Định nghĩa, mục đích của thấm N - Thấm nitơ là phương pháp hóa nhiệt luyện làm bão hòa thấm, khuếch tán nitơ vào bề mặt của thép, nhằm mục đích chủ yếu là nâng cao độ cứng và tính chống
Trang 1Tiểu luận: Tại sao chỉ thấm Nitơ ở nhiệt độ không quá 5600C mà không thấm ở nhiệt độ cao hơn
BÀI LÀM
I SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT
1 Định nghĩa, mục đích của thấm N
- Thấm nitơ là phương pháp hóa nhiệt luyện làm bão hòa (thấm, khuếch tán) nitơ vào bề mặt của thép, nhằm mục đích chủ yếu là nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn (HRC 65 ¿ 70 hơn hẳn thấm cacbon) Cũng như thấm cacbon, thấm nitơ tạo nên lớp ứng suất nén dư ở bề mặt, do đó làm tăng giới hạn mỏi Ngoài ra thấm nitơ có bề mặt mờ, chống ăn mòn tốt trong môi trường khí quyển
và có thể dùng làm trang sức
- Thấm nitơ được áp dụng chủ yếu cho những chi tiết cần độ cứng và tính chống mài mòn rất cao, làm việc ở nhiệt độ 500 0C, song chịu tải không lớn như một số trục, bánh răng, sơmi trong máy bay, dụng cụ cắt, dụng cụ đo
2 Tổ chức của lớp thấm
- Độ cứng của thấm nitơ là bản chất tự nhiên của nó, không phải qua nhiệt luyện tiếp theo như thấm cacbon Người ta thấm nitơ trong dòng khí amôniac (NH3) có nhiệt độ trong khoảng 480
560 0C lúc đó nó bị phân hóa mạnh theo phản ứng:
2NH3 3H2 + 2Nng.tử
Hình: Giản đồ pha Fe - N
Trang 2- Nitơ nguyên tử mới tạo thành có hoạt tính cao bị hấp thụ rồi khuếch tán vào thép.
- Cơ sở để xác định tổ chức của lớp thấm nitơ vào thép là giản đồ pha Fe – N
- Các pha trong hệ Fe - N gồm có:
- dung dịch rắn xen kẽ của nitơ ở trong Fe- Fenitnitơ
- dung dịch rắn xen kẽ của nitơ ở trong Fe - Auxtenit nitơ
Chỉ tồn tại ở nhiệt độ cao hơn 591 0 C, tại nhiệt độ này khi làm phân hoá thành hỗn hợp cùng tích [ + '].
': dung dịch rắn trên cơ sở của pha xen kẽ kiểu Fe4N - là pha có độ cứng cao (>1200HV)
: dung dịch rắn trên cơ sở của pha xen kẽ kiểu FeN
- Tổ chức của lớp thấm: từ ngoài vào lần lượt là: (ε+γ’)-γ’-(γ’+α) - thép ở lõi
- Độ cứng cao nhất của lớp thấm là vùng (γ’+α), do có nhiều nitrit: CrN, AlN, tiết ra nhỏ m
ịn nằm phân bố đều, không phải qua nhiệt luyện tiếp theo như khi thấm C
- Như vậy lớp thấm gồm bởi các nitrit – pha xen kẽ với độ cứng rất cao, rất phân tán, nhờ vậy lớp thấm có độ cứng và tính chống mài mòn cao
- Chú ý: ε lớp xốp có độ cứng thấp (250-300HB), mẫu thấm to lên do đó thường phải hớt
bỏ đi.
