công nghệ nhiệt luyện và thấm nitơ thể khí sử dụng khí NH3 cho thép SKD11 dùng làm khuôn dập nguội

công nghệ nhiệt luyện và thấm nitơ thể khí sử dụng khí NH3 cho thép SKD11 dùng làm khuôn dập nguội

Chương 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ KHUÔN DẬP NGUỘI1.1 Giới thiệu chung về khuôn dập nguội.

Khuôn dập nguội là dụng cụ để tạo hình sản phẩm bằng phương pháp biến dạng vậtliệu ở trạng thái nguội Có nhiều loại khuôn dập nguội: đột dập, dập vuốt, dập sâu,khuôn kéo, chuốt sợi Sản phẩm của khuôn dập nguội rất đa dạng và phong phú baogồm những vật dụng trong cuộc sống như chậu rửa mặt, nồi, chảo, đồ dùng y tế, cácsản phẩm trong công nghiệp như các chi tiết trong xe máy như bình xăng, ống bô xemáy…

Khuôn dập nguội được cấu tạo từ hai phần: phần khuôn trên (hay còn gọi là chày)

và phần khuôn dưới (hay còn gọi là cối) Khuôn trên được gắn với búa, chuyển độngnhờ áp lực của búa, khuôn dưới cố định

Khuôn dập được sử dụng rất đa dạng với nhiều chủng loại khác nhau Tuy nhiêndựa vào tính năng làm việc có thể chia ra làm hai loại khuôn chính là khuôn dập vuốt(dập tạo hình), dập sâu và khuôn đột dập (hình 1.1 a và b)

a b

Hình 1.1 Khuôn đột dập (a) và khuôn dập vuốt (b)

Đối với khuôn dập vuốt, dập sâu do làm việc trong điều kiện chịu ma sát cao,mài mòn cao nên loại khuôn này yêu cầu độ cứng bề mặt cao (58-60HRC), độ dai vađập vừa phải và được dùng để dập sâu xoong, nồi làm bằng nhôm hoặc inox, dụng cụ

y tế từ tấm thép không gỉ Để dập ra các chi tiết có độ sâu mong muốn, tùy theo độ sâucủa sản phẩm, có thể dập một bước, hai hay ba bước

Khuôn đột dập có độ cứng cao hơn khuôn dập vuốt và dập sâu Đối với khuônđột dập do phải cắt phôi cứng nên yêu cầu độ cứng cao (đến trên 60 HRC) Tuy nhiên,nếu độ cứng quá cao sẽ dễ dẫn đến sứt khuôn, nhất là tại các mép cắt Vật liệu dậpcàng dày, điều kiện làm việc của khuôn càng khắc nghiệt, do vậy tuổi thọ càng thấp.Khuôn đột dập được sử dụng nhiều để chế tạo hình bao của các sản phẩm trước khi

tiến hành các bước dập tiếp theo, ví dụ hình bao của ống bô xe máy ( sau đó dập vuốttạo hình ống bô), hoặc hình bao của nồi (trước khi dập sâu ra nồi)….

Hình 1.2 a và b là hình ảnh một số sản phẩm từ khuôn dập nguội

a b

Hình 1.2: Sản phẩm từ khuôn đột dập (a) và khuôn dập vuốt (b)

1.2 Điều kiện làm việc và yêu cầu cơ tính của khuôn dập nguội.

1.2.1 Điều kiện làm việc của khuôn dập nguội.

Trong quá trình làm việc khuôn dập nguội bị mài mòn do phải chịu ma sát lớnkhi dập, ép…nên để tránh cho khuôn bị mài mòn phụ thuộc rất lớn vào độ cứng bề mặt

và tổ chức tế vi của vật liệu Khi độ cứng của dụng cụ trên 60 HRC thì cứ tăng thêm 1HRC thì tuổi thọ của khuôn tăng thêm 30% Nhưng độ cứng cao hay thấp còn phụthuộc vào chức năng của từng loại khuôn như khuôn đột dập độ cứng nên cao hơnkhuôn dập vuốt, nếu cao quá dễ dẫn tới hiện tượng nứt, vỡ khuôn

Để thỏa mãn điều kiện cho khuôn không bị biến dạng dẻo khi làm việc và chịuđược tải trọng va đập khi dập, khuôn cũng cần có độ dai va đập ak đảm bảo Chẳnghạn, đối với khuôn dập sâu cần độ dai va đập cao

Ngoài ra khuôn còn làm việc trong môi trường hóa chất, không khí ẩm… làmcho khuôn bị ăn mòn hóa học ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cũng như tuổi thọcủa khuôn

Nhìn chung, khi làm việc các khuôn dập nguội ngoài chịu áp lực rất lớn ra cònchịu ứng suất uốn, lực ma sát và lực va đập Để đảm bảo điều kiện làm việc như vậyvật liệu làm khuôn dập nguội phải đạt được các yêu cầu cơ tính cao, đảm bảo khuônlàm việc lâu dài, sản phẩm có độ chính xác cao, giá thành hạ

1.2.2 Yêu cầu cơ tính của khuôn dập nguội.

Để đáp ứng các yêu cầu làm việc của khuôn dập nguội và để nâng cao tuổi thọcủa khuôn, khuôn dập nguội cần phải có các cơ tính sau:

Độ cứng cao: Khuôn dập nguội yêu cầu độ cứng tương đối cao vào khoảng 58-62

HRC, phụ thuộc vào loại khuôn, chiều dày và độ cứng của phôi dập (thép, nhôm,đồng ) Khi dập cắt các lá thép cứng như thép kĩ thuật điện (tôn Silic) hay chiều dàylớn cần độ cứng đến 60HRC, có thể đến 62HRC Khi dập uốn các lá thép mỏng có độcứng chỉ cần 56HRC Khi độ cứng lớn hơn 62HRC khuôn dễ bị sứt mẻ khi làm việc

Độ bền và độ dai đảm bảo: Để chịu được tải trọng đặt vào lớn và chịu va đập Đối

với các khuôn dập lớn cần có thêm yêu cầu về độ thấm tôi và ít thay đổi thể tích

Tính chống mài mòn cao: Là yêu cầu quan trọng để khuôn không bị mòn, có thể

làm việc làm việc lâu dài Tính chống mài mòn kém sẽ làm cho khuôn dễ bị hỏng do

ma sát tiếp xúc trong quá trình làm việc, sẽ tạo ra khe hở giữa chày và cối, sản phẩmtạo ra có kích thước vượt quá dung sai cho phép và dễ trở thành phế phẩm Trong quátrình làm việc của khuôn chu trình dập một chi tiết kéo dài bề mặt chi tiết có thể bịnung nóng đến nhiệt độ khoảng 3000C – 3500C nên khuôn phải đảm bảo tính cứngnóng ở nhiệt độ này Tính chống mài mòn cao còn là yếu tố đảm bảo độ bóng bề mặtcủa khuôn lâu dài, tránh hiên tượng xước, làm giảm độ bóng của bề mặt sản phẩm

