(2.20) Trong đó:
7.3.3. Các khuyết tật xảy ra khi nhiệt luyện
Nhiệt luyện cải thiện rất nhiều cơ tính của thép, song nếu thực không đúng sẽ gây ra các hư hỏng. Các hư hỏng xảy ra khi nhiệt luyện, đặc biệt khi nhiệt luyện kết thúc (tôi + ram) sẽ gây ra lãng phí lớn. Cần hiểu rõ các nguyên nhân gây ra các hư hỏng đó, cũng như các biện pháp ngăn ngừa và khắc phục chúng.
7.3.3.1. Biến dạng, nứt
- Hiện tượng: Sự không đảm bảo về hình dáng ban đầu hoặc xuất hiện các vết nứt tế vi trên sản phẩm sau khi nhiệt luyện (đặc biệt nguy hiểm khi tôi).
- Nguyên nhân: Do ứng suất dư phát sinh bên trong gây ra biến dạng và nứt.
Khuyết tật này có thể xảy ra cả khi nung nóng lẫn khi làm nguội. Nung nóng nhanh và đặc biệt là đối với các thép dẫn nhiệt kém (thép hợp kim cao) sẽ gây ra ứng suất nhiệt lớn, trong dạng này thường xảy ra khi làm nguội. Làm nguội nhanh trong quá trình tôi, ứng suất nhiệt và ứng suất tổ chức đều lớn.
Nếu ứng suất bên trong vượt quá giới hạn bền, thép sẽ nứt đó là dạng khuyết tật không thể chừa được. Nếu ứng suất bên trong vượt quá giới hạn chảy, chi tiết sẽ bị biến dạng (cong vênh).
Chủ biên: Lê Văn Cương
Tel: (031)3829890 Mobile: 0904.174883 E-mail: levcuong_kdt@yahoo.com.vn
Page: 147 A4 (210 x 297) mm
- Tác hại: Cả hai loại biến dạng và nứt đều gây phế phẩm.
- Cách khắc phục: Ngăn ngừa xảy ra biến dạng và nứt bằng cách giảm ứng suất bên trong.
Ngăn ngừa biến dạng, nứt trong quá trình nung bằng các biện pháp:
+) Xác định tốc độ nung nhanh hợp lý để tránh nứt. Đối với thép hợp kim cao có tính dẫn nhiệt kém, khi nung nóng không đưa đột ngột vào lò có nhiệt độ tôi cao ngay, mà trước đó cần nung trước ở các lò có nhiệt độ thấp hơn.
+) Cần xác định đúng cách thức nung chi tiết cho hợp lý.
Đối với các trục dài, khi nung trong lò không nên đặt nằm ngang trên sàn lò mà nên treo thẳng đứng.
Ngăn ngừa biến dạng, nứt trong quá trình nguội khi tôi bằng các biện pháp:
+) Chọn môi trường và phương pháp tôi thích hợp để có chuyển biến M
+) Chọn phương pháp nhúng chi tiết, dụng cụ vào môi trường tôi. Khi nhúng phải tuân theo các nguyên tắc: Chi tiết gồm nhiều bộ phận dây, mỏng khác nhau thì phải nhúng phần dây trước, chi tiết dài, nhỏ và lò xo phẳng, móng phải nhúng thẳng đứng. Các chi tiết hình ống phải đảm bảo trục vuông góc với mặt chất lỏng.
+) Để giảm ứng suất nhiệt do làm nguội khi tôi thường áp dụng biện pháp tôi hạ nhiệt tức là để chi tiết ở ngoài không khí tự nguội khoảng 50 ÷ 700C sau đó mới nhúng vào môi trường tôi. Cách làm này thường áp dụng cho thép tôi ở nhiệt độ cao như thép thấm cacbon, thép dụng cụ hợp kim.
+) Đối với các chi tiết dễ cong vênh như tấm mỏng, bánh răng thì biện pháp chống biến dạng là làm nguội khi tôi trong khuôn ép.
Ngăn ngừa biến dạng, nứt bằng biện pháp thiết kế:
Cố gắng tạo cho chi tiết có thành dày đều, cân đối không có góc nhọn và những phần thay đổi tiết diện đột ngột.
7.3.3.2. Oxi hóa và thoát cacbon
- Hiện tượng: Oxy hóa là hiện tượng tạo nên các vẩy oxyt ở trên bề mặt thép, lớp oxýt sắt không bền, dễ bị bong ra, làm sai kích thước và xấu bề mặt sản phẩm.
Thoát cacbon là hiện tượng hàm lượng cacbon ở bề mặt thép bị giảm đi do nó bị cháy vì vậy làm cơ tính lớp bề mặt - phần quan trọng nhất của chi tiết - bị giảm thấp.
Chủ biên: Lê Văn Cương
Tel: (031)3829890 Mobile: 0904.174883 E-mail: levcuong_kdt@yahoo.com.vn
Page: 148 A4 (210 x 297) mm
- Nguyên nhân:
+) Ôxi hóa: Do khi nung đến nhiệt độ cao (lớn hơn 5700C) trên bề mặt của thép xuất hiện màng oxuyt sắt, có độ xốp cao nên không ngăn cản được oxi đến tiếp xúc do vậy gây ra hiện tượng ôxi hóa bề mặt thép.
