Ph n IV Đ TH M TÔIầ Ộ Ấ
4.1
Hóa
-
nhi t ệ
luy nệ
1.Đ nh nghĩa:ị
Hóa - nhi t luy n là đ a chi ti t và trong môi tr ng th m có thànhệ ệ ư ế ườ ấ
ph n, nhi t đ thích h p trong th i gian đ đ nguyên t c n th m đi sâu vào trongầ ệ ộ ợ ờ ủ ể ố ầ ấ
chi
ti t sau đó đem nhi t luy n đ c i thi n h n n a tí nh ch t c a l p b m t.ế ệ ệ ể ả ệ ơ ữ ấ ủ ớ ề ặ
2. Nguyên
lý
chung
Môi
tr
ư
ngờ
thấm: là môi tr ng có ch a nguyên t c n th m, có kh năng ph nườ ứ ố ầ ấ ả ả
ng đ c đ nh nguyên t th m lên b m t chi ti t và khu ch tán vào sâu phía bênứ ể ố ị ố ấ ề ặ ế ế
trong. Th m C: môi tr ng khí phân hu t d u ho , th m N: khí NH3,..ấ ườ ỷ ừ ầ ả ấ
2
m cụ
đích
chính:
-
Nâng
cao
độ
c ngứ,
tính
ch nốg
mài
mòn
và
độ
bền
mỏi
của
thép
hơn
cả
tôi
bề
mặt:
th mấ
C,
th mấ
N,
th mấ
C-N,...
đ
ư
cợ
ngứ
d ngụ
r ngộ
rãi
trong
s nả
xu tấ
cơ
khí
.
-
Nâng
cao
tính
ch nốg
ăn
mòn:
thấm
Cr,
thấm
Al,
Si,
B.
Các
quá
trình
thấm
này
ph iả
ti nế
hành
ở
nhi tệ
độ
cao
h nơ
và
th iờ
gian
dài
h n,ơ
ít
thông
d ngụ
hơn.
Các
giai
đo n:ạ
1)
khu chế
tán
thể
khí
:
là
quá
trình
khu chế
tán
ch tấ
thấm
đ nế
bề
mặt
chi
ti tế
2)
Phản
ngứ
t oạ
nguyên
tử
ho tạ
tính
và
cố
định
lên
bề
mặt:
h pấ
phụ
t oạ
nguyên
tử
ho tạ
trên
bề
mặt
và
ph nả
ứng
v iớ
n nề
để
cố
đ nhị
chúng
trên
bề
m tặ
(có
thể
h pấ
phụ
phân
ly
hoặc
phản
nứg
phân
ly
ra
nguyên
tử
hoạt
tính).
3)
Khuếch
tán
thể
rắn:
nguyên
tử
ch tấ
th mấ
đ
ư
ợc
cố
định
trên
bề
mặt
khu cếh
tán
sâu
vào
bên
trong
để
t oạ
nên
l pớ
th mấ
v iớ
chi uề
sâu
nh tấ
định.
Trong
ba
giai
đo nạ
kể
trên
thì
khu chế
tán
thể
r nắ
th
ư
nờg
chậm
nhất
do
đó
là
khâu
quy tế
đ nhị
sự
hình
thành
c aủ
l pớ
th m.ấ
Ảnh
h
ư
ởng
của
nhiệt
độ
và
thời
gian:
Nhi tệ
độ
càng
cao:
ph nả
ngứ
t oạ
nguyên
tử
ho tạ
và
khu chế
tán
vào
càng
nhanh,
song
cao
quá
thì
có
h i:ạ
Ví
d :ụ
th mấ
C
không
quá
950
o
C
để
hạt
tinh
thể
không
bị
thô
to,
thấm
N
không
quá
650
o
C
để
còn
b oả
t nồ
tổ
ch cứ
hoá
t tố
c aủ
thép
ở
lõi.
Th i gian th m: Càng dài thì l p th m càng sâu:ờ ấ ớ ấ
τ
KX =
Trong đó: X-chi u sâu l p th m, K- h ng s thu c nhi t đ va công ngh th m, ề ớ ấ ằ ố ộ ệ ộ ệ ấ τ
-th i gian th m.ơ ấ
4.2
Thấm
cacbon
:
phổ
biến
nhất,
dễ
làm
do
đó
hầu
h tế
các
xưởng
Cơ
khí
đ uề
áp
d ngụ
uƯ đi mể:
bề
mặt
sau
khi
thấm
+
tôi
và
ram
thấp
HRC
60
÷
64,
ch ngố
mài
mòn
cao,
chịu
mỏi
tốt,
còn
lõi
b nề,
d oẻ,
dai
v iớ
độ
c nứg
HRC
30
÷
40.
