Qui trình Nhiệt luyện trục thép C45; SCM440

5.1.ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ. ·Thuộc nhóm 1: gia công ở điều kiện áp suất và nhiệt độ cao. Ap suất khoảng 1000 kg/cm2, nhiệt độ khoảng 150 – 2000C. Vật liệu ở trạng thái chảy nhớt khi gia công. Tuy nhiên để có thể định hình được phôi đùn độ nhớt của polime nóng chảy phải đủ cao, thường không nhỏ hơn 3000 poise. ·Phương pháp tạo hình liên tục, năng suất cao. ·Sản phẩm được định hình theo hai chiều, do đó độ chính xác kích thước sản phẩm phụ thuộc nhiều yếu tố: chế độ gia công, chế độ xử lý phôi đùn. ·Sản phẩm đa dạng. ·Thiết bị có thể sử dụng cho nhiều mục đích.

CHƯƠNG 1 :KHÁI QUÁT VỀ HỘP SỐ VÀ NGUYÊN

TẮC LỰACHỌN VẬT LIỆU

1) Công dụng và yêu cầu của hôïp số

a) Công dụng

Truyền và thay đổi momen từ động cơ đến các bánh xe chủ động

Cắt truyền từ động cơ đến bánh xe chủ động trong thời gian dài(số 0)

Đảm bảo cho ôtô chuyển động lùi

b) Yêu cầu

Có dãy tỷ số truyền hợp lý để đảm bảo tính động lực học và tính kinh tế nhiên liệu cho ôtô

Chuyển số êm dịu

Dể điều khiển

2) Phân loại hộp số

Căn cứ vào phương pháp thay đổi tỷ số truyền,hộp số được chia ra:

 Hộp số vô cấp

 Hộp số có cấp(chỉ tính cấp số tiến):3 cấp,3 cấp,5 cấp…

Căn cứ vào phương pháp điều khiển,hộp số được chia ra:

 Hộp số điều khiển bằng tay

 Hộp số điều khiển tự động

Căn cứ vào kết cấu,hộp số chia ra:

 Hộp số 3 trục (sơ cấp,thứ cấp và trung gian)

 Hộp số 2 trục (sơ cấp và thứ cấp) Hiện nay hộp số 3 trục với các bánh răng trục,răng thẳng và răng nghiêng được sử dụng rộng rãi cho ôtô

 Đây là khâu quan trọng nhất nhưng lại ít được chú ý nhất.Việc chọn vật liệu đòi hỏi phải cókiến thức tổng hợp về công nghệ gia công,tổ chức và tính chất của vật liệu.Trên cơ sở phântích điều kiện làm việc của chi tiết ta đề ra yêu cầu về đặc điểm độ bền lớn nhất và khả năng làm việc lâu dài.Khi chọn vật liệu ta cũng tính tới các yêu cầu sau:

Mác vật liệu được chọn phải đảm bảo sau khi nhiệt luyện thì chi tiết đạt được độ bền,độ dẻo,độ dai va đập…để chi tiết có khả năng làm việc lâu dài,tin cậy,không bị phá hỏng trong lúc vận hành

Mác vật liệu được chọn phải đảm bảo tín công nghệ trong quá trình sản xuất chi tiết

Mác vật liệu phải chứa một lượng hợp kim nhất định,nhất là các nguyên tố đắt tiền như:Ni,Mo,V…nhưng vẫn đạt đươc tính chất yêu cầu

Điều kiện làm việc của chi tiết như lực tác động lên chi tiết,lực ma sát

Môi trường làm việc:nhiệt độ,hoạt tính môi trường

Kích thước hình học,độ phức tạp của hình dáng

Các yêu cầu về lý tính:khối lượng riêng,độ dẫn nhiệt,khả năng ổn định kích

thước,tính chất từ

Khả năng tìm kiếm,sản xuất vật liệu trên thị trường,giá cả,dự kiến các vật liệu thay thế

Khả năng gây ô nhiểm môi trường của các công nghệ cũng như sản phẩm khi đem sử dụng

 Sau khi so sánh,đánh giá các yếu tố trên,lựa chọn khoảng 2 phương án khả thi nhất.Sự so sánh này dựa vào:

