khí; ñộ chuẩn xác cần ñạt ñược về tính chất và tổ chức tương ñối chặt chẽ, mọi sai hỏng về nhiệt luyện lúc này cóthể gây nên

CHƯƠNG 4 – NHIỆT LUYỆN

I Khái niệm về nhiệt luyện thép

I.1 ðịnh nghĩa

I.2 Các yếu tố ñặc trưng cho nhiệt luyện

Sơ ñồ quy trình nhiệt luyện ñơn giản nhất

I.3 Các chỉ tiêu ñánh giá nhiệt luyện

+ Tổ chức tế vi: bao gồm cấu tạo pha, kích thước hạt, chiều sâu lớp hóa bền
chỉ tiêu gốc, cơ bản

+ ðộ cứng: chỉ tiêu cơ tính dễ xác ñịnh liên quan ñến ñộ

bền, ñộ dẻo, ñộ dai
chi tiết qua nhiệt luyện ñều ñược quy ñịnh ñộ cứng

+ ðộ cong vênh, biến dạng: trong nhiều trường hợp là

nhỏ, không ñáng kể, tuy nhiên 1 số trường hợp yêu cầu này là khắt khe, vượt quá giới hạn này chi tiết là phế

phẩm

I.4 Phân loại nhiệt luyện thép

- Căn c vào ñi tưng ca nhit luyn (dạng phôi bán

thành phẩm hoặc dạng chi tiết ñã gia công hoàn chỉnh): nhiệt luyện sơ bộ và nhiệt luyện kết thúc

tổ chức và tính chất cần thiết cho các khâu gia công chế tiếp theo

ðặc ñiểm: ñược bố trí xen kẽ giữa các khâu gia công; ñộ

chuẩn xác về tổ chức và tính chất cần ñạt ñược thường cho phép trong một phạm vi tương ñối rộng rãi

+ Nhit luyn kt thúc: ñối với chi tiết ñã gia công hoàn

chỉnh (hoặc sau nhiệt luyện cho phép có thể có mài tinh)

ðặc ñiểm: thường ở khâu gia công cuối cùng trong chế tạo

cơ khí; ñộ chuẩn xác cần ñạt ñược về tính chất và tổ chức tương ñối chặt chẽ, mọi sai hỏng về nhiệt luyện lúc này cóthể gây nên phế phẩm những chi tiết ñã ñược gia công chếtạo rất tốn kém, gây nên sự thiệt hại rất lớn

- Căn c vào ñc ñim thao tác công ngh nhit luyn

+ Hoá nhit luyn: kết hợp quá trình hoá học làm thay ñổi

thành phần hoá học lớp bề mặt chi tiết trước khi nhiệt luyện ñể tăng hiệu quả hoá cứng hay thay ñổi một số tính chất lớp bề mặt chi tiết (ví dụ chống ăn mòn, chịu nhiệt, chống mài mòn )

+ Cơ - nhit luyn: Kết hợp hiệu quả hoá bền hợp kim do

biến dạng dẻo với nhiệt luyện trong một khâu gia công

+ Vi hp kim màu: thường gặp nhất là các dạng ủ (ñồng

ñều hóa thành phần, cải thiện tổ chức, khử ứng suất, giảm

ñộ cứng, tăng tính dẻo ); một số ít hệ hợp kim mầu cóthể tôi và ram (thường ñược gọi là hoá già): hợp kim Al, Ti Be…

Nhng dng nhit luyn khác

I.5 Công dụng của nhiệt luyện

- Tăng ñộ cứng, tính chống mài mòn và ñộ bền của thép:

+ Tăng tuổi bền của chi tiết máy do hệ số an toàn tăng;+ Kết cấu máy nhẹ ñi
tiết kiệm kim loại (hạ giáthành), năng lượng khi vận hành;

+ Tăng sức chịu tải của ñộng cơ máy móc, phương tiện vận tải, kết cấu…

- Cải thiện tính công nghệ: chi tiết sau gia công (cán, kéo, rèn dập bị biến cứng, muốn gia công tiếp cần xử lý nhiệt (ủ, thường hóa)
nhiệt luyện sơ bộ

II Chuyển biến xảy ra khi nung thép

II.1 Cơ sở xác ñịnh chuyển biến khi nung thép

- Thép cùng tích (0,8%C): có tổ chức chỉ có pelit (P);

- Thép trước cùng tích (< 0,8%C) có tổ chức peclit và

ferit (P + α);

- Thép sau cùng tích (> 0,8%C) có tổ chức peclit và

xêmentit hai (P+XeII)