+) Thoát cacbon: Cùng với hiện tượng ôxi hóa bề mặt thép, thì cacbon cũng kết hợp với ôxi tạo ra các ôxuyt cacbon (CO, CO2) làm giảm chất lượng bề mặt của chi tiết.
Thoát cacbon thường xảy ra với thép có hàm lượng cacbon > 0,6%. Do tồn tại chênh lệch nồng độ cacbon giữa sản phẩm và môi trường nên tạo thuận lợi cho quá trình khuếch tán cacbon ở bề mặt thép. Ở nhiệt độ cao, hệ số khuếch tán tăng mạnh.
Dc = D0.e-Q/KT
Khuyết tật này hay xảy ra ở các nguyên công nhiệt luyện ủ và thường hóa thép.
- Tác hại
+) Làm hao hụt kim loại gây sai hỏng về kích thước cho chi tiết +) Làm giảm cơ tính của sản phẩm mà điển hình là giảm độ cứng - Cách khắc phục
Đối với các nguyên công nhiệt luyện sơ bộ, vì sau đó còn tiến hành gia công cơ nên nếu chiều sâu lớp khuếch tán này nhỏ hơn lượng dư gia công thì không cần lưu ý vì lớp sẽ bị bóc đi, không còn lại trên sản phẩm.
Biện pháp ngăn ngừa tốt nhất là tạo ra môi trường nung không gây ra các tác dụng ôxy hóa sắt và cacbon. Trong kỹ thuật thường dùng các môi trường sau.
+) Khí quyển bảo vệ: Đó là môi trường khí với tỷ lệ ôxy rất thấp và gồm có các khí CO2, CO, H2O, H2, CH4 và N2 trong đó N2 chiếm tỷ lệ chủ yếu từ 50 ÷ 75% và với các tỉ lệ nhất định giữa những thành phần của các khí ôxy hóa và hoàn nguyên của các khí làm thoát cacbon và thấm cacbon
2 4 2
2 2
H
;CH H
O
;H CO
CO . Với tỷ lệ thích hợp của các khí có tác dụng ngược nhau sẽ làm cho thép không bị ôxy hóa và thoát cacbon.
+) Khí quyển trung tính: Khí quyển bảo vệ chỉ áp dụng cho thép cacbon và thép hợp kim thấp. Với các thép crom cao có các lực mạnh với ôxy do vậy không dùng được quyển bảo vệ nên phải dùng các khí như H2, N2, NH3.
Chủ biên: Lê Văn Cương
Tel: (031)3829890 Mobile: 0904.174883 E-mail: levcuong_kdt@yahoo.com.vn
Page: 149 A4 (210 x 297) mm
+) Nung trong chân không: là phương pháp nung trong các lò có độ chân không cao khoảng 10-2 ÷ 10-4 mmHg nên có khả năng chống ôxy hóa và thoát cacbon rất tốt song đây là phương pháp rất đắt nên ít được sử dụng.
Trong điều kiện không có các biện pháp bảo vệ kể trên, phải dùng các biện pháp khác như: rải than trên sàn lò, cho chi tiết vào hộp có phủ than, khử ôxy triệt để trong các lò muối...
7.3.3.3. Độ cứng không đạt
- Hiện tượng: Độ cứng không đạt là dạng khuyết tật độ cứng cao hoặc thấp hơn so với độ cứng mà thép có thể đạt được tương ứng với loại thép và phương pháp nhiệt luyện đã cho.
- Nguyên nhân:
+) Độ cứng cao: Khi ủ và thường hóa xảy ra hiện tượng này làm khó khăn cho cắt gọt và biến dạng dẻo tiếp theo. Nguyên nhân có thể là do tốc độ nguội lớn.
+) Độ cứng thấp: Khi tôi xảy ra hiện tượng này làm cho thép không đủ cơ tính để làm việc. Nguyên nhân có thể là: thiếu nhiệt (nung chưa đến nhiệt độ yêu cầu, thời gian giữ nhiệt chưa đủ), làm nguội không đủ nhanh để xảy ra chuyển biến γ → M hay do thoát cacbon bề mặt.
- Tác hại: Làm giảm tuổi thọ và độ tin cậy của chi tiết - Cách khắc phục:
+) Định lại chính xác công nghệ nhiệt luyện +) Kiểm tra chặt chẽ quá trình thực hiện 7.3.3.4. Tính dòn cao
- Hiện tượng: Sau khi tôi, thép bị dòn quá mức và làm giảm đột ngột độ dai va đập.
- Nguyên nhân: Khi nung nóng thép ở nhiệt độ cao quá quy định làm hạt γ lớn nên khi tôi được tổ chức M hình kim lớn, tính dòn cao.
- Tác hại: Làm giảm tuổi thọ và độ tin cậy của chi tiết - Cách khắc phục:
+) Thường hóa thép rồi tôi lại ở nhiệt độ đúng quy định.