 Tính chất vật lý

 Thành phần hoá học

 Cơ tính,tính bền nhiệt,ăn mòn…

 Tính công nghệ:tính đúc,hàn,cắt gọt…

 Tính chất hoá học

 Các tính chất khác

Để việc lựa chọn vật liệu đơn giản ta dựa vào điều kiện làm việc của chi tiết

1) Điều kiện làm việc

o Hộp số có 3 loại trục cơ bản:trục chủ động,trục bị động và trục trung gian.Các loại trục baynh răng hộp số là loại chi tiết chịu tải trọng cao và phức tạp.toàn bộ động lực của động cơ phát ra được truyền qua các trục và bánh răng hộp số tới trục truyềnđộng rồi tới cầu sau làm quay bánh xe.Do vậy trục hộp số là chi tiết chịu tải

nặng,yêu cầu độ bền cao.Ngoài ra trong quá trình ôtô chuyển động thường xảy ra tăng giảm tải đột ngột,do đó trục hộp số cũng chịu tải trọng va đập.Do có bánh răng trượt lên,trục hộp số cũng phải có tính chống mài mòn cao

2) Chọn vật liệu

o Với điều kiện làm việc như vậy,vật liệu làm trục hộp số là các loại thép kết cấu tốt như:35Cr,40Cr,25CrMo,18CrMnTi,30CrMnTi…

o Có nhiều phương án chọn vật liệu.Phương án thứ nhất là dùng thép hợp kim có cacbon trung bình như:35,40Cr…rồi hóa bền bề mặt bằng cách thấm xyanua.Lớp thấm xyanua dày hay ít là tuỳ thuộc vào tải trọng và loại xe.Ở những xe chịu tải trọng nhẹ như các xe du lịch,lớp thấm chỉ yêu cầu mỏng 0,2-0,4mm;còn những xe vận tải phải dày hơn 0,5-0,8mm.Độ cứng bề mặt đạt được sau khi thấm trong khoảng 50-60HRC,còn trong lõi từ 30-40HRC.Trong 3 trục kể trên,nói chung trục bị động cũng có yêu cầu cao không kém trục chủ động hay trục trung gian,trong 1 số trường hợp có thể giảm bớt yêu cầu

o Phương án hai:Đối với ôtô tải nặng hơn,yêu cầu về chịu tải cao hơn và lớp hóa bền phải dày hơn nên không thể dùng thép cacbon trung bình đem thấm xyanua.Vì vậy phải chọn vật liệu tốt hơn:thép hợp kim hóa phức tạp có cacbon thấp như:18CrMnTi,30CrMnTi,25CrMnTi,25CrMnMo…Trong các mác thép trên Mn là nguyên tố thay thế cho Ni làm tăng độ thấm tôi và giảm sự tập trung quá cao ở bề mặt.Còn Ti và Mo làm nhỏ hạt nên có thể thấm cacbon ở nhiệt độ cao 920-9500C và

do vậy rút ngắn thời gian thấm.Cơ tính của thép thấm cacbon sau khi thấm cacbon ở độ sâu 1-1,2mm,tôi và ram thấp

• Độ cứng bề mặt:59-63HRC,lõi 30-42HRC,trên rãnh <32HRC

• Độ dai va đập:700-1200KJ/m2

• Độ bền kéo: σb = 600-1200Mpa

SVTH :THÁI VÕ QUỐC DŨNG 2

Thành phần hóa học của mác thép

II.Mục đích

 Làm giảm độ cứng của thép để dễ tiến hành gia công cắt gọt

 Làm tăng độ dẻo để tiến hành dập,cán và kéo thép ở trạng thái nguội

 Làm giảm hay mất ứng suất bên trong sau các nguyên công gia công cơ khí như:mài,quấn nguội,cắt gọt,đúc hàn…

 Làm đồng đều thành phần hoá học trên toàn tiết diện của vật đúc thép bị thiên tích

 Làm nhỏ hạt nếu nguyên công trước làm hạt lớn

 Chuẩn bị thích hợp cho các nguyên công gia công cơ hay nhiệt luyện tiếp theo

I Định nghĩa và mục đích

Thấm cacbon là phương pháp nhiệt luyện làm bão hòa cacbon vào bề mặt của thép cacbon thấp(thường là 0,1-0,25%C)để tiếp theo tôi và ram thấp làm bề mặt(với hàm lượng cacbon cao khoảng 0,8-1,2%C)có độ cứng,độ bền cao,còn lõi (với hàm lượng cacbon thấp)vẫn dẻo,daiMục đích của thấm cacbon là làm cho bề mặt của thép cứng tới trên 60 HRC,có tính chống màimòn cao,chịu mỏi tốt ,còn lõi vẫn giữ được tính dẻo dai của thép ban đầu đem thấm.Do đó chi tiết thấm cacbon là chi tiết chịu tải trọng va đập mà bề mặt chịu ma sát.Cần chú ý là chi tiết chỉ đạt được mục đích đó nếu sau khi thấm cacbon chi tiết được tôi và ram thấm