1.3 Các dạng sai hỏng của khuôn và cách khắc phục

Trong khi làm việc, ngoài việc phải chịu áp lực rất lớn ra khuôn còn chịu ứngsuất uốn, lực ma sát và lực va đập Khuôn dập nguội thường gặp các dạng sai hỏng sau(hình 1.3)

Hình 1.3 Các dạng sai hỏng thường gặp ở khuôn dập nguội

Nứt, vỡ khuôn: Hiện tượng này có thể gặp phải ngay trong quá trình làm việc Nhất

là với khuôn làm việc cường độ quá cao và có hình dạng phức tạp, nhiều góc cạnh.Nguyên nhân có thể do chọn vật liệu làm khuôn không thích hợp, nhiệt luyện có độcứng quá cao Chẳng hạn đối với khuôn dập vuốt làm từ thép SKD11 nếu trước khiđem chế tạo mà có tổ chức lêđêbuarit dạng xương cá thô, giòn, nếu không mà khôngtiến hành rèn làm cho cacbit nhỏ mịn, phân bố đều thì dễ dẫn đến nứt, vỡ Nứt vỡ còn

có thể sinh ra do ứng suất nhiệt Chi tiết không đồng đều về tiết diện, có phần dày,phần mỏng Phần mỏng khi nung sẽ đạt được nhiệt độ trước phần dày Do đó để tránhnứt hoặc cong vênh, cần nung chậm hoặc nung phân cấp, tạo cân bằng nhiệt giữa phầndày và phần mỏng, giữa bề mặt và lõi Làm nguội đột ngột cũng gây ra ứng suất nhiệt,SKD11 là thép hợp kim cao, có tốc độ nguội tới hạn nhỏ, làm nguội chậm cũng nhậnđược máctenxit nên không cần làm nguội với tốc độ lớn, thường sử dụng dầu nóng 60-

800C để hạn chế ứng suất Khi nhiệt luyện còn có ứng suất tổ chức do quá trình chuyểnbiến austenit thành mactenxit với thể tích tăng lên Sự tăng thể tích của các phầnkhông đều cũng là nguyên nhân gây ra nứt

Độ cứng không đạt: Môi trường tôi, nhiệt độ tôi không đúng, thời gian giữ nhiệt

không đủ, chọn không đúng mác thép, hoặc đúng mác thép nhưng thành phần không

ổn định là những nguyên nhân gây ra độ cứng không đạt Hoặc khi ram còn nhiềuaustenit dư cũng là nguyên nhân gây giảm độ cứng, vì vậy cần điều chỉnh lượngaustenit dư phù hợp với độ cứng yêu cầu Thoát cacbon cũng là nguyên nhân gây giảm

độ cứng bề mặt vì vậy khi nung cần có biện pháp bảo vệ để tránh hiện tượng thoátcacbon

Mài mòn không đều: Là dạng sai hỏng hay gặp nhất Sự mài mòn khuôn và mòn

giữa các phần không đều nhau có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều nguyên nhân như chế độnhiệt luyện không đúng hoặc không ổn định, hình dạng khuôn phức tạp, chỗ dày, chỗmỏng Mài mòn nhiều do mức độ sản xuất, cường độ làm việc cao, lắp đặt khuônkhông đúng, sự không tương thích vật liệu sản phẩm và vật liệu khuôn Khả năng màimòn khuôn có thể thay đổi đáng kể phụ thuộc vào các yếu tố trên, cùng với đặc điểm

bề mặt khuôn, bôi trơn khuôn như thế nào

Hiện tượng bong tróc, bám dính phôi: hay còn gọi là hàn lạnh của vật liệu kim

loại cấu tạo từ trong khuôn Làm giảm mạnh phần làm việc chính xác trong khuôn, độbóng bề mặt khuôn và do đó làm bề mặt sản phẩm có độ bóng không đạt yêu cầu(xước bề mặt) Hiện tượng này xảy ra bởi sự căng ra vượt quá giới hạn phần kim loạilàm việc do không bôi trơn đầy đủ

Ngoài ra còn có hiện tượng như nứt chân chim Trong môi trường nung, nếu khôngđược bảo vệ dễ gây ôxy hoá và thoát cacbon Hiện tượng thoát cacbon ở bề mặt gâychuyển biến tổ chức không đồng đều giữa bề mặt bị thoát cacbon và phần liền kề bềmặt không bị thoát cacbon tạo ra một lớp ứng suất kéo, khi gia công cơ tiếp theo ứngsuất đó tăng lên có thể lớn hơn giới hạn bền, rất nguy hiểm vì khó nhận ra ngay.

1.4 Vật liệu làm khuôn dập nguội.

1.4.1 Các mác thép dùng làm khuôn dập nguội.

Để đạt được các yêu cầu cơ tính như đã đề cập ở trên các loại thép làm khuôn dậpnguội nói chung phải có thành phần cacbon cao, thường ở mức trên dưới 1%, trongtrường hợp chịu va đập cao thì hàm lượng cacbon sẽ ít hơn khoảng 0,4 - 0,6% Cácnguyên tố hợp kim thường dùng để hợp kim hóa là các nguyên tố làm tăng độ thấmtôi, tạo cacbit và tăng tính chống mài mòn như Cr, Mn, Mo…

Vật liệu làm khuôn khá đa dạng, ngoài việc đáp ứng các yêu cầu cơ tính, vật liệulàm khuôn còn được lựa chọn trên cơ sở sản lượng sản phẩm yêu cầu, đáp ứng tuổi thọcủa khuôn Vì vậy có thể sử dụng các vật liệu làm khuôn sau:

- Thép dụng cụ Cacbon: CD100, CD120 dùng làm khuôn nhỏ (chiều dày thành khuônnhỏ hơn 75mm), tải trọng không lớn, hình dạng đơn giản, độ cứng cao nhưng chốngmài mòn thấp

- Thép dụng cụ hợp kim thấp: 100Cr, 100CrWMn, 100CrWSiMn dùng làm khuôn cókích thước trung bình (bề dày thành khuôn 70-100mm) hay khuôn nhỏ có hình dạngphức tạp, chịu tải trọng lớn, có độ thấm tôi cao hơn thép cacbon Các mác có Mn saukhi tôi kích thước ít thay đổi (do có một lượng nhỏ austenit dư)

- Thép dụng cụ hợp kim cao: 210Cr12, 160Cr12Mo, 130Cr12V…có đặc điểm:

+ Có thành phần cacbon rất cao (1.3-2.1%) nên lượng dư cacbit nhiều vì vậy chúng

1.4.2 Lựa chọn vật liệu làm khuôn dập nguội

Tiêu chuẩn đánh giá đặc trưng cơ bản của vật liệu làm khuôn là số lượng và chấtlượng chi tiết sản xuất ra đúng tiêu chuẩn Khuôn không được sử dụng nữa khi bị nứt

vỡ, bề mặt bị rạn nứt, tróc rỗ, kích thước chi tiết sản xuất ra không đúng theo thiết kế,

