Bài giảng Xử lý nhiệt kim loại

Ch­¬ng 3 xö lý nhiÖt kim lo¹i Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i Bµi 1 NhiÖt luyÖn thÐp Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i 1. Kh¸i niÖm. NhiÖt luyÖn thÐp lµ ph­¬ng ph¸p c«ng nghÖ nung nãng kim lo¹i vµ hîp kim ®Õn nhiÖt ®é x¸c ®Þnh, gi÷ nhiÖt mét thêi gian cÇn thiÕt råi lµm nguéi víi tèc ®é thÝch hîp ®Ó lµm thay ®æi tæ chøc bªn trong do ®ã lµm thay ®æi tÝnh chÊt cña chóng theo ý muèn. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i Tác dụng  Vật liệu qua nhiệt luyện:  - Cứng, bền, dẻo, dai thay đổi. - Nguyên nhân do thay đổi cấu tạo mạng tinh thể. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i Ảnh hưởng của nhiệt luyện: Kim loại khác nhau ảnh hưởng khác nhau khi Nhiệt luyện + Một số kim loại hầu như không thay đổi dưới tác dụng của nhiệt luyện.+ Một số kim loại thay đổi ít.+ Một số kim loại thay đổi nhiều.Thể hiện rõ nhất là cơ tính Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i 2. Bèn chuyÓn biÕn c¬ b¶n khi nhiÖt luyÖn thÐp + ChuyÓn biÕn PÐclÝt thµnh «stenÝt khi nung nãng thÐp qu¸ Ac1 P (F + Xª) => ¤ (Fe) + ChuyÓn biÕn «stenÝt thµnh PÐclÝt khi lµm nguéi chËm thÐp xuèng qu¸ Ar1 ¤ (Fe) => P (F + Xª) Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i + ChuyÓn biÕn «stenÝt thµnh M¸ctenxÝt khi lµm nguéi nhanh thÐp. ¤ (Fe) => M (Fe3C) + ChuyÓn biÕn M¸ctenxÝt thµnh PÐclÝt. M (Fe3C) => P (F + Xª) Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i 3. C¸c ph­¬ng ph¸p nhiÖt luyÖn kim lo¹i a. ñ. Lµ ph­¬ng ph¸p nung nãng chi tiÕt ®Õn nhiÖt ®é hoµn toµn lµ ¤stenit, giữ nhiÖt råi lµm nguéi chËm cïng lß ®Ó ®¹t ®­îc tæ chøc c©n b»ng víi ®é cøng vµ ®é bÒn thÊp nhÊt. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i Tác dụng của ủ: Làm ổn định tổ chức, giảm độ cứng, mất ứng suất tập trung nhất là với sản phẩm đúc, cán, rèn do nguội hoÆc biÕn d¹ng không đều ở các vị trí khác nhau trên chi tiết. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i Các phương pháp ủ:- Ủ thấp:  Được tiến hành ở nhiệt độ 200  600oC.Mục đích : khử ứng suất bên trong.- Ủ hoàn toàn: Nhiệt độ nung trên đường AC3 khoảng 30  50oC, giữ nhiệt, làm nguội cùng lò.Thường chỉ áp dụng với thép trước cùng tích. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i Mục đích: + Giảm độ cứng, tăng độ dẻo, cải thiện tính cắt gọt. + Làm nhỏ hạt tinh thể. + Làm đồng đều thành phần, đặc biệt là thép hợp kim. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i Ủ không hoàn toàn: Đ­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch nung nãng ®Õn nhiÖt ®é trong kho¶ng chuyÓn biÕn, giữ nhiÖt trong thêi gian ng¾n vµ lµm nguéi chËm tiÕp theo. Ukht chØ lµm thay ®æi 1 phÇn tÝnh chÊt cña kim lo¹i. Th­êng dïng víi thÐp sau cïng tÝch hoÆc vËt rÌn hoÆc vËt c¸n cña thÐp tr­íc cïng tÝch. Mục đích: Khö bá øng suÊt bªn trong vµ c¶i thiÖn tÝnh c¾t gät. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i b. Th­êng ho¸. Lµ ph­¬ng ph¸p nung nãng chi tiÕt ®Õn nhiÖt ®é hoµn toµn lµ «stenÝt, gi÷ nhiÖt råi lµm nguéi trong kh«ng khÝ tÜnh ®Ó ®¹t tr¹ng th¸i gÇn c©n b»ng. Môc ®Ých: NhËn ®­îc tæ chøc gÇn c©n b»ng, c¶i thiÖn tÝnh c¾t gät Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i Phạm vi ứng dụng của thường hoá: + Cần ít thời gian hơn ủ dùng thay cho ủ đối với thép Cácbon thÊp và C trung bình. + Một số thép hợp kim sau khi gia công áp lực được thường hoá để cải thiện cấu trúc như ổn định tổ chức hạt và khử ứng lực có hại trong kim loại. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i + T«i thÐp. Lµ ph­¬ng ph¸p nung nãng chi tiÕt ®Õn nhiÖt ®é cã tæ chøc «stenÝt, giữ nhiÖt råi lµm nguéi nhanh ®Ó ®¹t tr¹ng th¸i kh«ng c©n b»ng cã ®é cøng cao. Môc ®Ých cña t«i thÐp lµ lµm tăng ®é cøng, ®é bÒn cho thÐp. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i Nhiệt độ tôi Nhiệt độ tôi của thép cacbon được chọn theo thành phần của C tương ứng trên giản đồ Fe – C. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i NhiÖt ®é t«i ®­îc ®Æt theo lß hoÆc x¸c ®Þnh theo mµu cña chi tiÕt Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i Thời gian giữ nhiệt: đủ để cho nhiệt độ phân bố đều ở khắp chiều dày của vật nung. Th­êng ®­îc tra trong c¸c sæ tay nhiÖt luyÖn, cã thÓ lÊy theo kinh nghiÖm. (1ph/ 1mm chiÒu dµy quy ­íc) - Làm nguội: Tốc độ làm nguội khi nhiệt luyện do tổ chức sau nhiệt luyện quyết định vật càng cần có độ cứng cao càng cần làm nguội nhanh. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i Tèc ®é nguéi cña thÐp trong c¸c m«i tr­êng kh¸c nhau Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i Chuyển biến khi t«i thÐp:    + Mactenxit Chuyển biến «stenit  + «stenit dư Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i C¸c ph­¬ng ph¸p t«i: T«i trong 1 m«i tr­êng. Th­êng dïng víi thÐp c¸cbon trung bình vµ thÐp hîp kim thÊp. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i - T«i trong 2 m«i tr­êng (th­êng lµ n­íc vµ dÇu). Th­êng dïng ®Ó t«i thÐp c¸cbon cao vµ thÐp hîp kim trung bình Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i T«i ph©n cÊp. Gi¶m nhiÖt ®é ®Õn 1 nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh giữ nhiÖt 1 thêi gian ng¾n råi l¹i tiÕp tôc gi¶m nhiÖt ®é. Sö dông khi t«i thÐp c¸cbon cao vµ thÐp hîp kim cao Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i T«i ®¼ng nhiÖt. Gi¶m nhiÖt ®é ®Õn 1 nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh giữ nhiÖt 1 thêi gian dµi råi l¹i tiÕp tôc gi¶m nhiÖt ®é, th­êng t«i trong lß muèi. Sö dông khi t«i thÐp hîp kim ®Æc biÖt Thêi gian gi÷ nhiÖt trong lß muèi ®­îc tra trong sæ tay nhiÖt luyÖn hay lÊy theo c«ng thøc kinh nghiÖm t = 2,5phót + 0.3 phót cho 1 mm chiÒu dµy quy ­íc Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i * C¸c ph­¬ng ph¸p t«i ®Æc biÖt - T«i bÒ mÆt b»ng dßng ®iÖn c¶m øng - T«i bÒ mÆt b»ng ngän löa. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i + Ram. Lµ ph­¬ng ph¸p nung nãng chi tiÕt sau khi t«i ®Õn nhiÖt ®é thÝch hîp (nhá h¬n nhiÖt ®é chuyÓn biÕn pha) ®Ó ®iÒu chØnh ®é cøng, ®é bÒn theo yªu cÇu vµ khö bá øng suÊt d­ trong chi tiÕt. Ram lµ nguyªn c«ng b¾t buéc sau khi t«i ®Ó ®¶m b¶o cho chi tiÕt cã c¬ tÝnh thÝch hîp theo yªu cÇu lµm viÖc. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i Các phương pháp ram: + Ram thấp: Nung đến nhiệt độ (150  200oC) và giữ nhiệt một thời gian rồi làm nguội víi tèc ®é bÊt kú. Tác dụng giảm ứng suất dư, tăng độ dai, độ cứng giảm tõ 2 – 3HRC, thường áp dụng với dụng cụ cắt lµm bằng thép Cácbon dụng cụ, chi tiết sau khi thấm cácbon, thấm xyanua, … Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i + Ram trung bình: Nung đến nhiệt độ (300  450oC)và giữ nhiệt một thời gian rồi làm nguội. Tác dụng giảm độ cứng, giảm b , tăng độ dai. Ứng dụng nhiệt luyện lò xo... Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i + Ram cao: Nung đến nhiệt độ (500  680oC) và giữ nhiệt một thời gian rồi làm nguội trong nước hoặc trong dầu. Tác dụng giảm ứng suất dư, độ cứng giảm, tăng độ dai. Dùng cho chi tiết quan trọng, chi tiết bằng thép gió, thép thấm cácbon Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i + Ram nhiÒu lÇn Chi tiÕt ®­îc nung nãng nhiÒu lÇn (2 – 4 lÇn) ®Õn nhiÖt ®é ram vµ lµm nguéi hoµn toµn. Môc ®Ých lµm chuyÓn biÕn hoµn toµn ¤stenit d­ thµnh Mactenxit, do ®ã tăng ®­îc ®é cøng vµ tuæi thä cña chi tiÕt. Chñ yÕu dïng ®èi víi c¸c dông cô c¾t lµm b»ng thÐp giã. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i * C¸c d¹ng háng khi nhiÖt luyÖn R¹n nøt bªn ngoµi vµ bªn trong: NN lµ do chän m«i tr­êng t«i kh«ng ®óng, ram kh«ng ®óng thêi gian, t«i ®ét ngét. BÞ «xy ho¸ m¹nh: NN lµ nung trong m«i tr­êng «xy ho¸, thêi gian gi÷ nhiÖt khi nung qu¸ dµi. Tho¸t Cacbon: NN thêi gian gi­ nhiÖt qu¸ dµi. Tæ chøc tÕ vi h¹t th«: NN nhiÖt nung qu¸ cao, thêi gian dµi. ®é cøng cao: NN nhiÖt ®é ram qu¸ thÊp Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i Bµi 2 Ho¸ nhiÖt luyÖn Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i 1. Kh¸i niÖm. Ho¸ nhiÖt luyÖn lµ ph­¬ng ph¸p thay ®æi nhiÖt ®é vµ thµnh phÇn ho¸ häc cña líp bÒ mÆt chi tiÕt ®Ó thay ®æi tæ chøc vµ tÝnh chÊt cña líp bÒ mÆt theo yªu cÇu lµm viÖc. Thùc chÊt lµ lµm b·o hoµ bÒ mÆt chi tiÕt b»ng mét chÊt nµo ®ã ë vïng nhiÖt ®é cao. C¸c chÊt th­êng dïng ®Ó b·o hoµ líp bÒ mÆt cña chi tiÕt b»ng thÐp lµ: C, N2, Si, Al, Cr, Bo, …. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i Qu¸ trình ho¸ nhiÖt luyÖn ®­îc thùc hiÖn so sù t¸c ®éng t­¬ng hç cña m«i tr­êng láng hoÆc khÝ bªn ngoµi víi bÒ mÆt kim lo¹i nhê sù hÊp thô vµ khuÕch t¸n c¸c nguyªn tè ho¹t tÝnh ë tr¹ng th¸i nguyªn tö vµo kim lo¹i. Cã 3 qu¸ trình. - HÊp thô nguyªn tè hîp kim vµo bÒ mÆt kim lo¹i - Hoµ tan qua mÆt ngoµi kim lo¹i - KhuÕch t¸n qua líp bªn trong Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i Môc ®Ých: N©ng cao giíi h¹n mái cña chi tiÕt chÞu t¶i cã chu kú, n©ng cao tÝnh chèng mµi mßn, tÝnh chèng ăn mßn, tÝnh æn ®Þnh nãng, … Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i Qu¸ trinh khuÕch t¸n vµo dung dÞch ®Æc ®­îc ¸p dung theo ®Þnh luËt PhÝch T – nhiÖt ®é thÊm (oC) N – sè Av«gadro D – hÖ sè khuÕch t¸n (cm2/s) n – h»ng sè Phanxk R – H»ng sè khÝ (R = 1,987) Kho¶ng c¸ch nguyªn tö Q – nhiÖt khuÕch t¸n (kcal/g.ngtu) Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i 2. C¸c ph­¬ng ph¸p ho¸ nhiÖt luyÖn. a. ThÊm C¸cbon. lµ qu¸ trình tăng thªm C vµo líp bÒ mÆt s¶n phÈm b»ng thÐp, qu¸ trình nµy cã thÓ tiÕn hµnh b»ng chÊt thÊm C ë thÓ r¾n hay thÓ khÝ. ĐÓ b¶o vÖ những chç trªn bÒ mÆt chi tiÕt khái bÞ thÊm C th­êng ®Ó l­îng d­ hoÆc m¹ mét líp ®ång b»ng ph­¬ng ph¸p ®iÖn ph©n hoÆc dïng những bét nh·o ®Æc biÖt. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i Tèc ®é khuÕch t¸n cña c¸cbon trong ferit lµ nhá nhÊt vµ trong «stenit lµ lín nhÊt, do vËy qu¸ tr×nh thÊm c¸cbon ®­îc tiÕn hµnh ë nhiÖt ®é lín h¬n Ac3 (900 – 940oC), nhiÖt ®é ®ã lµ 1 trong nh÷ng yÕu tè n©ng cao hiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh thÊm HÖ sè D c¸cbon trong «stenit phô thuéc: Vµo nhiÖt ®é Vµo l­îng c¸cbon ban ®Çu trong thÐp Vµo nguyªn tè hîp kim Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i *. ThÊm C¸cbon ë thÓ r¾n. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i Thêi gian thÊm ®­îc x¸c ®Þnh phô thuéc vµo nhiÖt ®é thÊm, chiÒu s©u líp thÊm vµ chÊt thÊm, ®­îc tra trong c¸c sæ tay nhiÖt luyÖn hay x¸c ®Þnh nh­ sau: 0,15 mm/h - cho líp thÊm nhá h¬n 1 mm 0,1 mm/h - cho líp thÊm lín h¬n 1 mm Sau khi thÊm dì hép ë nhiÖt ®é kh«ng cao h¬n 100oC Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i *. ThÊm c¸cbon ë thÓ khÝ. ThÊm C¸cbon ë thÓ khÝ thùc hiÖn b»ng c¸ch nung nãng vµ gi­ chi tiÕt trong m«i tr­êng thÊm c¸cbon cã chøa khÝ CH4 vµ CO. ThÊm C¸cbon ë thÓ khÝ cã n¨ng suÊt cao vµ hiÖu qu¶ thÊm rÊt cao, khÝ CH4 cã ho¹t tÝnh cao nhÊt. Dung dÞch ®Æc d­íi t¸c dông t­¬ng hç cña khÝ x¶y ra theo ph­¬ng tr×nh sau. 2Fe + CH4 = Fe3C + 2H2 Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i *. ThÊm cacbon ë thÓ láng. ThÊm Cacbon ë thÓ láng ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch nung chi tiÕt trong muèi nãng ch¶y chøa NaCN (Natri xianua) vµ SiC. ThÊm Cacbon ë thÓ láng cã ®Æc ®iÓm lµ: Qu¸ tr×nh thÊm nhanh, chi tiÕt ®­îc nung ®Òu, cã thÓ t«i trùc tiÕp kh«ng bÞ «xy ho¸ vµ tho¸t c¸cbon. Thµnh phÇn bÓ muèi gåm: 75- 80% Na2CO3, 15 – 20% NaCl, 10% SiC NhiÖt ®é thÊm 840 – 860oC Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i + Chó ý: Chi tiÕt sau khi thÊm C¸cbon bao giê còng ph¶i t«i vµ ram thÊp. L­îng ¤stenit d­ lín sÏ lµm gi¶m ®é cøng, gi¶m ®é chèng mµi mßn, gi¶m ®é bÒn uèn vµ lµm ®é nh¸m tăng, … nªn cÇn th­êng ho¸ vµ ram trung bình hoÆc gia c«ng l¹nh tr­íc khi thÊm. Khi thÊm Cacbon ë thÓ láng b»ng ®iÖn ph©n rÊt cã hiÖu qu¶. (chi tiÕt ®­îc nung lµ anot, mËt ®é dßng 3-4 A/dm2). Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i b. ThÊm xyanua ThÊm xyanua lµ QT lµ b·o hoµ ®ång thêi c¶ cacbon vµ nit¬ trªn líp bÒ mÆt chi tiÕt nh»m n©ng cao c¬ tÝnh vµ tÝnh chèng mµi mßn. ThÊm xyanua b»ng c¸ch nung chi tiÕt trong m«i tr­êng chøa nit¬ vµ c¸cbon ho¹t tÝnh. Sau khi thÊm tiÕn hµnh t«i hoÆc lµm nguéi ngoµi kh«ng khÝ. NhiÖt ®é thÊm cao thì QT thÊm C¸cbon chiÕm ­u thÕ, nÕu nhiÖt ®é thÊp thì QT thÊm nit¬ chiÕm ­u thÕ. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i + C¸c ph­¬ng ph¸p xyanua. - ThÊm xyanua ë thÓ khÝ ë nhiÖt ®é cao cho c¸c chi tiÕt nh»m n©ng cao ®é cøng bÒ mÆt, kh¶ n¨ng chèng mµi mßi vµ giíi h¹n mái. (nhiÖt ®é thÊm 700 – 750oC). - ThÊm xyanua ë thÓ khÝ ë nhiÖt ®é thÊp dïng víi c¸c dông cô chÕ t¹o b»ng thÐp giã nh»m n©ng cao kh¶ n¨ng c¾t gät vµ ®é bÒn cña dông cô. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i - ThÊm xyanua ë thÓ láng nhiÖt ®é thÊp nh»m môc ®Ých n©ng cao tÝnh c¾t gät cho dông cô c¾t lµm b»ng thÐp giã vµ thÐp hîp kim cao. - ThÊm xyanua ë thÓ r¾n dïng cho c¸c dông cô c¾t sau khi ®· nhiÖt luyÖn vµ gia c«ng c¬ khÝ. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i c. ThÊm nit¬ ThÊm nit¬ lµ QT lµm b·o hoµ bÒ mÆt chi tiÕt b»ng nit¬ ë 1 chiÒu s©u nhÊt ®Þnh. ThÊm nit¬ ®­îc tiÕn hµnh ë nhiÖt ®é kho¶ng 480 – 700oC, trong m«i tr­êng Amoniac. ThÊm nit¬ lµ nguyªn c«ng cuèi cïng víi môc ®Ých n©ng cao tÝnh chèng mµi mßn vµ giíi h¹n mái cña chi tiÕt m¸y. Nit¬ kÕt hîp víi kim lo¹i t¹o ra nitrit, t¸c dông víi s¾t t¹o ra pha xen kÏ. Ch­¬ng 3: Xö lý nhiÖt kim lo¹i - C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng khi thÊm nit¬ C¸c nguyªn tè nh­: C, W, Cr, Mn, Ni, Si ®Òu lµm gi¶m chiÒu s©u líp thÊm kh¸ m¹nh. Nguyªn tè Al lµm t¨ng nång ®é Nit¬, t¨ng chiÒu s©u líp thÊm vµ n©ng cao ®é cøng cña nã. C¸c thÐp chøa Al, Mo, V cã hiÖu qu¶ ®é cøng lín nhÊt. ®Ó tr¸nh biÕn d¹ng vµ kh«ng bÞ dßn ram ng­êi ta th­êng thÊm nit¬ ë 380 – 420oC.