Để đạt được mục đích trên,lớp thấm và lõi phải đạt được các yêu cầu sau đây:

Hàm lượng cacbon ở lớp bề mặt phải đạt tới 0,8-1,2%C,thấp hơn giới hạn này sau khi tôi chi tiết không đủ độ cứng và tính chống mài mòn.Khi cao hơn giới hạn này lớp thấm có thể bị dòn tróc,làm giảm giới hạn bền mỏi của chi tiết.Thực nghiệm chỉ rõ là với nồng độ cacbon của lớp thấm như vậy,chi tiết vừa có độ cứng,độ chống mài mòn tốt,vừa đạt được độ bền lớn nhất

Độ cứng của lớp bề mặt sau khi thấm cacbon và nhiệt luyện phải đạt 58-60HRC

Tổ chức tế vi của lớp bề mặt và lõi sau khi thấm,tôi và ram thấp phải đạt:bề mặt là mactenxít và các phần tử cacbít nhỏ mịn,phân bố đều không cho phép cacbít tích tụ lớn ở dạng liên tục quanh biên giới hạt,lõi là mactenxít và không có ferit hoặc các tổ chức trung gian nào khác

Hạt nhỏ cấp 5-8

Độ bền mỏi của chi tiết đạt được cao nhất khi chiều dày lớp khuếch tán khảng 10-15%chiều dày của tiết diện được hóa bền

II.Thép dùng để thấm cacbon

Thép thấm cacbon thường dùng các loại thép cacbon và hợp kim thấp ,dùng để chế tạo các chi tiết truyền lực(bánh răng,cam,chốt xich,trục…)đòi hỏi trong lõi dẻo,dai,chịu va đập.Sau khi thấm cacbon,tôi và ram thấp lõi có độ dẻo dai cao,bề mặt cứng,chịu được mài mòn tốt

SVTH :THÁI VÕ QUỐC DŨNG 4

Đặc điểm về thành phần hóa học :

Về thành phần cacbon:để đảm bảo lõi chi tiết có độ dai va đập cao,thành phần cacbon của thép phải nằm trong giới hạn 0,1-0,3%C

Về các nguyên tố hợp kim:Đối với thép cacbon,các nguyên tố hợp kim ngoài khả nănglàm tăng tính thấm tôi còn có tác dụng thúc đẩy sự khuếch tán cacbon vào thép và không làm hạt lớn,thường là các nguyên tố tạo cacbít:Cr,Mn,Mo,Ti…Không dùng loại thép hợp kim chỉ có Mn vì nó làm hạt lớn.Nguyên tố Ni ngoài tăng độ thấm tôi còn có tác dụng giữ cho hạt nhỏ và tăng mạnh độ dai va đập,các thép thấm cacbon tốt nhất cóthể chứa 2-4%Ni

Các nguyên tố Si,Co không được coi là nguyên tố hợp kim đối với thép thấm

cacbon,vì chúng ngăn cản cacbon khuếch tán vào thép

Sự khác nhau về chất lượng giữa thép cacbon và thép hợp kim để thấm cacbon là thép hợp kim có độ thấm tôi lớn hơn nên độ bền lõi cao hơn,ít biến dạng khi tôi và làm được các chi tiết có kích thước lớn hơn,có thể thấm ở nhiệt độ cao hơn.Khi độ cứng bề mặt như nhau tính chống mài mòn của thép hợp kim cao hơn do tạo nên cacbít ổn định với độ phân tán cao

Cơ tính của thép cacbon sau khi thấm cacbon,tôi và ram thấp như sau:

Độ cứng bề mặt:59-63HRC

Độ dai va đập:ak=700-1200kj/m2

Độ bền kéo:σb=600-700MPa

Các mác thép chứa Crôm-mangan-titan bao gồm các số hiệu :

18CrMnTi,25CrMnTi,30CrMnTi,25CrMnMo trong đó Mn là nguyên tố thay thế cho Ni làm tăng độ thấm tôi và giảm sự tập trung của cacbon quá cao ở bề mặt,còn Ti làm nhỏ hạt được dùng để chế tạo hàng loạt chi tiết quan trọng của ôtô máy kéo

