chương 4 nhiệt luyện thép

Ủ:  nung nóng chi tiết, sau đó làm nguôi chậm ( nguội cùng lò ) để nhận được tổ chức có độ cứng thấp, độ dẻo caoT. Thường hoá:.[r]

Trang 1

Chương 4: NHIỆT LUYỆN THÉP

4.1 Khái niệm về nhiệt luyện thép

Nhiệt luyện là gì?  là công nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến

nhiệt độ xác định, giữ nhiệt và làm nguội với tốc

độ thích hợp

Mục đích:  làm biến đổi tổ chức  biến đổi cơ tính của vật liệu

theo hướng mong muốn của con người

Đặc điểm của nhiệt luyện:

- Không làm thay đổi hình hoặc thay đổi không đáng kể dạng kích thước chi tiết

- Chi tiết vẫn ở trạng thái rắn

- Chi tiết sau nhiệt luyện phải được đánh giá qua tổ chức tế vi và cơ

Trang 2

Sơ đồ quy trình nhiệt luyện đơn giản nhất

 nhiệt độ cao nhất mà quá trình cần đạt đến

to n

n)

gn

 thời gian ngưng ở nhiệt độ nung nóng

V ng

 tốc độ làm nguội chi tiết sau khi giữ nhiệt

Trang 3

Các chỉ tiêu đánh giá kết quả nhiệt luyện

1 Tổ chức tế vi

- cấu tạo pha, kích thước hạt, chiều sâu

lớp hoá bền…

Ảnh tổ chức của thép với sự phân

tán xêmentit trên nền ferit

Xê

F

2 Độ cứng

 biết giá trị độ cứng  ước lượng các

chỉ tiêu cơ tính khác: độ dẻo, độ dai, độ

bền

3 Độ cong vênh, biến dạng chi tiết

Trang 4

Phân loại nhiệt luyện thép

Ủ:  nung nóng chi tiết, sau đó làm nguôi chậm ( nguội cùng lò ) để nhận được tổ chức có độ cứng thấp, độ dẻo cao

Trang 5

Phân loại nhiệt luyện thép (tiếp theo)

 dựa vào nhiệt độ để làm biến đổi thành phần hoá học vùng bề mặt chi tiết  nhiệt luyện để đạt được cơ tính như mong muốn

- thấm đơn nguyên tố: thấm C, N, Cr……

- thấm đa nguyên tố: thấm C-N,…

Cơ - Nhiệt luyện:

 dựa vào sự biến đổi nhiệt độ + kết hợp biến dạng dẻo  biến đổi tổ chức

Trang 6

Tác dụng của Nhiệt luyện trong

Trang 7

Các chuyển biến xảy ra khi

Chuyển biến xảy ra khi nung nóng - sự tạo thành Austenit

Cơ sở: dựa trên giản đồ pha Fe-Fe 3 C

* Thép cùng tích (tổ chức chỉ có P): [Fe+Fe3C]0,8%C nhiệt độ A c1 Fe(C)0,8%C

* Thép trước cùng tích (P+F): P + F nhiệt độ A c3 Austennit

* Thép trước cùng tích (P+Xe): P + Xe nhiệt độ A cm Austennit

Nhận xét:

- Mọi loại thép sau khi nung lên trên đường GSE (xem trên GDP Fe-Fe3C) đều cho tổ chức một pha duy nhất Austennit

- Các mác thép khác nhau sẽ nhận được các tổ chức A khác nhau với

%C như trong mác thép ban đầu

Trang 8

Các chuyển biến xảy ra khi nung

nong - làm nguội (tiếp theo)

Đặc điểm của chuyển biến P  Austenit

Vấn đề quan tâm: nhiệt độ và kích thước hạt Austenit

* Nhiệt độ: phụ thuộc vào tốc độ nung

 tốc độ nung càng nhanh thì nhiệt độ chuyển biến càng cao và thời gian chuyển biến càng ngắn

chuyển biến thì nhiệt

độ nung phải quá nhiệt

độ tới hạn từ 20-300C

Trang 9

Các chuyển biến xảy ra khi nung

nong - làm nguội (tiếp theo)