độ bóng của sản phẩm không đảm bảo yêu cầu, đặc biệt là có bavia dọc theo đườngbiên của mẫu Ban đầu dụng cụ còn mới, độ hở giữa chày và cối nhỏ, mép cắt rất nét.Dưới điều kiện làm việc va đập và mài mòn phần đế bắt đầu bị hỏng (phần không tiếpxúc với chày), do phần đế bị ứng suất kéo lớn nhất do các thớ bên ngoài bị giãn ra Khicàng nhiều chi tiết được sản xuất, mép cắt của chày và xung quanh khuôn càng bị mòn

và ứng suất tác động tới đáy khuôn thay đổi Ứng suất phía dưới giảm, dần dần hìnhthành và làm nứt một điểm nào đó do quá trình làm việc nặng diễn ra tiếp theo Ngoài

ra còn phải chú ý tới hiện tượng chi tiết có thể bị rách, nứt trong và sau khi dập, hiệntượng này có thể do khuôn quá cứng, hoặc có thể do điều kiện bôi trơn không tốt, hoặc

do có vấn đề trong thiết kế cơ khí

Trong bảng 1.1 và 1.2 là số liệu thống kê một số vật liệu làm khuôn dập nguộithường dùng, vật liệu được chọn dựa trên cơ sở vật liệu làm chi tiết, số lượng chi tiếtsản xuất và cả chiều dày của chi tiết

Hợp kimkẽm

Ganghợp kim

D2 thấmNitơ

D2 thấmNitơ

Thép không gỉ loại

300

Hợpkimkẽm

Hợp kimkẽm

Ganghợp kim

D2, A2thấm Nitơ

D2, D2thấm NitơHợp kim Đồng hoặc

Nhôm có độ bền

cao

Hợpkimkẽm

thủy tinh

Polyeste-Ganghợp kim

D2, A2thấm Nitơ

D2, D2thấm Nitơ

Hợp kim chịu nhiệt

Hợpkimkẽm

Hợp kimkẽm

Ganghợp kim

D2 thấmNitơ

D2 thấmNitơ

Từ bảng thống kê trên, ta thấy vật liệu làm khuôn dập khá phong phú Do mục tiêunghiên cứu là khuôn dập sâu và ép tạo hình, đề tài đi sâu vào vật liệu dùng để chế tạocác loại khuôn dập này Bảng 1.2 là các loại vật liệu làm khuôn dập sâu

Bảng 1.2 Vật liệu làm khuôn dập sâu (xét cho dạng tròn - cốc, và vuông – khay).

Vật liệu phôi Vật liệu làm khuôn tương ứng với số lượng chi tiết

Chi tiết dạng cốc tròn đường kính 76mm, dày 1,6mm Chi tiết 1,2,3 trên hình 1.4Hợp kim Nhôm và

Thép không gỉ họ 300

W1 đã phủ Cr,hoặc hợp kimNhôm Đồng

A2 thấm Nitơ,Hợp kim NhômĐồng

Thấm Nitơ D2hoặc D3

Chi tiết dạng cốc có đường kính 305mm, dày 1,6mm Chi tiết 4 và 5 như hình1.4.Hợp kim Nhôm và

Đồng chất lượng Gang hợp kim

A2, Hợp kimNhôm Đồng

Thấm Nitơ A2hoặc D2

Cốc vuông rộng 458mm, dày 1,6mm Chi tiết 6 trên hình 1.4

Hợp kim Nhôm và

A2, D2, thấmNitơ cho A2hoặc D2

Thép không gỉ họ 300 W1, Hợp kim

Nhôm Đồng

A2 thấm Nitơ,Hợp kim NhômĐồng

Thấm Nitơ choA2 hoặc D2.Chi tiết dạng khay vuông rộng 1373mm, dày 0,8mm Chi tiết 7 trên hình 1.4

Hợp kim Nhôm và

Đồng chất lượng Gang hợp kim

Gang hợp kim,A2

Thấm Nitơ A2hoặc D2

Thép dập chất lượng Gang hợp kim Gang hợp kim,

A2

Thấm Nitơ A2hoặc D2

Thép không gỉ họ 300

Gang hợp kim,Hợp kim NhômĐồng

A2 thấm Nitơhoặc hợp kimNhôm Đồng

Thấm Nitơ A2hoặc D2

Trong đó: + O1: Thép dụng cụ tôi dầu

+ A2: Thép dụng cụ tôi trong không khí

+ D2: Thép dụng cụ loại Cr cao, Cacbon cao;

+ W1: Thép dụng cụ tôi nước

+ CPM 10V: thép dụng cụ hợp kim cao, %V =10%

Qua bảng thống kê trên ta nhận thấy, vật liệu làm khuôn dập định hình và khuôndập sâu là khá phong phú, phụ thuộc vào vật liệu phôi và số lượng sản phẩm chi tiếtyêu cầu sản xuất cho một khuôn Với số lượng chi tiết không quá lớn, khoảng dưới100.000 chi tiết ta có thể thấy vật liệu thường được sử dụng để chế tạo khuôn là thépdụng cụ, khi tôi được làm nguội trong dầu và trong không khí như O1, A2, gang hợpkim,… Với những chi tiết sản xuất hàng loạt, số lượng lớn ta thấy yêu cầu về vật liệulàm khuôn yêu cầu cao hơn nhiều để đảm bảo cơ tính và tính kinh tế khi sản xuất, vậtliệu thường được sử dụng là D2, A2, hoặc D2 và A2 sau nhiệt luyện có thấm nitơ

Từ bảng 1.2 ta thấy với số lượng chi tiết được sản xuất khoảng một triệu sản phẩmthì vật liệu thường được sử dụng là thép dụng cụ D2 loại có crôm cao, cacbon cao(theo tiêu chuẩn AISI của Mỹ) tương đương với mác thép SKD11 theo tiêu chuẩn JIScủa Nhật Hiện nay, ở Việt Nam đang sử dụng rộng rãi mác thép này để làm khuôn dậpnguội Để nâng cao tuổi thọ của khuôn thì yêu cầu chọn chế độ nhiệt luyện đúng là rấtquan trọng Bằng các biện pháp xử lý bề mặt như: thấm nitơ, phun phủ cácbít, mạcrôm cứng nhằm tăng khả năng chống mài mòn ở bề mặt khuôn

Hình 1.4 Mô tả một số chi tiết dập sâu với chiều dày và kích thước khác nhau

1.4.3 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim.