III Sự tạo thành lớp thấm cacbon

 Nhiệt độ và thời gian thấm là những yếu tố quan trọng,có ảnh hưởng quyết định tới chất lượng của quá trình thấm

 Nguyên tắc chọn nhiệt độ thấm cacbon là sao cho tại đó thép có tổ chức hoàn toàn

austenit,vì chỉ có tổ chức này mới có khả năng hòa tan nhiều cacbon.Đối với thép cacbon thấp(<0,25%),điểm A3 của nó khoảng 8800C,như vậy khi thấm cacbon phải tiến hành ở nhiệt độ >9000C

 Ta đã biết nhiệt độ càng cao quá trình khuếch tán diễn ra càng mạnh,càng chóng đạt được chiều sâu lớp thấm,do vậy ta thường chọn nhiệt độ thấm cao.Tuy nhiên khuynh hướng này

bị giới hạn,bởi vì khi tăng nhiệt độ thấm hạt austenit sẽ lớn,do đó làm tăng tính dòn của thép

 Thấm cacbon thường được tiến hành ở 900-9500C tuỳ thuộc loại thép di truyền hạt lớn hay hạt nhỏ.Đối với thép được hợp kim hóa bằng các nguyên tố hợp kim làm hạt nhỏ,có thể thấm ở 930-9500C mà không sợ làm hạt lớn.Đối với các loại thép di truyền hạt lớn,thấm ở 900-9200C

 Thời gian thấm chủ yếu phụ thuộc vào chiều dày lớp thấm yêu cầu,nhiệt độ thấm và môi trường thấm:

 Chiều dày lớp thấm càng lớn,thời gian thấm càng dài

 Nhiệt độ càng cao,thời gian thấm càng ngắn.Nhiệt độ thấm phụ thuộc vào loại thép đem dùng

 Môi trường thấm khác nhau,thời gian thấm cũng khác nhau.Thấm trong môi trường lỏng thời gian thấm ngắn nhất,sau đó đến môi trường khí và dài nhất là môi trường rắn

 Khi thấm cacbon,đầu tiên các nguyên tử cacbon được tạo thành ở bề mặt thép có hoạt tính cao bị hấp thụ và khuếch tán vào lớp bề mặt đến chiều dày nhất định.Nguyên tử cacbon khuếch tán vào mạng tinh thể austenit làm thành phần pha này tăng lên.Nếu thấm cacbon tiến hành ở 9000C,thường nồng độ cacbon đạt đến trên 1,2%C,tức là ứng với giới hạn hòa tan của cacbon trong austenit ở 9000C

 Khi thấm với thời gian giữ nhiệt đủ lâu sẽ đạt được giới hạn bão hòa của cacbon trong austenit.Thông thường ở nhiệt độ thấm,lớp thấm có tổ chức austenit;khi làm nguội chậm nó phân hủy thành hỗn hợp ferit và xêmentit.Nồng độ cacbon trong lớp thấm thay đổi từ bềmặt ngoài vào trong lõi

 Sau khi làm nguội chậm,tổ chức lớp thấm thay đổi từ ngoài vào trong:lõi có tổ chức của thép ban đầu,tiếp theo hàm lượng cacbon tăng dần và cuối cùng là lớp bề mặt có tổ chức của thép sau cùng tích.Có các vùng:

 Trước cùng tích:P+F

 Cùng tích:P

 Sau cùng tích:P+XeII

 Chiều sâu lớp thấm cacbon là khoảng cách từ bề mặt đến nửa vùng chuyển tiếp.Nồng độ cacbon trong lớp thấm thường vào khoảng 0,8-1,1%,nếu nồng độ cacbon cao hơn nữa sẽ làm xấu cơ tính của lớp thấm

IV Thấm cacbon thể khí

 Các ưu điểm của phương pháp thấm cacbon thể khí

 Rút ngắn đáng kể thời gian thấm

 Thiết bị cho phép tăng nhanh quá trình sản xuất,tăng năng suất lao động

 Chất lượng tốt do đảm bảo khống chế được nồng độ cacbon ở lớp bề mặt theo yêu cầuSVTH :THÁI VÕ QUỐC DŨNG 6

 Chất thấm cacbon thể khí chủ yếu là:

 Oxýt cacbon (CO)

 Cacbua hydrô bão hòa CnH2n+2

 Cacbua hydrô không bão hòa CnH2n

 Hoạt tính của oxyt cacbon giảm khi tăng nhiệt độ,còn hoạt tính của cacbua hydrô thì ngược lại,vì thế trong thực tế hay dùng hỗn hợp của 2 loại khí này