+) Kiểm tra chặt chẽ nhiệt độ nung 7.3.3.5. Dòn ram
Chủ biên: Lê Văn Cương
Tel: (031)3829890 Mobile: 0904.174883 E-mail: levcuong_kdt@yahoo.com.vn
Page: 150 A4 (210 x 297) mm
- Hiện tượng: Khi ram, nếu tăng nhiệt độ ram kéo theo độ dai va đập tăng song trên thực tế, khi ram thép hợp kim lại có hiện tượng giảm cực bộ độ dai va đập ak khi tăng nhiệt độ ram.
- Nguyên nhân: Do trong thép chứa các nguyên tố có lại gây dòn thép là P và S.
- Tác hại: Làm giảm khả năng làm việc của chi tiết, gây nguy hiểm khi sử dụng.
- Cách khắc phục: Dòn ram ít có khả năng khắc phục nên tránh hiện tượng này cho chi tiết. Trên thực tế, dòn ram chỉ có thể khắc bằng cách ram ở nhiệt độ cao hơn vùng dòn ram 2 sau đó làm nguội nhanh.
7.4. SƠ LƯỢC VỀ CÁC THIẾT BỊ NHIỆT LUYỆN 7.4.1. Đặc điểm của lò nhiệt luyện
Các lò nhiệt luyện là các lò dùng để nung nóng thép, gang và các kim loại khác khi nhiệt luyện. Chúng có những yêu cầu riêng so với các loại lò khác dùng trong chế tạo máy và luyện kim.
7.4.1.1. Yêu cầu đối với lò nhiệt luyện
Để bảo đảm chất lượng khi nung nóng, lò nhiệt luyện phải đảm bảo được các yêu cầu sau đây:
- Dễ dàng khống chế nhiệt, tức phải điều chỉnh nhiệt độ một cách dễ dàng, vì như thế biến nhiệt độ cao hoặc thấp hơn giá trị quy định đều gây hư hỏng. Nhiệt độ phải được khống chế trong phạm vi hẹp +(5 ÷ 100C). Tốt nhất là dùng lò sử dụng năng lượng điện có thiết bị đo và khống chế nhiệt độ. Cũng có thể dùng lò với nhiên liệu khí hoặc lỏng.
- Nhiệt độ giữa các vùng trong khoảng không làm việc của lò không sai khác nhau nhiều.
- Khí quyển của lò càng ít ôxy hóa, ít thoát cacbon càng tốt.
- Dễ cơ khí hóa, tự động hóa.
- An toàn và ít độc hại.
7.4.1.2. Phân loại lò nhiệt luyện
Có nhiều cách phân loại khác nhau phụ thuộc vào công dụng ,cách thức sử dụng hay phương thức làm việc.
Chủ biên: Lê Văn Cương
Tel: (031)3829890 Mobile: 0904.174883 E-mail: levcuong_kdt@yahoo.com.vn
Page: 151 A4 (210 x 297) mm
-Theo công dụng: - Theo công dụng các lò nhiệt luyện có thể được chia ra để: ủ, tôi, ram, thấm cacbon, tôi bề mặt...Tuy nhiên, theo nhiệt độ làm việc một lò có thể có nhiều công dụng. Ví dụ loại lò buồng điện trở có nhiệt độ làm việc đến 9500C có thể dùng để tôi, ủ, thường hóa, thấm cacbon thể rắn.
- Theo phương thức làm việc: các lò nhiệt luyện được phân ra lò làm việc gián đoạn (theo chu kỳ, đợt): cho vào và lấy ra theo từng mẻ và lò làm việc liên tục.
- Theo nguồn nhiệt: Theo nguồn phát ra nhiệt để nung có các loại sau:
+)Lò điện: Loại dùng điện để phát ra nhiệt, hình thức có thể khác nhau như dùng điện trở, dòng điện cảm ứng, dòng điẹn trong chất điện phân (lò muối điện cực)...Phần lớn các lò nhiệt luyện thuộc loại này.
+) Lò dùng than: dùng than để đốt như lò phản xạ dùng than đá, lò dùng than quả bảng...Nhược điểm của loại lò này là khó khống chế nhiệt độ, nhiệt độ các vùng chênh lệch, điều kiện làm việc.
+) Lò dầu: loại lò đốt bằng dầu mazut +) Lò khí: loại lò đốt bằng khí đốt
Hai loại lò sau cùng ít phổ biến ở nước ta.
- Theo môi trường truyền nhiệt: có thể chia ra các loại:
+) Môi trường truyền nhiệt là không khí: loại lò đốt bằng dây điện trở. Đây là loại lò dùng phổ biến ở nước ta.
+) Môi trường truyền nhiệt là khi bảo vệ: khí quyển có thể không chế khí trơ...
+) Môi trường truyền nhiệt là khí cháy: lò phản xạ đốt than, lò dầu, lò khí +) Môi trường truyền nhiệt là chất rắn: lò lớp sôi
7.4.2. Các nhóm thiết bị nhiệt luyện