Với tổng hàm lượng các nguyên tố hợp kim 14,35-17,25 % là thép hợp kim cao,với nguyên tố hợp kim chính là crôm còn có các nguyên tố vanađi, môlípđen Cácnguyên tố hợp kim này có tác dụng tạo ra cácbit hợp kim giúp cho thép nâng cao khảnăng chống mài mòn Ngoài ra, các nguyên tố hợp kim này khi cho vào thép làmaustenit ổn định hơn vì vậy làm cho đường cong chữ C dịch chuyển sang phải làmgiảm tốc độ nguội tới hạn đồng thời làm tăng độ thấm tôi cho thép Với hàm lượngnguyên tố hợp kim cao thì thép SKD11 làm nguội chậm vẫn nhận được tổ chứcmactenxit Nhìn chung, khi hàm lượng các nguyên tố hợp kim tăng thì độ bền, độ cứngcủa thép tăng còn độ dẻo, độ dai va dập giảm Đặc biệt với hàm lượng khoảng 1%crôm

và 3÷4% niken sẽ làm tăng mạnh độ dai va đập của thép, khi hàm lượng crôm và niken

vượt quá khoảng trên thì độ dai va đập lại bắt đầu giảm

 Ảnh hưởng của Cacbon:

Cacbon là nguyên tố quan trọng nhất quyết định chủ yếu đến tổ chức và tính chấtcủa thép Khi lượng chứa của cacbon trong thép tăng lên lượng cacbít cũng tăng lêntương ứng và làm thay đổi tổ chức tế vi của thép Ở trạng thái ủ khi thành phần cacbontăng lên độ bền, độ cứng tăng còn độ dẻo và độ dai giảm Với hàm lượng cacbon1,4÷1,6 % trong thép có tác dụng đảm bảo độ cứng và tính chống mài mòn cho khuôn

 Ảnh hưởng của Crôm :

Crôm là nguyên tố hợp kim thông dụng để hợp kim hoá, là nguyên tố tạo cacbittrung bình Crôm có thể hòa tan trong ferit, mở rộng α, khi hàm lượng crôm cao nó sẽkết hợp với cacbon để tạo ra cementit hợp kim (Fe, Cr)3C và các loại cácbit Cr7C3 vàCr23C6, những cacbit này làm nâng cao nhiệt độ tới hạn Ac1 và hạ thấp điểm Ac3 ngăncản sự lớn lên của tinh thể, tăng độ thấm tôi cho thép Crôm làm tăng cơ tính tổng hợp,

nó còn có tác dụng cải thiện tính chống ram và độ bền ở nhiệt độ cao do nó tạo cacbitnhỏ mịn khi ram tiết ra ở nhiệt độ trên 2500C, do đó nó có tính chống ram đến nhiệt độ

250 ÷ 3000C, vì thế có tính cứng nóng đến 3000C Ngoài ra, Crôm còn tăng mạnh tínhchống oxy hóa do tạo thành Cr2O3 rất bền

Hình 1.5 Sự phân bố giới hạn tồn tại của các loại cácbit trong hợp kim Fe-C-Cr

 Ảnh hưởng của Môlípđen :

Môlipđen tăng mạnh độ thấm tôi, cải thiện tính chống ram do nó tạo cacbit nhỏmịn phân tán khi ram ở nhiệt độ cao, làm giảm sự nhạy cảm đối với giòn ram.Môlipđen cùng với crôm có ái lực hoá học mạnh với cacbon tạo cacbit dạng Me6C giữ

cacbon lại trong mactenxit làm cho thép nâng cao tính chịu nhiệt độ cao, tính bền nóng

và cứng nóng

 Ảnh hưởng của Vanađi:

Vanađi tạo cacbit VC có độ cứng rất cao, nhỏ mịn, nằm ở biên giới hạt ngăn cản

sự lớn lên của austenit khi nung Vanađi tăng tính chống ram và tăng khả năng chốngmài mòn cho thép Cacbit VC khó tan (hầu như không hòa tan) vào trong austenit ởnhiệt độ austenit hóa, khi lượng vanađi tăng tính chống mài mòn tăng và tính màigiảm

1.5 Nhiệt luyện thép SKD11 làm khuôn dập nguội

Vấn đề nâng cao chất lượng và tuổi thọ của khuôn dập nguội đang là mục tiêuquan tâm của công nghiệp Việt Nam trong thời kỳ đổi mới, nhằm sản xuất ra các sảnphẩm có chất lượng cao, giá thành hạ, có tính cạnh tranh trong khu vực và trên thếgiới Để giải quyết được vấn đề đó, cần phải có chế độ xử lý nhiệt hợp lý để đảm bảo

cơ tính làm việc của khuôn dập nguội

Tuổi thọ của khuôn dập nguội phụ thuộc vào độ bền, độ cứng và khả năngchống mài mòn Thép có độ bền, độ cứng cao sẽ có tính chống mài mòn cao Khi độcứng của thép lớn hơn 60HRC thì cứ tăng thêm 1HRC, tuổi thọ của khuôn sẽ tăngthêm 30% Thép SKD11 ở trạng thái cung cấp có tổng hàm lượng các nguyên tố hợpkim 14,35-17,25 % thuộc họ thép lêđêbuarit, sau khi đúc có lượng cacbit lớn ở dạngxương cá thô Yếu tố này ảnh hưởng rất lớn đến quy trình nhiệt luyện và cơ tính củakhuôn

Xuất phát từ yêu cầu làm việc của khuôn dập vuốt, độ cứng cần đạt từ 60HRC Khuôn làm việc chịu mài mòn cao và thay đổi liên tục Như vậy, muốn khuôn

58-có tuổi thọ cao, ngoài việc chọn độ cứng thích hợp còn phải chọn chế độ xử lý nhiệtsao cho trong tổ chức có nhiều cácbit nhỏ mịn phân bố đều Vấn đề được đặt ra ở đây

là sự kết hợp giữa độ cứng với tổ chức tế vi thích hợp để đạt được mục tiêu vừa đề cập

1.5.1 Tôi thép SKD11.

Sau khi gia công cơ khí, khuôn cần phải được nhiệt luyện kết thúc để đạt được

cơ tính đáp ứng yêu cầu làm việc của khuôn Thép SKD11 có rất nhiều chế độ tôi vàram để đạt được những yêu cầu khác nhau về cơ tính

Thép SKD11 có tới 12% crôm, cacbit sau khi đúc có dạng xương cá Hình dáng,kích thước và sự phân bố cacbit trong tổ chức phụ thuộc rất nhiều vào quá trình giacông trước đó như rèn

Khi nung tôi thép, lý tưởng nhất là làm sao hoà tan đến mức độ cần thiết cácnguyên tố hợp kim có trong cacbit để mactenxit có độ cứng cao, nhưng không làm thôhạt và giòn Khi lượng cacbon và nguyên tố hợp kim hoà tan vào austenit càng nhiều,điểm bắt đầu và kết thúc chuyển biến mactenxit càng thấp, sau khi tôi nên lượngaustenit dư càng nhiều Nhiệt độ tôi càng cao, thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ tôi càngdài, lượng austenit dư càng nhiều Như vậy sau khi tôi tổ chức tế vi gồm mactenxit,cacbit, austenit dư Đây là những tổ chức không ổn định và tạo ứng suất dễ gây nứt Vìvậy, sau khi tôi cần tiến hành ram để khử ứng suất và xảy ra quá trình chuyển biếnaustenit dư