Giản ñồ Fe-Fe3C (phần thép): các tổ chức thép ở nhiệt

ñộ thường như sau:

Giản ñồ Fe-Fe3C (phần thép)

II.2 Chuyển biến khi nung thép

- T < Ac1: trong tổ chức của các thép chưa có chuyển biến

- T = Ac1: peclit của tất cả các thép
γ theo phản ứng:

[α + Fe3C]0,8%C → γ0,8%C

α và XeII của thép trước, sau cùng tích chưa chuyển biến

- T = Ac3 hoặc Acm: α và XeII còn dư hòa tan vào γ

- T > Ac3 hoặc Acm: Kết thúc hoà tan của các pha α hoặc

XeII vào γ của các thép trước và sau cùng tích
tổ chức thu ñược là hoàn toàn một pha austenit với thành phần ñúng như của thép

- T nâng cao ñến sát ñường ñặc: không có chuyển biến pha, chỉ có quá trình hạt austenit tiếp tục lớn lên

II.3 ðặc ñiểm chuyển biến P →→→ γγγγ khi nung thép cùng tích

a Nhiệt ñộ chuyển biến

- Bắt ñầu ở 727oC, tuy nhiên vô cùng chậm
thực tế cao hơn 1 ñộ quá nguội ∆T nhất ñịnh

- Tốc ñộ nung càng lớn, nhiệt ñộ chuyển biến càng cao

- Thời gian chuyển biến xác ñịnh bằng nung nóng ñẳng nhiệt: nung ñạt nhiệt ñộ rất nhanh rồi nhúng vào môi trường muối nóng chảy có nhiệt ñộ cố ñịnh

- Giản ñồ chuyển biến P
γ có dạng 2 ñường cong biểu thị thời gian bắt ñầu và kết thúc chuyển biến trên 2 trục nhiệt ñộ - thời gian: nhiệt ñộ nung càng cao, thời gian bắt ñầu và kết thúc chuyển biến càng ngắn lại

Giản ñồ chuyển biến ñẳng nhiệt chuyển biến P → γ khi nung

thép cùng tích với v2 > v1

Giản ñồ chuyển biến ñẳng nhiệt chuyển biến P → γ khi nung

thép cùng tích với v2 > v1

- Trong thực tế thường dùng cách nung nóng liên tục (nung với tốc ñộ nhất ñịnh): khi nung nóng với V2 > V1, thấy rõ các nhiệt ñộ bắt ñầu và kết thúc chuyển biến ở V2luôn luôn cao hơn các nhiệt ñộ cùng loại ở V1:

tức là a2 > a1, b2 > b1 và thời gian cần ñể hoàn thành chuyển biến cũng ngắn lại

- Trong sản xuất, ñể ñạt ñược chuyển biến quy ñịnh phải nung nóng quá nhiệt ñộ tới hạn tương ứng ít nhất 20-

30oC khi nung chậm (ủ) hoặc tới hàng trăm oC khi nung nhanh (nung cảm ứng)

b Cơ chế chuyển biến

− α chuyển biến thành γ xong trước
hoàn thành chuyển biến P → γ, Fe3C chưa chuyển biến hết
cacbit dư

- Giữ nhiệt tiếp theo, cacbit dư tiếp tục hoà tan vào γ

Thời gian ñể cacbit dư hoà tan xong phụ thuộc nhiệt ñộ: nếu nhiệt ñộ chuyển biến càng cao
thời gian càng nhanh

- Cần giữ nhiệt ñể C trong γ phân bố ñồng ñều: Thời gian ñể ñồng ñều phân bố thành phần trong γ thường rất dài, nhiệt

ñộ nung càng cao, quá trình sẽ càng rút ngắn

c Kích thước hạt austenit

- Chuyển biến γ cũng theo cơ chế tạo mầm và mầm lớn lên như kết tinh:

+ Mầm tạo giữa hai pha α và XeII

+ Bề mặt phân chia giữa a và XeII nhiều
số mầm tạo thành cũng rất nhiều
hạt γ mới tạo thành rất nhỏ mịn

Quá trình hình thành và phát triển mầm γ từ P tấm

- Các hạt γ mới hình thành thường có dạng hạt ñẳng trục nhỏ có kích thước không ñều nhau, tiếp tục giữ nhiệt các hạt γ sẽ tiếp tục lớn dần lên theo phương thức mặt biên giới các hạt lớn dịch chuyển lấn dần về phía các hạt nhỏ, hòa tan chúng
kích thước các hạt lớn hơn và ñều nhau hơn Quá trình này là quá trình giảm năng lượng bề mặt nhờtổng diện tích bề mặt biên giới hạt giảm