* Kích thước hạt Austenit:

Đặc điểm cơ chế của chuyển biến P  Austenit

- Tạo mầm (mầm được tạo trên biên giới pha giữa F và Xe)

- Phát triển mầm như trong quá trình kết tinh

Kích thước hạt A phụ thuộc:

- Điều kiện nung nóng tiếp tục (hoặc giữ nhiệt)  hạt lớn lên

- Thép bản chất di truyền hạt lớn và nhỏ

Trang 10

Các chuyển biến xảy ra khi giữ nhiệt

- Làm đồng đều nhiệt độ trên toàn tiết diện

- Đủ thời gian để hoàn thành các chuyển biến xảy ra khi nung nóng

- Làm đồng đều thành phần hoá học trên toàn bộ Austenit

Chú ý:

- Thời gian giữ nhiệt không nên quá dài do tạo nên sự phát triển hạt Austenit

Trang 11

Các chuyển biến xảy ra khi nguội

chậm Austenit

Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của Au quá nguội (thép cùng tích)

Động học chuyển biến trạng thái rắn

hợp

Trang 12

chậm Austenit (tiếp theo)

đinh nghĩa bằng việc

xác định tại thời điểm

Trang 13

Giản đồ TTT của thép cùng tích

Austenit quá nguội

Trang 14

Trang 15

Xác định thành phần tổ chức cuối cùng của

các trường hợp sau:

Trang 16

Đặc điểm của sự phân hoá A khi làm nguội liên tục

* Tổ chức nhận được hoàn toàn phụ thuộc vào véctơ biểu thị tốc độ nguội trên giản đồ TTT

* Với chi tiết có tiết diện lớn, tổ chức sẽ không đồng nhất do ảnh hưởng của tốc độ nguội khác nhau

* Chỉ nhận được tổ chức hoàn toàn Bainit bằng cách làm nguội đẳng nhiệt

Chú ý:

Các điều kiện trên chỉ đúng với thép Cacbon

Trang 17

Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của Au quá nguội (thép khác cùng tích)

Đặc điểm:

- Xuất hiện thêm nhánh phụ, chữ

C dịch có xu hướng dịch sang

t r á i… … …

- Khi làm nguội đẳng nhiệt với độ

quá nguội nhỏ  sẽ tiết ra ra F

(Xe) trước khi gặơ nhánh phụ

- Khi làm nguội đẳng nhiệt với độ

quá nguội đủ lớn, tổ chức cuối

vẫn nhận được dạng xoocbit,

trôxtit và bainit….………

Trang 18

nhanh Austenit

Trang 19

nhanh Austenit (tiếp theo)

- Nồng độ C như trong Austenit

- Kiểu mạng chính phương tâm

khối c/a~ 1,001-1,06

- C a c b o n s ẽ

nằm trong các

lỗ hổng 8 mặt

Trang 20

nhanh Austenit (tiếp theo)

Các đặc điểm của chuyển biến Mactenxit

• Chỉ xảy ra khi làm nguội nhanh và liên tục A với tốc độ V > Vth

• Chuyển biến không khuyếch tán

• Quá trình chuyển biến xảy ra liên tục, tốc độ phát triển nhanh

• Chỉ xảy ra trong khoảng giữa hai nhiệt độ bắt đầu (Ms) và kết thúc (Mf)

• Chuyển biến xảy ra không hoàn toàn

Cơ tính của Mactenxit

• Độ cứng: phụ thuộc vào hàm lượng C

• Tính giòn: tỷ lệ thuận với độ cứng

Trang 21

Các chuyển biến xảy ra khi nung nóng

thép sau tôi

Sự không ổn định của Mactenxit và Austenit

Mactenxit: Fe(C)  Fe3C + FeAustenit: Fe(C)  Fe3C + Fe

Các chuyển biến khi ram (thép cùng tích)