Trước khi được nung đến nhiệt độ tôi 10500C, thép cần phải được nung sơ bộnhằm hạn chế ứng suất nhiệt, ứng suất tổ chức, tránh hiện tượng nứt ngay khi nung do

hệ số dẫn nhiệt của thép hợp kim nhỏ Ứng suất nhiệt sinh ra khi có sự thay đổi nhiệt

độ, sự thay đổi này càng lớn thì ứng suất nhiệt sinh ra càng lớn Ứng suất tổ chức sinh

ra do biến đổi tổ chức khi thay đổi nhiệt độ Nếu xảy ra đồng thời cả hai loại ứng suấttrên rất dễ gây biến dạng, nứt, vỡ khuôn Vì vậy đối với thép SKD11 cần tiến hànhnung phân cấp hai lần

a Nung sơ bộ:

Nung sơ bộ lần 1: Nhiệt độ nung sơ bộ lần 1 của thép SKD11 khoảng 6500C,đây là vùng nhiệt độ thép có tính đàn hồi cao trong khi đó tính dẻo lại thấp nên chi tiếtrất dễ bị nứt Vì vậy cần nung với tốc độ chậm (với tốc độ nung không vượt quá

1500/1h) đến nhiệt độ khoảng 6500C, giữ nhiệt đủ lâu ở khoảng nhiệt độ này để đồngđều nhiệt trên toàn bộ tiết diện

Từ nhiệt độ 6500C trở lên độ dẫn nhiệt của thép cao hơn nên có thể nung chi tiếtvới tốc độ cao hơn để rút ngắn thời gian nhiệt luyện

Nung sơ bộ lần 2: Nung với tốc độ khoảng 2000/h đến nhiệt độ 8500C giữnhiệt Giữ nhiệt ở khoảng nhiệt độ này có mục đích là hòa tan một phần cementit hợp

kim ở dạng (Fe,Cr)3C đồng thời chuẩn bị cho việc hoà tan cacbit crôm ở dạng Cr7C3 vàCr23C6 để có thể rút ngắn được thời gian giữ ở nhiệt độ tôi, tránh được lớn hạt Tuynhiên khi nung đến nhiệt độ 8500C xảy ra chuyển biến thù hình peclit thành austenit,thể tích riêng của peclit lớn hơn austenit nên có sự kéo co thể tích khi chuyển biến gây

ra ứng suất tổ chức Vì vậy, cần giữ nhiệt đủ lâu trong khoảng nhiệt độ này để chuyểnbiến xảy ra từ từ, tránh tạo ra ứng suất tổ chức lớn

b Nung kết thúc đến nhiệt độ tôi

Nhiệt độ tôi và thời gian giữ nhiệt là hai yếu tố quan trọng nhất của quy trìnhnày, trong đó nhiệt độ tôi đóng vai trò quan trọng hơn Với thép SKD11 được nungđến nhiệt độ tôi khoảng 1030–1050 0C Giữ nhiệt ở nhiệt độ này với mục đích hoà tancacbit crôm ở dạng Cr7C3 và Cr23C6 vào austenit và làm đồng đều thành phần cácnguyên tố hợp kim Do nhiệt độ tôi của thép SKD11 là tương đối cao nên hạt lớntương đối nhanh vì thế thời gian giữ nhiệt cần phải được hạn chế Nên chọn thời gianngắn nhất có thể Thời gian giữ ở nhiệt độ này thông thường tính theo kinh nghiệm (2-2,5phút/mm chiều dày chi tiết với chi tiết mỏng, đến 3ph/mm chiều dày với chi tiếtlớn)

ứng suất, hạn chế cong vênh và nứt đồng thời đảm bảo tôi thấu chi tiết

1.5.2 Ram thép SKD11

Đối với thép SKD11 có nhiều chế độ tôi khác nhau vì vậy cũng có thể có nhiềucách ram khác nhau để đạt được yêu cầu cơ tính khác nhau, sự ổn định kích thước vàtính chống mài mòn Chọn nhiệt độ ram phụ thuộc vào nhiệt độ tôi và độ cứng yêu cầudựa vào biểu đồ nhiệt độ ram (hình 1.7)

Hình 1.7 Ảnh hưởng của nhiệt độ ram tới độ cứng thép SKD11.

Khi nhiệt độ tôi cao thì lượng austenit dư càng nhiều vì vậy để lượng austenit dưnày chuyển thành mactenxit ram và tăng độ cứng sau tôi thì phải tiến hành ram nhiềulần Sau khi tôi xong chi tiết cần được ram ngay khi chi tiết nguội đến 300-500 để tránhnứt do ứng suất tổ chức và tránh ổn định hoá austenit dư Tôi ở 1020oC-1050oC, lượngaustenit dư sau tôi ít, độ cứng cao, nếu sau đó tiến hành ram ở nhiệt độ thấp (150oC-

200oC) thì kết quả nhận được độ cứng cao và gần như không thay đổi (chỉ giảm 1-2HRC) do nhiệt độ thấp chỉ khử bỏ một phần ứng suất, còn mactenxit và austenit dưhầu như chưa chuyển biến Ram ở nhiệt độ cao, austenit bắt đầu chuyển biến, đáng kể

ở nhiệt độ trên 5000C Từ hình 1.8 cho thấy, có thể ram trong khoảng 500-5500C, đểđạt độ cứng cao nhất Nếu chọn nhiệt độ ram 540-5600C, vùng độ cứng đạt giá trị cựcđại (độ cứng thứ 2), độ cứng này là do cacbit tiết ra khi ram ở dạng phân tán, nhỏ mịn

Đồng thời, ở nhiệt độ này hầu như austenit dư phân hủy gần như hoàn toàn thànhmactenxit ram nên về độ cứng thô đại tăng lên

Hình 1.8 dưới đây là sơ đồ tổng quát quy trình nhiệt luyện kết thúc thép SKD11làm khuôn dập nguội:

Hình 1.8 Sơ đồ tổng quát quy trình nhiệt luyện của thép SKD11 làm khuôn dập nguội

Tuỳ thuộc vào yêu cầu cơ tính của khuôn như độ cứng cần thiết và tính chống màimòn cao để tăng tuổi thọ cho khuôn thì sau khi ram đem thấm nitơ, nhiệt độ thấm nitơnằm trong khoảng 4950-5650C Để đảm bảo không làm thay đổi tổ chức sau khi ramnhiệt độ thấm nitơ phải thấp hơn nhiệt độ ram khoảng 300-500C