3 Đặc điểm của thấm nitơ
- Do phải tiến hành ở nhiệt độ thấp sự khuếch tán khó khăn nên thời gian dài mà lớp thấm vẫn mỏng
- Sau khi thấm không tiến hành tôi và mài
- Thép dùng để thấm thường là thép hợp kim chuyên dùng Nếu dùng thép cacbon lớp thấm có nitrit sắt, pha này tuy cứng nhưng giòn nên thường dùng thép hợp kim hóa bằng Crôm, Molipđen và nhôm vì các nitrit của chúng cứng hơn và ít giòn hơn Trước khi thấm nitơ thép được đem tôi + ram trước để định hình cơ tính cho lõi, trong đó nhiệt độ ram phải cao hơn nhiệt độ thấm nitơ để quá trình thấm tiếp theo không giảm độ bền của lõi
- Lớp thấm cứng và độ cứng rất cao này giữ được ngay cả khi làm việc ở trên nhiệt độ 500 0C, trong khi đó độ cứng cao của lớp thấm cacbon bị giảm mạnh khi nhiệt độ vượt quá 200 0C do mactenxit bị phân hóa khi ram
Trang 3+ Độ cứng rất cao, tính chống mài mòn tốt, khả năng dính bám tốt So với thấm cacbon, thấm nitơ có độ cứng và tính chống mài mòn cao hơn rõ rệt Hơn nữa, tính chất này của lớp thấm giữ được tới nhiệt độ cao 500 6000C vì theo giản đồ trạng thái Fe-N cấu trúc của lớp thấm không thay đổi ở nhiệt độ dưới 5910C
+ Nâng cao độ bền mỏi do tạo nên lớp ứng suất nén dư ở bề mặt
+ Nâng cao tính chống mài mòn trong khí quyển Bề mặt ngoài cùng lớp thấm nitơ có tổ chức là pha , pha này có đặc tính là cấu tạo rất xít chặt, do vậy có tính bảo vệ tốt
+ Thời gian của quá trình thấm rất dài và chỉ có thể tiến hành thấm nitơ ở thể khí
Vì những lý do trên, mà thấm nitơ thường áp dụng cho các chi tiết máy quan trọng như trục khuỷu và các trục quan trọng
II GIẢI THÍCH NGUYÊN NHÂN:
Dựa vào những lý thuyết nêu trên ta có thể giải thích tại sao chỉ thấm Nitơ ở nhiệt độ không quá
560 0 C mà không thấm ở nhiệt độ cao hơn do những nguyên nhân sau:
- Mục đích thấm nitơ là tạo ra pha ' và α trên lớp bề mặt nên không cần nâng nhiệt độ đến trạng thái hoàn toàn Mặt khác, hệ số khuếch tán Dmax ở 5000C nên người ta chọn nhiệt độ thấm khoảng 500-5600C Thời gian thấm kéo dài, đủ để tạo ra các pha xen kẽ
- Người ta thấm nitơ trong dòng khí amôniac (NH3) có nhiệt độ trong khoảng 480 560 0C lúc
đó nó bị phân hóa mạnh nhất theo phản ứng:
2NH3 3H2 + 2Nng.tử
- Độ cứng cao nhất của lớp thấm là vùng (γ’+α), ε lớp xốp có độ cứng thấp (250-300HB), mẫu thấm to lên do đó thường phải hớt bỏ đi nên khi thấm N ta lựa chọn khoảng nhiệt độ tối ưu nhất là từ 500 – 5600C để tạo ra vùng (γ’+α) là nhiều nhất và vùng ε là thấp nhất
- Thấm N có độ cứng rất cao, tính chống mài mòn tốt, khả năng dính bám tốt So với thấm cacbon, thấm nitơ có độ cứng và tính chống mài mòn cao hơn rõ rệt Hơn nữa, tính chất này của lớp thấm giữ được tới nhiệt độ cao 500 5600C vì theo giản đồ trạng thái Fe-N cấu trúc của lớp thấm không thay đổi ở nhiệt độ dưới 5600C Nếu trên 5600C thì cấu trúc lớp thấm bắt đầu thay đổi nên độ cứng, tính chống mài mòn và khả năng dính bám của lớp thấm cũng thay đổi