 Các phản ứng xảy ra khi thấm cacbon thể khí:

 Đối với oxyt cacbon:

 Không dùng hỗn hợp khí chỉ gồm CO,CH4 và các hydrô cacbon khác để thấm vì như vậy tạo ra nhiều cacbon nguyên tử và lớp thấm có nồng độ cacbon quá cao.Hỗn hợp thấm cacbon thường dùng ngoài các thành phần khí có tác dụng thấm như CO,CH4 và các hydrô cacbon khác vẫn phải có một lượng nhất định các thành phần khí khác như CO2,N2,H2,O2 là những khí cố ý đưa vào hoặc lẫn vào để điều chỉnh nồng độ khí thấm nhằm khống chế hàmlượng cacbon ở lớp bề mặt thép

 Điều chỉnh nồng độ cacbon ở lớp bề mặt bằng cách điều chỉnh lượng nhỏ giọt dầu hỏa theo từng giai đoạn Trong giai đoạn đầu tiên (khoảng 1/3 thời gian ) người ta nhỏ một lượng dầutương đối lớn,do đó bề mặt có hàm lượng cacbon cao;sau đó trong giai tiếp theo (khoảng 2/3 thời gian) với lượng nhỏ dầu ít hơn rất nhiều chỉ đủ để chi tiết khỏi thoát cacbon.Lúc đó quá trình xảy ra chủ yếu là khuếch tán,đảm bảo cacbon phân bố hợp lý trong toàn chi tiết

Làm nguội cu

Quy trình thấm cacbon thể khí bằng dầu hoả

120-130 giọt/phút 40-60 giọt/phút giọt/phút40-60

Tn 1/3 Tgiữ 2/3 Tgiữ Tgiữ

860°C

V Nhiệt luyện sau khi thấm cacbon

Để nhận được tổ chức và tính chất cần thiết cho lớp bề mặt cũng như trong lõi:bề mặt đạt độ cứng và tính chống mài mòn cao,lõi phải đủ độ bền và có tính dẻo dai tốt,sau khi thấm cacbon phải tiến hành tôi và ram thấp.Tuy nhiên đối với từng trường hợp cụ thể có thể áp dụng các phương án khác nhau

1) Tôi hai lần + ram thấp

 Khi dùng thép thông thường để thấm cacbon,do giữ nhiệt lâu ở nhiệt độ thấm nên thép có hạt lớn.Nhiệt luyện sau khi thấm cacbon không những phải đảm bảo bề mặt cứng mà còn phải khắc phục được khuyết tật đó.Tôi lần thứ nhất cho lõi để làm nhỏ hạt;tôi lần thứ hai cho bề mặt để đạt độ cứng cao.Rõ ràng là nhiệt độ của hai lần tôi phải khác nhau,vì lõi là thép trứơc cùng tích có nhiệt độ tôi cao hơn bề mặt là thép sau cùng tích vàcùng tích

Tôi lần 1 ở nhiệt độ 880-9000C

Tôi lần 2 ở nhiệt độ 760-7800C

Ram thấp ở nhiệt độ 160-1800C

 Phương án tôi hai lần và ram thấp cho cơ tính tốt (hạt nhỏ,độ dẻo lõi cao,bề mặt

cứng),nhưng có nhược điểm:nung nóng và làm nguội nhiều lần dễ sinh oxy hoá,thoát cacbon,nứt và biến dạng,chu trình công nghệ dài ,tốn kém hơn;do vậy chỉ áp dụng cho những chi tiết quan trọng,có yêu cầu cao về cơ tính

2) Tôi một lần +ram thấp

 Đối với chi tiết ít quan trọng ,làm bằng thép cacbon hoặc hợp kim thấp có thể áp dụng phương pháp tôi một lần và ram thấp.Sau khi thấm,thép được làm nguội ngoài không khírồi đem nung nóng lại để tôi.Đối với chi tiết không quan trọng hoặc chịu tải nhỏ,nhiệt độtôi lấy trong khoảng 820-8500C.Đối với chi tiết chỉ cần độ cứng bề mặt cao,nhiệt độ tôi khoảng 760-7800C.Đối với chi tiết yêu cầu cơ tính cao,nhiệt độ tôi khoảng 860-8800C sẽ có tác dụng làm nhỏ hạt phần nào.Sau khi tôi cũng tiến hành ram thấp