Giai đoạn I (<2000C):

- t < 800C: chưa xảy ra chuyển biến

- 800C < t < 2000C: tiết ra cácbit  (Fe2,0-2,4C) từ M,  chưa chuyển biến

Fe(C)0,8  [Fe(C)0,25-0,4 + Fe2,0-2,4C ]

Trang 22

thép sau tôi (tiếp theo)

Giai đoạn II (<200-2600C):

- Cacbon tiếp tục tiết ra từ M

-  dư chuyển biến về M ram

Fe(C)0,8  [Fe(C)0,15-0,2 + Fe2,0-2,4(C) ]

 Tổ chức cuối giai đoạn gồm cacbit  và M ram: độ cứng nhỏ hơn

so với M tôi

Trang 23

Giai đoạn III (<260-4000C):

 hỗn hợp Feα và Xe nhỏ mịn phân tán  tổ chức trôxtit

Tổ chức hai pha cacbit  và M ram đồng thời chuyển biến:

Fe(C)0,15-0,2  Fe + Fe3C (dạng hạt)

Fe2,0-2,4(C)  Fe3C (dạng hạt)

- Đặc điểm của Trôxtit: - độ cứng giảm đi so với M ram (~45HRC)

- Tăng mạnh tính đàn hồi, không còn ứng suất bên trong vật liệu

Trang 24

Giai đoạn IV (>4000C):

- Không có chuyển biến mới, có sự sát nhập hạt Xe lớn lên

- 500-6000C nhận được tổ chứ xoocbit ram có σch và ak cao nhất

 tuỳ thuộc vào từng giai đoạn mà có thể nhận được các tổ chức

có cơ tính khác nhau

 tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc, yêu cầu cơ tính  chọn chế

độ nung thích hợp

Trang 25

- Làm giảm độ cứng để dễ dàng gia công cơ khí (cắt, bào, tiện… vật liệu)

- Làm tăng thêm độ dẻo để dễ gia công biến dạng (dập, cán, kéo….)

- Khử bỏ ứng suất bên trong sinh ra trong quá trình biến dạng…

- Làm đồng đều thành phần hoá học trên toàn bộ chi tiết (ủ khyếch tán)

- Làm nhỏ hạt

Trang 26

Ủ thép (tiếp theo)

Các phương pháp ủ không có chuyển biến pha

* Ủ thấp (200-6000C):  làm giảm hoặc khử bỏ ứng suất bên trong chi tiết (sau đúc, gia công cơ khí)

* Đặc điểm: độ cứng không giảm

* Ủ kết tinh lại (600-7000C cho thép C):  làm giảm hoặc khử bỏ ứng suất bên trong chi tiết (sau đúc, gia công cơ khí)

* Đặc điểm: độ cứng giảm, độ dẻo tăng

Trang 27

Các phương pháp ủ chuyển biến pha

Ủ hoàn toàn (áp dụng cho thép trước cùng tích): nhận được tổ chức

[Fe + P (tấm)]

Tủ = Ac3 + (20-300C)

Mục đích: - làm nhỏ hạt

- giảm độ cứng, tăng độ dẻo

Ủ không hoàn toàn (cho thép dụng cụ %C > 0,7): nhận được tổ chức

[XeII + P hạt]

Tủ = Ac1 + (20-300C)

Mục đích: làm giảm độ cứng để dễ gia công cắt gọt

Trang 28

Các phương pháp ủ chuyển biến pha (……)

Ủ cầu hoá: mục đích tạo thành P hạt trong tổ chức

5' 5' 5'