- Xu thế lớn lên của hạt tinh thể chỉ thực hiện ñược ñến mức ñộ nhất ñịnh:

+ nhiệt ñộ nung thấp: thời gian giữ nhiệt ảnh hưởng tới

sự lớn lên của hạt không nhiều;

+ tăng nhiệt ñộ nung: dγ sau khi nung tăng rất nhanh

- Hạt γ sau khi hình thành tiếp tục lớn lên khi nung tiếp

hoặc kéo dài thời gian giữ nhiệt
trong thực tế sản

xuất, tuỳ thuộc vào ñiều kiện nung
thu ñược kích

thước hạt austenit khác nhau
Kích thước hạt thực tế

- Tính chất cơ học sau nhiệt luyện phụ thuộc rất nhiều

vào ñộ hạt thực tế của γ

Kích thưc ht ban ñu, kích thưc ht thc t

Tổ chức hạt g khi chuyển biến P → g vừa kết thúc (α

trong P vừa chuyển biến hết)
ñộ hạt ban ñầu

1) ðộ hạt ban ñầu: tổ chức peclit trước khi nung càng nhỏmịn, tốc ñộ nung càng nhanh sẽ cho hạt γ càng nhỏ

2) Nhiệt ñộ nung cao nhất và thời gian giữ nhiệt

Nhiệt ñộ nung cao nhất càng cao, thời gian giữ nhiệt càng dài
hạt γ lớn (ñặc biệt là nhiệt ñộ)

3) ðộ nhạy cảm của tốc ñộ lớn lên γ theo Tn: phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hoá học của thép và phương pháp khử ôxy nước thép khi nấu luyện

Kích thước hạt thực tế phụ thuộc vào các yếu tố:

- Tn < 940oC: ít nhạy cảm với nhiệt ñộ nung
nhóm thép hạt

di truyền nhỏ (Thép C dùng nhôm ñể khử ôxy triệt ñể trong nước thép thường là thép hạt di truyền nhỏ

Theo TCVN: thử nghiệm ñộ nhạy cảm nhiệt ñộ khi nung thép như sau: nung ở 930oC (1 ÷ 3h), nếu hạt lớn cấp 4 trở xuống

nhóm thép hạt di truyền lớn, nếu hạt nhỏ từ cấp 4 trở lên

nhóm thép hạt di truyền nhỏ

Tn > 940 ÷ 1000oC: thép lặng khử ôxy bằng Al có thể xảy ra hạt γ lớn nhanh do Al2O3 và AlN bị hoà tan;

Tn >1000÷1140oC: các thép hợp kim chứa Ti, Nb, V, có thểxảy ra hạt γ lớn nhanh do cacbit ñặc biệt trên cũng bị hoà tan không còn tác dụng cản trở hạt γ lớn lên

ht di truyn

Dùng ñể ñánh giá ñộ nhạy cảm lớn lên của hạt γ theo Tn:

AC

ThÐp di truyÒn h¹t lín

ThÐp di truyÒn h¹t nhá

24

II.4 ðặc ñiểm chuyển biến khi nung thép khác cùng tích

- Tổ chức ban ñầu bao gồm α + P

- Tn = (A1 - A3): ngoài chuyển biến P → γ còn có chuyển biến của α trước cùng tích
γ, quá trình này sẽ dừng lại khi lượng α trước cùng tích còn lại ñúng bằng lượng cân bằng tính theo quy tắc tay ñòn

- Tn > A3: α hoàn toàn chuyển biến thành γ

a ðối với thép trước cùng tích

27

- Tổ chức ban ñầu là P +XeII

- Tn = (A1 – Acm): P → γ và XeII hoà tan vào γ và lượng XeIIcòn dư cũng tuân theo quy tắc tay ñòn

- Tn > Acm: XeII hoà tan hết vào γ

Thông thường khi còn cacbit dư chưa hoà tan hết, các hạt

γ sẽ lớn lên rất chậm do sự dịch chuyển của bề mặt biên giới hạt γ bị sự cản trở của các hạt cacbit

b ðối với thép sau cùng tích

29

III Chuyển biến của austenit khi nguội chậm

III.1 Chuyển biến của γγγγ khi nguội ñẳng nhiệt

chuyển biến chỉ xảy ra với ñộ

quá nguội: khi ñó GP<Gγ

- P có dạng tấm: các tấm

mỏng ferit (α) và Xe

(Fe3C) song song xen kẽ

nhau
khối có dạng quả

cầu peclit

- Chiều dày trung bình

của các tấm là thông số

ñặc trưng quan trọng nhất

của tổ chức peclit Tổ chức Peclit tấm

- Tng = 727-640oC: Feγ(C)0,8%C
[Feα + Xe]0,8%C

trong khoảng (14 ÷ 33) HRC (ñộ nhỏ mịn của peclit)ðộ dày So cặp F-Xe

- Dưới kính hiển vi quang học với ñộ phóng ñại 200 ÷ 400 lần có thể phân biệt ñược các tấm trong tổ chức peclit