1.6 Thấm nitơ trên thép SKD11

1.6.1 Mục đích thấm nitơ cho thép làm khuôn dập nguội

Thép SKD11 với hàm lượng cacbon cao và hàm lượng các nguyên tố hợp kimlớn thì độ cứng sau khi tôi và ram thấp có thể đạt được khoảng 61-63HRC với độ cứngnày thép SKD11 có thể đáp ứng được yêu cầu làm việc của khuôn, nhưng nếu sản xuấtvới số lượng sản phẩm trên một triệu thì độ cứng này lại không đáp ứng được yêu cầutuổi thọ của khuôn Vì vậy, để tăng tuổi thọ cho khuôn hay tăng độ cứng và khả năngchống mài mòn cho khuôn có thể áp dụng biện pháp xử lý bề mặt như phun phủ cacbit,

mạ crôm cứng và thấm nitơ Hiện nay, thấm nitơ thể khí là biện pháp được dùng phổ

biến với chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật cao Độ cứng của lớp thấm nitơ trên thép SKD11

có thể đạt đến 1000÷1100HV

1.6.2 Khái niệm thấm nitơ

Thấm nitơ là phương pháp hóa nhiệt luyện, mục đích để khuếch tán nitơ vào

bề mặt thép khi giữ ở nhiệt độ thích hợp, mục đích chủ yếu là nâng cao độ cứng trên bềmặt và tính chống mài mòn Khi thấm nitơ còn tạo nên ứng suất nén dư đáng kể ở bềmặt, làm tăng mạnh giới hạn mỏi của chi tiết

Quá trình thấm nitơ thể khí thường chọn trong khoảng nhiệt độ 4950-5650C Đểđảm bảo không làm thay đổi tổ chức sau khi ram nhiệt độ thấm nitơ phải thấp hơnnhiệt độ ram khoảng 300-500C Do nhiệt độ thấm nitơ thấp, để không làm hỏng tổ chứcsau khi ram nên hệ số khuếch tán của nitơ trong thép rất bé, do đó tốc độ thấm nitơ rấtchậm, thường chỉ đạt 5-10 μm/h.m/h

1.6.3 Quá trình xảy ra khi thấm nitơ

Để thực hiện quá trình thấm trước tiên ta phải tạo ra môi trường thấm Môitrường thấm được tạo từ ba thành phần chính là: chất thấm, chất độn và chất xúc tác.Chất thấm là chất chứa các nguyên tố cần thấm, có thể ở dạng nguyên chất hoặchỗn hợp với các nguyên tố khác Dạng hợp chất thường gặp trong thực tế vì có thểđiều chỉnh được hoạt độ của nguyên tố cần thấm Tùy theo công nghệ thấm mà chấtthấm có thể ở thể rắn, lỏng hoặc khí

Chất độn (phụ gia) nhằm tạo ra môi trường và tốc độ thấm thích hợp, giảm tiêuhao nguyên liệu thấm chính Ngoài ra, chất độn còn để tránh tạo ra các phản ứng phụkhông cần thiết trong quá trình thấm, bảo vệ chi tiết trước khi thấm

Chất xúc tác được đưa vào nhằm tạo ra các nguyên tử hoạt tính của nguyên tốcần thấm Các nguyên tử hoạt tính này có thể hình thành trực tiếp từ các phản ứngtrong một điều kiện cụ thể Trong trường hợp chất thấm có thể tự phân hủy để tạo ranguyên tử hoạt thì không cần dùng chất xúc tác Ngoài ra, chất xúc tác trong trườnghợp cụ thể có thể điều chỉnh quá trình thấm theo hướng có lợi

Quá trình thấm nitơ được chia làm ba giai đoạn: Phân hủy, hấp thụ và khuếch tán Giai đoạn phân hủy: Là quá trình tạo ra nguyên tử hoạt tính của các nguyên tốcần thấm, quá trình này xảy ra trong môi trường khí động, tại nhiệt độ thấm Cácnguyên tử hoạt tính được tạo thành có khả năng hấp phụ vào bề mặt kim loại

Ví dụ: Trong khoảng nhiệt độ thấm từ 4500-6000C, NH3 sẽ phân hủy theo phản ứng:

NH3 = 2<N> + 6HNitơ nguyên tử <N> hình thành sẽ khuếch tán vào trong bề mặt thép tạo nên lớp thấmnitơ

Giai đoạn hấp thụ: Sau khi phân hủy, các nguyên tử hoạt tính hấp thụ vào bề mặtchi tiết, sau đó khuếch tán sâu vào bên trong kim loại cơ sở, tạo thành dung dịch rắn,pha trung gian hoặc các hợp chất hóa học Kết quả của sự hấp thụ là tạo lên ở bề mặtthép các nguyên tử hoạt tính của nguyên tố thấm với nồng độ cao, tạo sự chênh lệch vềnồng độ giữa bề mặt và lõi

Giai đoạn khuếch tán: Các nguyên tử hoạt tính sau khi bão hòa vào lớp bề mặtthép với nồng độ cao được khuếch tán vào sâu trong bề mặt chi tiết tạo thành lớp thấmvới chiều sâu nhất định Nhờ khuếch tán, lớp thấm được hình thành có bản chất khácbiệt với toàn khối kim loại Chiều dày lớp khuếch tán phụ thuộc vào nhiệt độ thấm,thời gian giữ nhiệt

Trong đó:

α - dung dịch rắn xen kẽ của N trong Feα, được gọi là ferit Nitơ

γ - dung dịch rắn xen kẽ của N trong Feγ

γ’ - pha xen kẽ Fe4N, đó là pha rất cứng

ε - pha xen kẽ Fe2N1-x Đây là pha xốp

Khi thấm có xuất hiện pha ε trên bề mặt, mặc dù có nhiều lỗ xốp nên độ cứng khôngcao (khoảng 300HV) nhưng tốc độ thấm lại rất lớn Ngoài ra, các lỗ xốp còn là nơi chứadầu bôi trơn làm tăng tính chịu ma sát khi làm việc Về mặt động học cấu trúc xốp trên bềmặt tạo điều kiện thuận lợi để khuếch tán nitơ

D = D0.exp (- Q/RT) (1)

Hình 1.10: Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa hệ số khuếch tán và nhiệt độ

Trong đó:

D0: Hệ số khuếch tán cùng thứ nguyên với D [cm2/S]

Q : Hoạt năng khuếch tán [cal/mol]

tăng thời gian Tuy nhiên, đối với thấm nitơ ở nhiệt độ cao nhất thì nhiệt độ thấm phảinhỏ hơn nhiệt độ ram là 300-500C để đảm bảo tổ chức sau ram không thay đổi.