3) Tôi trực tiếp và ram thấp

 Đối với thép có bản chất hạt nhỏ,dù giữ nhiệt ở nhiệt độ cao,hạt vẫn giữ được kích thướcbé,do đó không cần nguyên công nhiệt luyện làm nhỏ hạt và có thể tiến hành tôi trực tiếp ngay sau khi thấm cacbon mà không cần nung nóng lại.Cách tôi như vậy rút ngắn rất nhiều chu trình nhiệt luyện và dễ cơ khí hóa,tự động hóa cho năng suất cao.Có hai cách tôi trực tiếp

 Có thể tôi trực tiếp từ nhiệt độ thấm cacbon,tức khoảng 900-9500C.Cách này ít dùng vì cho biến dạng tương đối lớn

 Thường dùng cách tôi trực tiếp với hạ nhiệt,tức là hạ nhiệt từ nhiệt độ thấm xuống đến khoảng 850-8600C rồi mới làm nguội trong môi trường tôi.Cách tôi này đảm bảo chi tiết thấm cacbon có độ cong vênh thấp

SVTH :THÁI VÕ QUỐC DŨNG 8

VI Tổ chức và cơ tính của chi tiết thấm cacbon

 Sau khi nhiệt luyện như vậy toàn bộ chi tiết thấm cacbon có tổ chức mactenxit ram.Ở bề mặt do nồng độ cacbon cao,mactenxit có độ cứng cao cùng với lượng cacbít dư nhất định đảm bảo cho thép có tính chống mài mòn cao;trong lõi do thành phần cacbon thấp ,mactenxit có có độ cứng trung bình với độ bền tốt và độ dẻo tương đối cao

 Độ cứng bề mặy của chi tiết thấm cacbon phải đạt 60-63HRC,độ cứng của lõi 30-40 HRC

 Lớp thấm cacbon cũng tạo nên được ứng suất nén dư ở lớp bề mặt do đó nâng cao được giới hạn bền mỏi

 Cũng cùng mục đích là hóa bền bề mặt,chi tiết thấm cacbon có một số ưu việt sau so vớitôi bề mặt:

Chi tiết thấm cacbon có độ cứng bề mặt cao hơn và do đó tính chống mài mòn tốt hơn,vì thế thường chọn thấm cacbon cho điều kiện làm việc nặng hơn

Có thể áp dụng cho chi tiết có hình dáng phức tạp Lớp nói chung đều hơn so với tôi bề mặt.Chú ý là những chỗ không cần phải thấm ta dùng phương pháp mạ đồng và một số dạng chất phủ khác để chống thấm

CHƯƠNG 4: TÔI THÉP

I Định nghĩa và mục đích

1) Định nghĩa

Tôi thép là phương pháp nhiệt luyện bao gồm nung nóng chi tiết đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn AC1 hoặc AC3 tuỳ thuộc vào loại thép để làm xuất hiện tổ chức austenit,sau khi giữ nhiệt chi tiết được làm nguội nhanh thích hợp để austenit chuyển thành mactenxit hay các tổ chức không ổn định khác có độ cứng và độ bền cao như bainit,trutit khi tôi đẳng nhiệt

2) Mục đích

 Nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn của thép,do đó kéo dài thời hạn làm việc của các chi tiết chịu mài mòn.Như đã biết ,độ cứng của thép phụ thuộc vào hàm lượng cacbon;thép có hàm lượng cacbon quá thấp(<0,25%) khi tôi có độ cứng không cao,không

Thấm C Tôi lần 2

Tôi hai lần +ram thấp

đủ chịu mài mòn.Vậy muốn đạt được mục đích này thép dùng để tôi phải là thép có hàmlượng cacbon trung bình và cao

 Nâng cao độ bền,do đó nâng cao được khả năng chịu tải của chi tiết máy.Trong thực tế,người ta thực hiện tôi thép cho các chi tiết quan trọng(chịu tải nặng,chóng

mòn,gãy),các chi tiết quyết định khả năng làm việc lâu dài của máy.Nguyên công tôi thép chiếm vị trí đăïc biệt quan trọng trong nhiệt luyện thép vì các lý do sau:

Cùng với ram,nó quyết định cơ tính của thép phù hợp với điều kiện làm việc,do đó quyết định tuổi thọ của chi tiết máy

Là một trong những nguyên công gia công cuối cùng khi chi tiết đã ở dạng thành phẩm,vì thế hư hỏng ở khâu này sẽ gây ra lãng phí công sức của các khâu gia công trước