750-7600C650-6600C

Trang 29

Mục đích của thường hoá

- Đạt độ cứng thích hợp cho gia công cắt

- Làm nhỏ hạt Xe trước khi nhiệt luyện kết thúc

Làm mất lưới XeII với thép sau cùng tích

Trang 30

Tôi thép

 Nung nóng + giữ nhiệt + nguôi nhanh  nhận tổ chức M không ổn định với độ cứng cao

Mục đích

- Nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn cho chi tiết

- Nâng cao độ bền và sức chịu tải của chi tiết máy

Trang 31

Tôi thép (tiếp theo)

- Các phần tử rắn chưa hoà tan vào A

- Kích thước hạt A trước khi làm nguội

Độ thấm tôi  là chiều sâu lớp tôi cứng có tổ chức M

Các yếu tố ảnh hưởng: - tốc độ nguội tới hạn

- tốc độ nguội chi tiết

Trang 32

Đánh giá độ thấm tôi

25

Tính thấm tôi và tính tôi cứng

Trang 33

Các phương pháp tôi thể tích và công dụng

Tôi trong một môi trường

Đường cong nguội lý tưởng:

- Chi tiết không bị cong vênh

- Giai đoạn làm nguôi nhanh

Trang 34

Tôi trong hai môi trường

- Giai đoạn đầu: nguội

nhanh trong môi trường

tôi mạnh hơn (nước,

dung dịch muối…)

- Giai đoạn sau làm

nguội trong môi trường

yếu hơn (dầu…)

 giảm được mức độ

biến dạng chi tiết

Trang 35

 độ dai cao hơn,

không cần ram sau tôi

Trang 36

Cơ - nhiệt luyện thép

 thực hiện gần như đồng thời 2 quá trình: biến dạng dẻo (biến dạng dẻo A) + tôi nhận được tổ chức có độ bền (10-20%), độ dẻo dai cao (1,5-2 lần)

- Biến dạng dẻo ở trên Ac3  tôi + ram thấp

- Đặc điểm: - áp dụng được cho mọi loại thép C

- dễ tiến hành do A dẻo, tốn ít năng lượng

- b ~ 2200-2400Mpa,  ~ 6-8%, ak ~ 300KJ/m2

- Nung thép lên trên Ac3 nhận tổ chức A  nguội nhanh xuống 400-6000C biến dạng dẻo  tôi + ram thấp

- Đặc điểm: - chỉ áp dụng được cho thép HK có độ quá nguội của A cao

- khó tiến hành do A kém dẻo, tốn nhiều năng lượng

- b ~ 2600-2800Mpa,  ~ 3%, ak ~ 200KJ/m2

Trang 37

 Điều chỉnh cơ tính cho phù hợp với yêu cầu riêng của từng chi tiết

* Đặc điểm của tổ chức nhận được sau tôi:

- tổ chức M tôi có độ cứng cao, rất dòn, kém dẻo dai  dễ bị nứt hãy

- nhiều chi tiết sau tôi vẫn yêu cầu cần độ đàn hồi, độ dẻo cao…

Trang 38

Ram thép (tiếp theo)

Các phương pháp ram

Ram thấp (150-2500C)

- tổ chức sau ram: M ram

- độ cứng giảm ít so với M tôi (với thép HK cao thì độ cứng có thể tăng)

- ứng dụng cho các dụng cu và chi tiết máy: dụng cụ cắt, bánh răng……

Trang 39

Ram trung bình (300-4500C): áp dụng với thép có 0,55-0,65%C

- tổ chức sau ram: trôxtit ram

- độ cứng giảm rõ rệt với M tôi nhưng giới hạn đàn hồi đạt giá trị lớn nhất

- khử bỏ hoàn toàn được ứng suất bên trong

- ứng dụng cho các chi tiết làm việc cần độ cứng tương đối cao và độ đàn hồi cao: lò xo, nhíp……

Trang 41

Ram cao (500-6500C)

- tổ chức sau ram: xoocbit ram

- độ cứng giảm mạnh, độ dẻo độ dai tăng mạnh

- ứng dụng cho các chi tiết máy chịu va đập: trục, bánh răng……

Trang 42

Các khuyết tật có thể xảy ra khi nhiệt

luyện thép

Biến dạng và nứt

Nguyên nhân: sinh ra do ứng suất nhiệt bên trong

Phòng tránh: - tốc độ nung hợp lý

- làm nguội theo đúng các quy tắc: nhúng thẳng đứng,

……… phần dày chi tiết sẽ fải tôi trước….