Nhi tệ độ th mấ:
Đủ
cao
để
thép
ở
tr nạg
thái
hoàn
toàn
là
γ
,
pha
có
khả
năng
hòa
tan
nhi uề
cacbon
(900
÷
950
o
C).
Tuỳ
theo
lo iạ
thép
sử
d ng:ụ
Thép
C:
C10-C25,
T
th mấ
=
(900-930)
o
C,
Thép
h pợ
kim
có
Ti:
18CrMnTi,
25CrMnTi,
T=(930-950)
o
C,
Mn
để
%C
không
quá
cao
→
bong
Sau
khi
th mấ
và
tôi+ram
th p:ấ
bề
m tặ
%C
(1-1,2)%,
sau
tôi
+ram
th pấ
độ
c ngứ
cao
(thưnờg
là
62
÷
64),
không
bong.
Lõi:
có
tổ
ch cứ
h tạ
nhỏ
(c pấ
5
÷
8)
v iớ
tổ
ch cứ
mactenxit
hình
kim
nhỏ
mịn,
không
có
F
tự
do,
để
bảo
đảm
độ
b nề,
độ
dai
cao,
HRC
30
÷
40.
4.2.1 Th iờ gian th m:ấ
(giữ
nhi tệ
ở
nhi tệ
độ
th m)ấ
phụ
thu cộ
vào
hai
y uế
tố
sau.
1)
Chi uề
dày
l pớ
th mấ
yêu
c u:ầ
chi uề
dày
l pớ
th mấ
X
=
(0,10
÷
0,15)d,
d
đ ngườ
kính
hay
chi uề
dày
chi
tiết.
Riêng
đ iố
v iớ
bánh
răng
l yấ
X=(0,20
÷
0,30)m
(m-
môduyn
của
răng)
2)
T cố
độ
thấm:
Tuỳ
theo
công
nghệ
th mấ
và
nhi tệ
độ
th m:ấ
Công
nghệ
th mấ:
2
công
nghệ
thưngờ
dùng:
Thấm
C
th ể
r n:ắ
H nỗ
hợp
thấm:
Than
(c c,ố
đá,
g )ỗ
cở
2-8mm
:
25%
Than
d ngự
l iạ
(xàng
bỏ
b tộ
v n):ụ
60%
BaCO3 : 15% Hoà BaCO3 vào n cướ
v a x t đ có th tr n đ u vào than.ừ ệ ể ể ộ ề
X p chi ti t và l n than v a ch tế ế ố ừ ặ
H pộ
th mấ
C
thể
r nắ
Thời
gian
và
chiều
dày
lớp
th mấ:
X
=(0,11-0,12)t,
khi
th mấ
ở
(900-930)
o
C-
l yấ
K=0,11,
khi
th mấ
ở
(930-950)
o
C-
lấy
K=0,12
Đặc
điểm
của
thấm
cacbon
thể
rắn
là:
+
Thời
gian
dài
(do
phải
nung
cả
h p ộthan
d nẫ
nhi tệ
ch m),ậ
bụi,
khó
cơ
khí
hóa,
kém
ổn
định,
không
đòi
h iỏ
thi tế
bị
kín,
r tấ
đ nơ
gi nả
Thấm
ở
thể
khí
:
là
ph nươ g
pháp
thấm
hiện
đại,
đ
ư
cợ
sử
d ngụ
rộng
rãi
trong
sản xu tấ
Cơ
khí
.