Sản phẩm chuyển biến là P: gồm các tấm mỏng ferit xêmemtit song song xen kẽ nhau, với các ñộ dày tấm P khác nhau:

-+) (640 ÷ 600)oC
Tổ chức Xoocbit (X), So = (3-4)10-7m,

ñộ cứng 33÷40HRC

+) 600 ÷ 440)oC
Tổ chức trustit (T), So = (1÷2)10-7m, ñộcứng 40 ÷ 42 HRC

Tng = 440oC - Mñ (ñiểm mactenxit) - với thép cacbon cùng tích, Mñ = 220oC): chuyển biến của austenit ñược gọi làchuyển biến trung gian hay chuyển biến bainit (B)

2) Chuyn bin trung gian 440 - Mñ - chuyn bin bainit (B)

Tổ chức bainit: gồm bainit trên Bt và bainit dưới Bd

Bt: 440 ÷ 340oC: ferit hình kim lớn phát triển thành chùm song song, Fe3C dạng hình que nhỏ phân tán dọc theo bềmặt các kim
cơ tính thấp, tính dẻo dai kém, do vết nứt pháhuỷ dễ phát triển theo các mặt kim ferit thô

Bd: 340 ÷ 220oC: ferit hình kim cắt nhau với góc khoảng 60o, Fe3C có dạng hình que rất nhỏ ñược phân tán trong các kim ferit
cơ tính tổng hợp rất tốt, hiện nay ñang ñược ứng dụng rộng rãi trong nhiệt luyện thép

Bainit trên, x500

Bainit dưới, x500

3) Chuyn bin ca austenit  vùng dưi ñim Mñ

Tng < Mñ (220oC - thép cacbon cùng tích): chuyển biến xảy ra theo cơ chế trượt trực tiếp từ mạng LPDT
LPTT

dung dịch rắn quá bão hoà cacbon trong Feα (cao quágiới hạn hoà tan của C trong Feα): C chui vào lỗ hổng khối tám mặt quá mức làm mạng tinh thể biến thành mạng chính phương, tức c > a
tổ chức mactenxit (M)

- Tỷ số c/a gọi là ñộ chính phương của mạng, nó ñặc

trưng cho ñộ quá bão hoà cacbon: c/a càng lớn
ñộ

cứng của M càng cao

+ C>0,6%: kim M có hai ñầu nhọn, chứa nhiều song tinh

M song tinh, ñộ cứng cao hơn, song ñộ dai kém hơn mactenxit lệch mạng

Giản ñồ chuyển biến ñẳng nhiệt của γ quá nguội

cho thép cùng tích

Giản ñồ chuyển biến ñẳng nhiệt của γ quá nguội

cho thép cùng tích

Gin ñ ch “C” có 5 vùng:

Vùng 1: >727oC: γ ổn ñịnh

Vùng 2: bên trái chữ “C” ñầu tiên: γ quá nguội

Vùng 3: giữa 2 chữ “C”: γ ñang chuyển biến (hỗn hợp cả γ,

III.2 Sự phân hóa γγγγ khi nguội liên tục thép cùng tích

ðc ñim s phân hóa austenit:

III.3 Giản ñồ TTT thép khác cùng tích

Giản ñồ chuyển biến ñẳng nhiệt của γ quá nguội

cho thép khác cùng tích

+) Giản ñồ có thêm nhánh phụ biểu diễn sự tiết ra F (TCT)

và XeII (SCT), thêm ñường ngang A3 (TCT) hoặc Acm

(SCT)

+) Khi nguội ñẳng nhiệt với ñộ quá nguội ngỏ (ñường 1)

hoặc nguội chậm liên tục (ñường 2): γ quá nguội tiết F

(TCT) hoặc XeII (SCT) trước, sau ñó mới phân hóa ra ñến hỗn hợp F+Xe

+) Khi nguội ñủ nhanh V3 (ñường 3) (Vng không cắt nhánh phụ), γ quá nguội
[F+Xe] dưới dạng X, T, B (B chỉ khi

nguội ñẳng nhiệt): thép không có thành phần 0,8% vẫn tiết

ra F+Xe
cùng tích giả

IV Chuyển biến của γ γ γ khi nguội nhanh – Chuyển biến

Mactenxit (khi tôi)