- có thể ép các vật mỏng trong khuôn trước khi tôi Khắc phục: biến dạng vừa phải có thể mang nắn lại

Oxy hoá và thoát C

Nguyên nhân: do có sự xuất hiện của các thành phần dễ gây oxy hoá Fe và C như: hơi nước, oxy………

Phòng tránh: - nung trong môi trường có khí bảo vệ: N2, Ar2………

- nung trong môi trường chân không

- sử dụng các chất bảo vệ xung quanh như than hoa…

Khắc phục: thoát C thì có thể thấm lại C cho chi tiết

Trang 43

Các khuyết tật có thể xảy ra khi nhiệt

luyện thép (tiếp theo)

Trang 44

Hoá bền bề mặt

Tôi cảm ứng

Nguyên lý:  chi tiết được đặt trong từ trường biến thiên sẽ xuất hiện

dòng điện cảm ứng nung nóng chi tiết

Đặc điểm:

- Mật độ dòng điện xoay chiều phân bố không đều trên tiết diện chi tiết

- Mật độ dòng điện phân bố cao từ ngoài bề mặt vào trong bên trong chi tiết với chiều sâu  được xác định theo công thức:

 = 5030 (/.f)1/2 cm

Trang 45

Hoá bền bề mặt (tiếp theo)

Trang 46

- Bề mặt có độ cứng cao chịu mài mòn tốt

- Lõi có độ dai va đập và độ dẻo cao

- Bề mặt có khả năng chống mỏi tốt

Cơ tính:

các chi tiết thường sử dụng tôi cảm ứng: trục, bánh răng…

Trang 47

Trang 48

Hoá - nhiệt luyện

 Là quá trình bão hoà nguyên tố hoá học

vào bề mặt thép nhờ khuyếch tán ở trạng

thái nguyên tử từ môi trường bên ngoài nhờ

nhiệt độ

-Nâng cao độ cứng, tính chống mài mòn và độ bền mỏi cho chi tiết

- Nâng cao tính chống ăn mòn cho vật liệu

Mục đích:

Các giai đoạn trong quá trình

1 Giai đoạn phân hoá

2 Giai đoạn hấp phụ

3 Giai đoạn khuyếch tán

Trang 49

Hoá - nhiệt luyện (tiếp theo)

Trang 50

Thấm C

Mục đích: - làm cho bề mặt có độ cứng cao chống mài mòn, chịu

……… mỏi tốt (HRC ~ 60-64)

- lõi vẫn đảm bảo độ dẻo dai (HRC ~ 30-40)

 Bão hoà C lên bề mặt thép C thấp (0,1-0,25%C) + tôi và ram thấp 

Yêu cầu đối với lớp thấm:

Trang 51

Một số thiết bị trong quá trình thấm C

Trang 52

Thấm C (… )

Cách lựa chọn nhiệt độ và thời gian thấm

Nhiệt độ thấm: Tthấm > Ac3 để đảm bảo hoà tan được nhiều C vào trong

Cng.tử + Fe(C)  Fe(C)0,10,81,3

Trang 53

Trang 54

Thấm N

Nhiệt độ thấm: 480-6500C

Đặc điểm:

- thời gian thấm lâu

- không cần nhiệt luyện sau thấm

- thép thấm là loại chuyên dùng

- lớp thấm cứng hơn so với thấm C

Định dạng
Số trang	54
Dung lượng	0,95 MB