Rất dễ gây nứt,cong,vênh trong quá trình gia công

 Chất lượng của tôi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:nhiệt độ nung,thời gian giữ nhiệt và tốc độ làm nguội…

II Chọn nhiệt độ tôi thép

Nhiệt độ là một trong những thông số quan trọng quyết định chất lượng sản phẩm sau khi nhiệt luyện.Đối với thép cacbon và thép hợp kim thấp ,việc chọn nhiệt độ tôi có thể dựa vào giản đồpha Fe-C.Cách chọn nhiệt độ tôi của một số thép:

 Đối với thép trước cùng tích và cùng tích Nhiệt độ tôi lấy cao hơn AC3,tức là nung thép đến trạng thái hoàn toàn austenit.Cách tôi này gọi là tôi hoàn toàn

III Tính thời gian nung và giữ nhiệt

1) Thời gian nung

Thời gian nung có thể tính bằng 2 cách :tính theo phương pháp toán học hay tính theo kinh nghiệm

 Tính theo phương pháp toán học

Trước tiên phải xác định xem chi tiết là vật dày hay mỏng:ta sử dụng công thức Bio

Bi =X.α/λ

Với : X: chiều dày (đường kính) vật nung (m)

α: hệ số truyền nhiệt,(kcal/m2.giờ.độ)

λ :hệ số dẫn nhiệt của kim loại,(kcal/m)

Nếu Bi <0,25 chi tiết được coi là vật mỏng

Bi >0,5 chi tiết được coi là vật dày

0,25 <Bi <0,5 chi tiết được coi là nhóm chuyển tiếp

Trường hợp là vật mỏng thì thời gian nung có thể tính theo công thức:

τn = K

F

Cp G

α 2,3 lg lo c

d lo

t t

t t

−

−

Với : K: hệ số sắp xếp

G: trọng lượng mẻ nung

Cp: nhiệt dung đẳng nhiệt của kim loại

α: hệ số truyền nhiệt

td,tc :nhiệt độ ban đầu và cuối cùng của kim loại

tlo: nhiệt độ của lò

Thông thường : tlo = tc + 500C

Trường hợp là vật dày,tính theo công thức

600 700 800 900 1000 1100 1200 1300

τn =K ( )3

100/

t F X

Cp G

c

t

t t

t

ψψ

ψ tra trong sổ tay

 Tính theo công thức kinh nghiệm

Có thể tính τn theo công thức kinh nghiệm bằng nhiều cách.Ví dụ:

Dựa vào định mức thời gian 1mm chiều dày vật nung trong môi trường cụ thể,như trong lò muối ở 6000C thì thời gian là 36s/mm chiều dày

Bảng định mức thời gian khi nung bằng lò điện

Thời gian nung

Tính theo kinh nghiệm : τn =a.D

Với : D: đường kính hay chiều dày chi tiết

a: hằng số kinh nghiệm được chọn ở bảng sau:

Với : D: đường kính vật nung

K1:hệ số hình dạng

K2:hệ số môi trường nung

K3:hệ số sắp xếp

2) Thời gian giữ

SVTH :THÁI VÕ QUỐC DŨNG 12

Thời gian giữ nhiệt thường lấy bằng 20-25% thời gian nung.Trong những trường hợp đặc biệt như khi ủ khuếch tán,ủ grafit hóa,ram…thời gian giữ nhiệt phụ thuộc vào những điều kiện cụ thể và có thể tìm trong sổ tay nhiệt luyện

IV Độ thấm tôi

1) Định nghĩa

 Độ thấm tôi là một đặc tính công nghệ quan trọng của vật liệu.Trong quá trình làm nguội khi tôi,tốc độ nguội không thể đồng đều nhau trên toàn bộ tiết diện của chi tiết,bao giờ bề mặt cũng nguội nhanh hơn ở lõi.Tuỳ thuộc vào tốc độ nguội,trên tiết diện có thể nhận được các tổ chức khác nhau.Hiện tượng thường gặp là từ bề mặt tới chiều sâu nhất định của chi tiết có tổ chức là mactenxit cứng,phần lõi có tổ chức là trustit,xoocbit mềm hơn

 Độ thấm tôi là chiều dày của lớp được tôi cứng có tổ chức là mactenxit hay mactenxit + trustit.Nói khác đi,người ta gọi độ thấm tôi là khoảng cách tính từ bề mặt vào đến vùng có 100% hoặc 50% mactenxit