1.6.6 Các phương pháp thấm nitơ

Hiện nay có hai phương pháp thấm nitơ là: thấm nitơ thể lỏng và thấm nitơ thểkhí Tuy nhiên, phương pháp thấm nitơ thể khí là hay được dùng hơn cả do có các ưuđiểm như: Hiệu quả thấm nitơ cao, kết quả thấm ổn định, tốc độ thấm đạt được 10-15μm/h.m/h, ít gây ô nhiễm môi trường

Trong phạm vi đồ án đề cập đến thấm nitơ thể khí sử dụng NH3 để cung cấp nitơnguyên tử cho quá trình thấm xảy ra

Khí nitơ tồn tại dưới dạng phân tử (N2) rất ổn định do đó không thể dùng để thấmnitơ được Một trong các chất khí có thể cung cấp nitơ nguyên tử là NH3

Trong khoảng nhiệt độ thấm, từ 4500-6000C, NH3 sẽ phân hủy theo phản ứng:

NH3 = 2<N> + 6HNitơ nguyên tử <N> hình thành sẽ khuếch tán vào trong bề mặt thép tạo nên lớpthấm nitơ

Do nitơ khuếch tán vào trong thép chậm, nếu <N> hình thành quá nhiều khôngkịp khuếch tán vào thép sẽ kết hợp lại thành phân tử mất hết hoạt tính làm ngăn cảnquá trình thấm tiếp theo phản ứng:

2NH3 → 2<N> + 6H → N2 + 3H2 (*)

Vì vậy phải luôn luôn bơm khí NH3 vào lò để duy trì tỷ lệ NH3 thích hợp cho quátrình thấm Tỷ lệ này được đặc trưng bằng hệ số phân hủy β của NH3 (β = số mol phânhủy chia cho tổng số mol NH3 đưa vào) Bảng 1.5 cho giá trị độ phân hủy thích hợpcho từng nhiệt độ thấm

Bảng 1.5 Giá trị độ phân huỷ thích hợp cho từng nhiệt độ thấm

Hệ số phân huỷ β được xác định thông qua thể tích khí được lấy ra khỏi lò gồmNH3, N2, H2 sau đó quy về điều kiện tiêu chuẩn V0, và V1 là thể tích còn lại sau khi sụcnước gồm: N2 và H2 do chúng không hoà tan vào trong nước Vì một thể tích NH3 phân

huỷ cho ta hai thể tích hỗn hợp (N2 + H2) Từ (*) ta có thể tích NH3 phân huỷ là V1/2.Khí hoà tan vào nước là NH3 dư có thể tích là V0 – V1, suy ra:

1 0

1

1 1 0

) (

2

V V

V V

V V

V NH

Trong đó: Q – Lưu lượng NH3 vào lò, m3/phút

Vr, Vt, Vct – lần lượt là thể tích rỗng của lò, thể tích của lò thấm và thể tích chiếm chỗcủa chi tiết, m3

Hình 1.12 Giản đồ Layer thể hiện quan hệ giữa độ phân huỷ và sự hình thành tổ chức lớp

thấm tương ứng với từng khoảng nhiệt độ khác nhau

Hiện nay, phương pháp dùng để điều khiển chính xác hàm lượng nitơ hoạt tính làphương pháp điều khiển theo thế thấm nitơ, thế nitơ là khả năng cung cấp nitơ của môitrường

3/22

3 3

H

NH NH

P

P

Trong đó: KN: Thế nitơ

PNH: Áp suất riêng phần của NH3

PH: Áp suất riêng phần của H2

Hình 1.13 Biểu đồ thể hiện phương pháp điều khiển quá trình thấm nitơ thông qua thế nitơ

Có hai phương pháp thấm nitơ sử dụng môi trường khí thấm là NH3 gồm: Thấmmột giai đoạn và thấm hai giai đoạn

a) Thấm một giai đoạn:

Nhiệt độ thấm nitơ một giai đoạn trong khoảng 495 - 525°C với độ phân huỷ từ15-30% Nhận thấy thấm nitơ một giai đoạn cả hai quá trình bão hoà và khuếch tánđều giữ cùng một nhiệt độ xác định Quá trình này khuôn rất giòn, dễ mẻ do lớp thấmγ’ giàu nitơ xuất hiện lớp trắng ở bề mặt điều này không mong muốn đối với khuôn

dập nguội Để khắc phục nhược điểm này người ta dùng phương pháp thấm nitơ haigiai đoạn.

b) Thấm nitơ hai giai đoạn:

Giai đoạn bão hoà của thấm nitơ hai giai đoạn ngoại trừ thời gian gấp đôi thấmnitơ một giai đoạn, nhiệt độ giai đoạn khuyếch tán có thể được xử lý ở nhiệt độ thấmnitơ giai đoạn bão hoà hoặc có thể tăng lên đến 550 ÷ 565°C Tuy nhiên độ phân hủy ởgiai đoạn khuếch tán tăng cao từ 65 ÷ 85% thậm chí có thể cao hơn ở mức 80÷ 85%còn ở giai đoạn bão hoà độ phân huỷ thường thấp hơn 20 ÷ 30%

Mục đích chủ yếu của thấm nitơ hai giai đoạn là giảm chiều dày lớp trắng trên bềmặt do trong giai đoạn khuếch tán nguyên tử nitơ trên bề mặt tiếp tục được khuếch tán,trong khi đó độ phân hủy ở môi trường thấm thấp không đủ bão hòa với mức nồng độlớn để tạo ra lớp trắng Đó cũng chính là ưu điểm của thấm nitơ hai giai đoạn so vớithấm nitơ một giai đoạn

Do sau khi tôi và ram rồi thấm nitơ thì lớp thấm nitơ rất mỏng cỡ vài chụcmicrômet nên hiện nay để tăng khả năng khuyếch tán nitơ vào trong thép hay tăngchiều dày lớp thấm nitơ thì trước khi thấm đem xử lý ôxy hoá hoặc phốt phát hoá rồithấm nitơ chiều dày lớp thấm đạt được cỡ trăm micromet Lúc đó tính chịu mài mòncủa khuôn sẽ cao hơn do vậy tuổi thọ của khuôn được nâng cao hơn

c) Tiền xử lý bằng ôxy hoá.

Oxy hoá thép để chống ăn mòn và để bề mặt có màu đẹp hơn Thay đổi thành phầndung dịch và chế độ gia công có thể thu được lớp phủ có độ cứng cao, chịu va đập tốt,cách điện Màng ôxyt có thể tạo ra bằng các phương pháp: gia công hoá học trong

dung dịch kiềm hay axit, gia công điện hoá trên anốt trong dung dịch kiềm hay axitcromic và phương pháp gia công nhiệt ở nhiệt độ tương đối cao 4000- 8000C.

Mục đích của quá trình ôxy hoá cho thép SKD11 trước khi đem thấm nitơ là tạo ralớp ôxyt sắt xốp ở bề mặt tạo điều kiện tốt cho việc khuyếch tán nguyên tử nitơ vàotrong thép

d) Tiền xử lý bằng phốt phát hoá

Phốt phát hoá là một phương pháp gia công bề mặt kim loại được áp dụng rộngrãi trong công nghiệp để xử lý bề mặt kim loại, được coi là một trong những phươngpháp chuẩn bị bề mặt kim loại tốt nhất trước khi sơn phủ Ngoài ra, màng phốt pháthoá chuyển hoá bề mặt kim loại thành một lớp bề mặt mới không còn tính dẫn điện vàtính kim loại, có khả năng chống ăn mòn Nhờ các tính chất đó người ta tạo ra côngnghệ phốt phát hoá để sử dụng trong các nhà máy xử lý bề mặt kim loại

Quy trình phốt phát hoá cổ điển là nhúng từ 10 phút đến vài giờ trong dung dịchnhiệt độ cao (600-900C) Dung dịch phốt phát hoá hiện đại có chứa các chất phụ gialàm tăng tốc độ quá trình, hạ thấp nhiệt độ xuống 350C và vận hành bằng cách phunhoặc phun – nhúng liên hợp

Dung dịch phốt phát hoá hiện đại thường có thành phần phức tạp, nhưng baogiờ cũng có ba thành phần chính sau: axit phốtphoric tự do, muối kim loạiđihyđrôphotphat và chất tăng tốc

Phản ứng xảy ra trong quá trình phốt phát hoá rất phức tạp:

Chất lượng lớp phốt phát trên thép được xác định bằng trọng lượng của màngtrên một đơn vị diện tích.