IV.1 Chuyển biến M

IV.2 Bản chất của mactenxit

- ðặc ñiểm M:

- Mactenxit là dung dịch rắn quá bão hòa C trong Feα

+ do quá bão hòa C
M có kiểu mạng tinh thể

chính phương thể tâm (c>a)

+ ðộ chính phương c/a = 1,001-1,006
xô lệch

mạng rất lớn
M rất cứng

Ô cơ sở của mạng tinh thể mactenxit

IV.3 ðặc ñiểm chuyển biến mactenxit

ðường cong ñộng học chuyển biến mactenxit

IV.4 Cơ tính của mactenxit

ðặc trưng bởi tính cứng và giòn:

56

Tổ chức tế vi của mactenxit và austenit dư

V Chuyển biến khi nung thép ñã tôi (Ram thép)

V.1 Khái niệm ram

- Ram là nguyên công nhiệt luyện bao gồm nung nóng thép ñã tôi có chuyển biến thù hình ñến nhiệt ñộ dưới Ac1, giữ nhiệt và sau ñó làm nguội chậm

- Giảm hoặc khử ứng suất và giảm tính giòn của thép sau tôi

- Tùy thuộc nhiệt ñộ ram ñể ñiều chỉnh cơ tính cho phùhợp với ñiều kiện làm việc cụ thể của chi tiết máy và dụng cụ

V.2 Mục ñích của ram

V.3 Chuyển biến xảy ra khi ram

- Sử dụng phương pháp ño ñộ giãn nở ñể phân tích các pha tạo thành trong quá trình ram

- Nguyên lý ño: dựa trên sự khác nhau về thể tích riêng của P, M, A: VM>VP>VA

- Khi nung thép tôi (M+Adư):

+ thể tích mẫu giảm: M
P

+ thể tích mẫu tăng: A
P

Sự thay ñổi chiều dài mẫu của thép ñã tôi (ñường a)

và của thép ủ (ñường b) khi nung nóng

4 giai ñon ca quá trình chuyn bin khi ram thép:

62

Tổ chức tế vi của mactenxit ram

Tổ chức tế vi trustit ram

Tổ chức tế vi xoocbit ram

-Thép qua tôi và ram ñạt tổ chức mactenxit ram vẫn giữ ñược ñộ cứng cao của trạng thái tôi, nhưng ít bị gãy vỡ

- Tổ chức trustit ram không có ứng suất dư với các hạt

xementit nhỏ mịn phân tán, vẫn giữ ñược ñộ cứng tốt,

ảnh hưởng tốt ñến tính ñàn hồi hơn hẳn trustit tôi tạo

thành do austenit phân hóa trực tiếp có xementit ở dạng

tấm

- Xoocbit tôi ñược tạo thành trực tiếp từ austenit bao giờ

cũng cho Xe ở dạng tấm
giảm tính dẻo

- Xoocbit ram do xementit ở dạng hạt
ñộ dẻo cao hơn

- Khi ram thép, ñộ dai va ñập nói chung tăng lên theo sự

tăng của nhiệt ñộ ram

V.4 Ảnh hưởng của tôi và ram ñến cơ tính của thép

Ủ thép là dạng công nghệ nhiệt luyện gồm nung thép ñến một nhiệt ñộ nhất ñịnh (có thể cao hơn hay thấp hơn nhiệt ñộ tới hạn Ac1 tuỳ theo mục ñích ủ), sau khi giữ nhiệt cho thép nguội chậm với tốc ñộ thích hợp ñể

cải tạo tổ chức hoặc tính chất thép về gần với trạng thái cân bằng, khắc phục những khuyết tật về tổ chức hoặc những trạng thái không cân bằng do các khâu gia công trước ñể lại, sau ñó nguội chậm (thường là theo lò)

VI Công nghệ nhiệt luyện thép

VI.1 Ủ thép

Ủ thép là dạng công nghệ nhiệt luyện gồm nung thép ñến một nhiệt ñộ nhất ñịnh, có thể cao hơn (ủ chuyển biến pha) hay thấp hơn (ủ không chuyển biến pha) nhiệt

ñộ tới hạn Ac1, sau khi giữ nhiệt cho thép nguội chậm với tốc ñộ thích hợp ñể cải tạo tổ chức hoặc tính chất thép về gần với trạng thái cân bằng, khắc phục những khuyết tật về tổ chức hoặc những trạng thái không cân bằng do các khâu gia công trước ñể lại (thường nguội theo lò)

VI Công nghệ nhiệt luyện thép

VI.1 Ủ thép

1 Khái niệm