2) Các yếu tố ảnh hưởng đến độ thấm tôi

 Tốc độ làm nguội tới hạn : giả sử chi tiết bằng thép hình trụ tròn có đường kính D,khi làm nguội tốc độ nguội phân bố trên đường kính có dạng hình chữ V.Khi đó chỉ có lớp bề mặt với chiều dày nhất định có tốc độ nguội lớn hơn Vth mới được tôi cứng.Trong trường hợp Vth của thép quá nhỏ đến mức bé hơn tốc độ nguội của lõi,thì khi đó cả lõi cũng bị tôi cứng thành mactenxit,lúc đó toàn tiết diện có tổ chức là mactenxit.Hiện tượng đó gọi là tôi thấu.Nếu Vth quá lớn mà ngay cả tốc độ nguội nhanh ở bề mặt cũng không đạt tới,lúc đó toàn bộ tiết diện không được tôi.Như vậy mọi yếu tố làm giảm Vth

đều làm tăng độ thấm tôi

 Tốc độ làm nguội: Tuỳ thuộc vào khả năng làm nguội nhanh hay chậm của môi trường tôi mà độ thấm tôi sẽ đạt được lớn hay nhỏ.Rõ ràng khi làm nguội nhanh hơn,tốc độ nguội của cả lớp bề mặt và lõi đều tăng lên,đường phân bố tốc độ nguội sẽ nâng cao hơn,như vậy độ thấm tôi cũng tăng lên tương ứng

V Các phương pháp tôi

Theo nhiệt độ nung nóng có phương pháp tôi hoàn toàn và tôi không hoàn toàn.Tuỳ theo nung nóng cả thể tích hay chỉ bề mặt thép ta phân ra tôi thể tích hay tôi bề mặt

 Các phương pháp tôi thể tích

Tôi trong một môi trường

Tôi trong hai môi trường

Tôi phân cấp

Tôi đẳng nhiệt

Tôi tự ram

Tôi bộ phận

 Các phương pháp tôi bề mặt

Tôi bề mặt bằng ngọn lửa đèn xì oxy-axetylen

Tôi bề mặt khi nung nóng trong chất điện phân

Tôi mặt ngoài khi nung nóng bằng phương pháp tiếp xúc

Tôi bề mặt bằng cách nung nóng bởi dòng điện cảm ứng có tần số cao

VI ỨNG SUẤT VÀ KHUYẾT TẬT KHI TÔI

1) Ứng suất khi tôi

 Khi tôi do hạ nhiệt độ đột ngột,sự co rút của chi tiết cũng thay đổi đột ngột.Bề mặt của chi tiết được làm nguội trước tiên nên co rút trước phần bên trong.Hiện tượng này sinh raứng suất bên trong,ứng suất này sinh ra do chênh lệch nhiệt đô gọi là ứng suất nhiệt

 Hơn nữa khi tôi thép cho ra tổ chức mactenxit có thể tích riêng lớn nhất nên khi chuyển biến sẽ có sự giãn nở về thể tích Sự giãn nở về thể tích không đồng nhất ở các vùng khác nhau của chi tiết nên tạo ra ứng suất tổ chức.Khi hàm lượng cacbon tăng thì ứng suất tổ chức tăng,đối với thép C thì có 0,2-0,3%,còn với thép dụng cụ có 1,2-1,4% khi tôithể tích tăng tới 2%

 Tóm lại khi tôi,trong chi tiết sẽ xuất hiện 2 ứng suất là ứng suất tổ chức và ứng suất nhiệt Nếu ứng suất tổng của hai ứng suất này lớn hơn σch thì sẽ gây cong vênh, biến dạng chi tiết trầm trọng hơn khi nó lớn hơn σch thì gây nứt

2) Khuết tật khi tôi

 Biến dạng

Tùy thuộc vào hai yếu tố mà chi tiết khi tôi bị biến dạng ở các mức khác nhau, chủ yếu do:

−-Làm nguội không đều hay nhanh quá sinh ra ứng suất, biến dạng sẽ giảm nếu lượng ôstenit dư lớn

−-Nhiệt nung quá cao, thời gian giữ nhiệt dài tốc độ nung nhanh

−-Tiết diện của chi tiết không đều, không hợp lý khi thiết kế

 Nứt

Là khuyết tật dẫn đến hậu quả là chi tiết không dùng được, có nhiều nguyên nhân gây nứt:

SVTH :THÁI VÕ QUỐC DŨNG 14