Phốt phát hoá kim loại gồm các loại: phốt phát hoá thường, phốt phát hoá nhanh

và phốt phát hoá nguội

Phốt phát hoá thường: Để thu được màng phốt phát phải dùng muối

đihyđrôphotphát của các kim loại: Mn, Fe, Zn, Cd Ở Nga hay dùng chế phẩm Majefchính là hỗn hợp các muối đihyđrôphotphát của sắt và mangan: Fe(H2PO4)2,Mn(H2PO4)2.H2O, MnHPO4 và có thành phần hoá học: 2,4-2,5% Fe, 14% Mn, 45-52%phot phát, 1% SO42-, CaO vết, Cl- vết và 1-2% H2O

Quá trình phốt phát hoá hiệu quả nhất trong dung dịch chứa 30-33g/l chế phẩmMajef ở nhiệt độ 960 - 980C Ở nhiệt độ thấp hơn sẽ sinh ra cấu trúc tinh thể, còn ởnhiệt độ cao hơn sẽ sinh ra nhiều cặn bã trong dung dịch Thời gian phốt phát hoáđược xác định bằng thời điểm ngừng thoát khí hyđrô, tuy nhiên nên kéo dài thêm 5-10phút nữa

Màng tạo từ dung dịch muối Majef có độ bám cao, đạt chiều dày từ 7-50μm/h.m vàxốp Lớp phủ có điện trở cao và chịu nhiệt tốt

Để màng có tinh thể nhỏ, tính bảo vệ cao nên dùng dung dịch có nồng độ Majefđặc (100-200g/l) và tiến hành ở nhiệt độ thấp 800- 850C

Đối với thép hợp kim cao nên dùng dung dịch có 30-32 g/l muối Majef, 10-12g/l BaCl2, nhiệt độ 98-1000C, thời gian 40-60phút

Nhược điểm của phốt phát hoá trong dung dịch Majef là: thời gian lâu, nhiệt độcao, khoảng nhiệt độ làm việc hẹp, khí hyđrô thoát ra mạnh, làm nền thấm nhiềuhyđrô, cơ tính giảm Vì vậy nếu giảm được sự thấm hyđrô sẽ rút ngắn được thời gianphốt phát hoá

Phốt phát hoá nhanh: Thành phần dung dịch và chế độ phốt phát hoá nhanh

Phốt phát hóa nguội: Cách này không phải đun nóng dung dịch, nhưng màng

tương đối mỏng Phốt phát hoá nguội có thể dùng muối Majef hay muối kẽmđihyđrôphốtphát NaF và NaNO2 là chất hoạt hoá cho quá trình Khi tăng nhiệt độdung dịch sẽ được màng tinh thể nhỏ mịn

Thành phần dung dịch và chế độ phốt phát hoá nhanh như sau:

+ Tẩy dầu, tẩy nhờn

+ Rửa qua nước lạnh khoảng ½ - 1 phút

+ Nhúng vào bể dung dịch axit oxalic khoảng 10÷30 giây Bể dung dịch này chứa0,073 kg axit oxalic trong một gallon nước (4 lít) Axit mạnh nên duy trì ở 30 point( point: là số ml của 0,1N dung dịch NaOH chuẩn độ 10ml, phenolphthalein là chất chỉthị) và kiểm tra định kỳ nửa tháng 1 lần Bể nên được rửa sạch khi có xuất hiện bùnđặc, cặn bám dính vào chi tiết đang được xử lý

+ Rửa qua nước lạnh khoảng ½ - 1 phút

+ Rửa qua nước ấm khoảng ½ - 1 phút.

Bể rửa nên duy trì nhiệt độ khoảng 65-800C, và điều chỉnh nước ấm từ khi bị nhiễmbẩn

+ Xử lý phốt phát hóa ở 800C trong 4 phút Thiết bị dùng là MIL-C 490A Làm loãngnước xấp xỉ 1,3 kg/l Duy trì ở 30 point* theo phân tích thống kê hàng ngày

+ Rửa qua nước lạnh trong 1 phút

+ Rửa qua nước ấm trong 1 phút (điều kiện bể rửa như trên)

+ Sấy khô

+ Cất giữ chi tiết cẩn thận cho đến khi đưa vào lò thấm nitơ

Nhận thấy với ba phương pháp dùng để phốt phát hoá thì đều tạo ra màng xốprất thích hợp cho giai đoạn thấm nitơ tiếp theo cho thép Màng xốp sẽ tạo điều kiệnthuận lợi cho các nguyên tử nitơ khuếch tán vào trong nền thép được tốt hơn như vậy

độ cứng hay khả năng chống mài mòn của thép cũng sẽ cao hơn

CHƯƠNG 2 :CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

2.1 Sơ đồ nghiên cứu.

Hình 2.1 Sơ đồ quy trình nghiên cứu

2.2 Các thiết bị trong quá trình thực nghiệm.

Các thiết bị thí nghiệm và thiết bị nghiên cứu được bố trí tại phòng thí nghiệm vàxưởng nhiệt luyện trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

2.2.1 Lò nung tôi.

Hình 2.2 Lò nung theo chu trình

Hình 2.3 Bộ phận điều chỉnh thông số lò.

Lò của hãng Nabertherm do Đức sản xuất, nhiệt độ làm việc cực đại T= 12800C

Lò có khả năng nung tôi theo chu trình đã định sẵn Time 1 là thời gian nung lên đến nhiệt độ cần đạt được, time 2 là thời gian giữ nhiệt, T là nhiệt độ cần đạt được

Hình 2.4 Cấu tạo bên trong lò.

Lò được nung nóng thông qua hệ thống dây mayxo được quấn quanh trục nằm ngang như hình 2.4

2.2.2 Lò ram và lò thấm.

Quá trình ram và thấm đều được thực hiện trên một lò được bố trí tại xưởng nhiệtluyện, lò được thiết kế và chế tạo tại bộ môn vật liệu học, xử lý nhiệt & bề mặt tháng4-2011 Công suất của lò P = 5kw, nhiệt độ cực đại của lò khoảng 7000C

Hình 2.5 Lò ram và thấm Nitơ Hình 2.6 Công tắc khởi động lò.

2.2.3 Hệ thống thiết bị đo độ phân hủy NH 3

Hệ thống đo độ phân hủy NH3 được mô tả cụ thể bằng hình vẽ 2.7