Ch tấ
th m:ấ
Khí
đ tố
và
d uầ
hoả
(d uầ
hoả
dễ
dùng
h n)ơ
Thi tế
bị
th m:ấ
các
lo iạ
l ò
chuyên
dùng
để
th mấ
C
Lò
th mấ
C
c aủ
Nga
Lo i lòạP, kw dxh lò,mm Lo i lòạP, kw dxh
lò,mm
•25 25 300x450 •75 75 500x900
•35 35 300x600 •90 90 600x900
•60 60 450x600 •105 105 600x1200
X pế ho c treo chi ti t vào lò đ m b o b m t c n th m ph i luôn có khí luânặ ế ả ả ề ặ ầ ấ ả
chuy n. Nâng nhi t đ vàể ệ ộ
c pấ
dầu:
Nhi tệ
độ
Số
giọt
d uầ,
[giọt/phút]
(lò Ц
25
-Ц
60)
<
300 0
300-500 30
500-900 30-50
900-950 90-150
(bão
hoà)
900-950
50-80 (khuếch
tán)
Nhi tệ
độ
th mấ:
theo
loại
thép
như
thấm
C
thể
r nắ
Th i gian th m: (k t khi đ t nhi t đ th m)ờ ấ ể ừ ạ ệ ộ ấ
K
X2
=
τ
K=0,12 khi th m (900-930)oC, K=0,14 khiấ
th m (930-950)ấ ở
o
C,
τ
=
τ
bãohoà
+
τ
k/tán
=2
τ
bão hoà
=2
τ
k/tán
4.2.2 Nhi tệ
luy nệ
sau
khi
thấm:
3
công
ngh :ệ
1- Tôi tr c ti p+ram th p 200ự ế ấ ở
o
C-1h: sau th m l y ra cho nhi t đ h xu ng cònấ ấ ệ ộ ạ ố
850-860oC thì tôi trong d u. Ch áp d ng cho thép h p kim, quy trình đ n gi n, kinhầ ỉ ụ ợ ơ ả
t .ế
2- Tôi 1 l n+ram th p 200ầ ấ ở
o
C-1h: sau th m đem th ng hoá r i tôi (820-ấ ườ ồ ở
850)
o
C khi c n u tiên cho l p b m t, tôi (860-880)ầ ư ớ ề ặ ở
o
C khi c n u tiên cho lõi, ápầ ư
d ng ụđ c cho c thép C.ượ ả
Sơ
đồ
lò
thấm
C
b ngằ
d uầ
hoả
2
3- Tôi 2 l n+ram th p 200ầ ấ ở
o
C-1h: sau th m đem th ng hoá r i tôi (880-900)ấ ườ ồ ở
o
C
cho lõi xong, nung l i và tôi cho b m t (760-780)ạ ề ặ ở
o
C (t t nh t là tôi cao t n), áp d ngố ấ ầ ụ
cho m i lo i thép, đ m b o c tính c lõi và b m t, song phi n ph c và ngày càng ítọ ạ ả ả ơ ả ề ặ ề ứ
dùng.
4.3 Th mấ
nitơ
4.3.1 Định
nghĩa
và
m cụ
đích:
làm bão hòa và khu ch tán N vào b m t thép h pế ề ặ ợ
kim sau khi nhi t luy n hoá t t nh m m c đích ch y u là nâng cao đ c ng, tínhệ ệ ố ằ ụ ủ ế ộ ứ
ch ng mài mòn (HRC 65 ố
÷
70 h n h n th m cacbon) và gi i h n m i c a chi ti t.ơ ẳ ấ ớ ạ ỏ ủ ế
4.3.2 Tổ
chức
c aủ
l pớ
thấm:
t ngoài vào l n l t là: (ừ ầ ượ
ε
+
γ
’)-
γ
’-(
γ
’+
α
)-thép ở
lõi, trong đó
ε
- là pha xen k ng v i Fe2-3N,ẽ ứ ớ
γ
’ - là pha xen k ng v i Fe4N, ẽ ứ ớ
α
-
dung d ch r n c a N trong Feị ắ ủ
α
.
Độ
c ngứ
cao
nh tấ
c aủ
l pớ
th mấ
là
vùng (
γ
’+
α
),
do
có
nhiều
nitrit:
CrN,
AlN,
tiết
ra nhỏ
m nị
n mằ
phân
bố
đ u,ề
không
ph iả
qua
nhi tệ
luy nệ
tiếp
theo
như
khi
thấm
C.
4.3.3 Thép
dùng
để
thấm
N:
là
thép
hợp
kim
chuyên
để
thấm
N
điển
hình
là
38CrMoAlA
sau
khi
nhi tệ
luy nệ
hoá
t tố
Chất
thấm
N:
khí
NH
3
công
nghi pệ
(amôniac),
ở
nhi tệ
độ
th mấ
(480
÷
650)
o
C,
NH
3
bị
phân
huỷ
nhi tệ
theo
ph nả
ứng:
2 NH
3
→
3H
2
+ 2N
ng.tử
Chỉ
có
NH
3
h pấ
phụ
trên
bề
m tặ
phân
huỷ
t oạ
thành
N
ng/t ử
m iớ
có
tính
ho tạ
cao
khu chế
tán
vào
t oạ
thành
lớp
th m.ấ
Ph nầ
l nớ
còn
l iạ
không
có
tác
d ngụ
th m,ấ
do
đó
để
thấm
N
ng
ư
ời
ta
phải
liên
t cụ
bơm
NH
3
vào
lò
và
l yấ
s nả
ph mẩ
th aừ
ra
ngoài.
Để
thấm
ổn
định
v iớ
t cố
độ
đủ
nhanh
thì
tỷ
lệ
phân
huỷ
nhiệt
P
của
NH
3
:
duavaomoltongso
phanhuySomolNH
P−−
=,
3
Ph i tho mãnả ả
Nhi tệ
độ450-500 500-600 600-700
P,
% 20-35 30-45 40-60
4.3.4 Đ cặ
đi mể
c aủ
công
nghệ
thấm
nit :ơ
-
Do
ph iả
tiến
hành
ở
nhi tệ
độ
th pấ
để
không
làm
h ngỏ
tổ
ch cứ
c aủ
thép
sau
hoá
tốt.
Ch nọ
nhi tệ
độ
thấm
ph iả
căn
cứ
vào
tính
ch ngố
ram
c aủ
thép
(thép
38CrMoAlA
thấm
ở
(500-550)
o
C,
thép
gió
80W18Cr4V
có
thể
thấm
ở
(600-700)
o
C).
-
Sau
khi
thấm
không
phải
tôi
mà
phải
làm
nguội
chậm
đến
nhiệt
độ
200
o
C
để
tiết nitrit
làm
tăng
độ
c ngứ,
rồi
đuổi
hết
khí
ra
mới
được
mở
lò
để
chống
n .ổ
-
Nếu
trong
khí
thấm
có
pha
thêm
lưngợ
nhỏ
khí
đ tố
(1-2%),
ho cặ
th nhỉ
tho ngả
mở
van
cho 1 chút
không
khí
vào,
các
nguyên
tố
C
(trong
khí
đốt),
oxy
(trong không
khí)
có
tác
đ ngụ
nổ
đ nhị
pha
ε
do
đó
tốc
độ
thấm
tăng.
+ Thời
gian
th mấ:
khi
có
m tặ
C
và
O
trong
khí
th mấ
thì
:
K
X2
=
τ
K=0,2 đ n 0,27ế
chú
ý
ε
l pớ
xốp
có
độ
c nứg
thấp
(250-300HB),
mẫu
thấm
to
lên
do
đó
thưnờg
ph i ảh tớ
bỏ
đi.
Độ
cứng
của
lớp
thấm
N:
900-1000
HV,
giữ
được
ở
nhi tệ
độ
trên
500
o
C.
Công
dụng:
cho
chi
ti tế
c nầ
độ
c ngứ
và
tính
ch ngố
mài
mòn
r tấ
cao,
làm
vi cệ
nhởi tệ
độ
cao
h nơ
500
o
C,
như
m tộ
số
tr c,ụ
bánh
răng,
s miơ
trong
máy
bay,
d ngụ
cụ
cắt,
dụng
cụ
đo.
4.4
Th mấ
cacbon
-
nitơ
1. Định
nghĩa
và
m cụ
đích:
làm
bão
hòa
(th m,ấ
khu chế
tán)
đ ngồ
thời
cacbon
và
nitơ
vào
bề
m tặ
thép
để
nâng
cao
độ
c ngứ
và
tính
ch ngố
mài
mòn
(về
m tặ
này
nó
n mằ
trung
gian
gi aữ
th mấ
cacbon
và
th mấ
nit ).ơ
Nh
ư
v yậ
nó
cũng
nh mằ
m cụ
đích
như
hai
ph ngươ
pháp
hóa
-
nhi tệ
luy nệ
trên
song
t tố
h nơ
th mấ
cacbon.
2. Đ cặ
đi mể
của
công
nghệ
thấm
C-N:
tùy
thuộc
vào
tỷ
lệ
giữa
C
và
N
trong
l p ớthấm
mà
quá
trình
có
thể
gần
v iớ
một
trong
hai
dạng
thấm
C
hoặc
N
trên:
-
Thấm
ở
nhiệt
độ
cao,
trên
d
ư
iớ
800
o
C:
chủ
yếu
là
th mấ
C
(ít
N),
do
đó
có
tính
chất
gần
v iớ
thấm
C
hơn
song
t tố
hơn
chỉ
thấm
C.
-
Thấm
ở
nhiệt
độ
th pấ,
trên
d
ư
ới
600
o
C:
l pớ
th mấ
chủ
y uế
là
N,
do
đó
tính
chất
gần
với
thấm
N
hơn
song
kém
hơn
thấm
nitơ
đôi
chút
Thấm
C-N
ở
nhi tệ
độ
cao:
Ch tấ th mấ:
ch y u là khí đ t ho c d u ho nh khi th m C nh ng có thêmủ ế ố ặ ầ ả ư ấ ư
5
÷
10%NH
3
,
Nhi tệ đ ộth mấ:
780
÷
860
o
C,
thấp
hơn
so
với
thấm
C
Tổ ch c lứ ớp th m:ấ
gi ng l p th m C nh ng có thêm pha cacbo-nitrit Fe3(C,N)ố ớ ấ ư
r t c ng (c ng h n Fe3C) n m phân tán nên làm tăng r t m nh tính ch ng mài mònấ ứ ứ ơ ằ ấ ạ ố