Đề tài Thiết kế, chế tạo thiết bị đo độ thấm tôi của thép. Xây dựng bài thí nghiệm đo độ thấm tôi (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Thiết kế, chế tạo thiết bị đo độ thấm tôi của thép. Xây dựng bài thí nghiệm đo độ thấm tôi (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ NGHIÊN CỨU CẤP TRƯỜNG Thiết kế, chế tạo thiết bị đo độ thấm tôi của thép. Xây dựng bài thí nghiệm đo độ thấm tôi MÃ SỐ: T2009 - 37 ChỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: Th.S. GVC. TRẦN THẾ SAN S K C 0 0 3 0 0 0 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2010
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG Thiết kế, chế tạo thiết bị đo độ thấm tôi của thép Xây dựng bài thí nghiệm đo độ thấm tôi Mã số: T 2009 – 37 Chủ nhiệm đề tài: ThS. GVC. TRẦN THẾ SAN Tp. HCM, 12/2010
3. MỤC LỤC Trang ĐỀ CƢƠNG NGHIÊN CỨU 1 I – LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1 II – MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 1 1 – Mục tiêu 1 2 – Nhiệm vụ 1 III – NỘI DUNG NGHIÊN CỨU TRONG ĐỀ TÀI 1 1 – Lý thuyết 1 2 – Thiết kế và chế tạo thiết bị làm nguội nhanh 2 3 – Thí nghiệm đo độ thấm tôi của thép 2 IV – KẾ HOẠCH THỰC HIỆN 2 PHẦN I - LÝ THUYẾT 3 I – Định nghĩa tôi và ram thép 3 1 – Tôi thép 3 2 – Ram thép 3 II – Tính chất của Martensite 3 Định nghĩa 3 Tính chất 3 3 – Các đặc điểm của chuyển biến Ms 3 III - Các phƣơng pháp tôi và ram thép 4 1 - Các phƣơng pháp tôi 4 2 - Các phƣơng pháp ram 6 IV- Độ thấm tôi và các yếu tố ảnh hƣởng đến độ thấm tôi của thép 7 1 – Định nghĩa 7 2 – Các yếu tố ảnh hƣởng đến độ thấm tôi của thép 8 V – Các phƣơng pháp đo độ thấm tôi của thép 12 1 - Quan sát tổ chức tế vi 12 2 - Đo từ tính 12 3 - Đo độ cứng 12 PHẦN II - THIẾT KẾ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 14 I – Chế tạo mẫu thí nghiệm 14 II – Chất làm nguội 14 III – Thiết kế mô hình thí nghiệm 14 1 – Cấu tạo phôi 14 2 – Thanh giữ phôi 14 3 – Vòng đệm dẫn hƣớng phôi 15 4 – Khối hợp định vị thanh giữ phôi 15 5 – Thanh định vị vòi phun 15 6 – Thùng chứa nƣớc sau khi tƣới nguội 16 7 – Thùng cấp nƣớc tƣới nguội 16 8 – Máy bơm nƣớc 17 9 - Lắp ghép 17 Trang 1
4. PHẦN III CÁC BƢỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 19 I - Chọn mẫu thép làm thí nghiệm 19 1 - Thép CT3 ( Theo tiêu chuẩn ГOCT) 19 2 - Thép C45 ( Tiêu chuẩn Việt Nam) 20 3 - Thép CD 100( Theo tiêu chuẩn Việt Nam) 22 II - Chế độ tạo mẫu theo quy cách 23 III - Tôi mẫu 23 IV - Tôi đầu mút 25 V- Làm sạch bề mặt sau khi tôi 28 VI - Đo độ cứng, vẽ đồ thị quan hệ giữa độ cứng và chiều sâu 28  Đo độ cứng 28  Vẽ đồ thị quan hệ giữa độ cứng và chiều sâu 31 VII - Mài mẫu trƣớc và sau khi tôi,soi và chụp tổ chức tế vi 33  Mài mẫu trƣớc và sau khi tôi 33  Quan sát tổ chức tế vi 39  Chụp hình tổ chức tế vi 41 VIII - Kiểm tra , thảo luận 46  Kiểm tra kết quả thí nghiệm 46  Thảo luận 50 PHẦN IV KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 51  Kết luận 51  Đề nghị 51 Tài Liệu Tham Khảo 52 Trang 2
5. ĐỀ CƢƠNG NGHIÊN CỨU I – LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI : - Đất nước ngày càng phát triển mạnh mẽ trên tất cả các lĩnh vực khoa học , công nghệ và dịch vụ , trong đó cơ khí được xem là ngành then chốt , là một trong những ngành mũi nhọn giúp phát triển nhanh nền kinh tế đất nước. Để ngành cơ khí phát triển trên một bước chuyển dài cả về chất lẫn lượng , cả về công nghệ lẫn đào tạo thì cần có sự đầu tư lớn, có trọng điểm về lĩnh vực giáo dục chuyên ngành , từng bước đuổi kịp đà phát triển của thế giới . - Từ yêu cầu của thực tế mà cụ thể là lĩnh vực cơ khí , đòi hỏi chất lượng đào tạo các môn chuyên ngành phải có sự đổi mới, mang tính thực tiễn cao , học phải đi đôi với hành , đáp ứng được nhu cầu của thực tế sản xuất . - Trong chương trình đào tạo bậc đại học và cao đẳng các ngành cơ khí thuộc trường ĐHSP KT, các môn vật liệu học bao gồm : vật liệu học 1, vật liệu học 2, thí nghiệm vật liệu học, trong đó thí nghiệm vật liệu học cơ khí đang là môn học cần được đầu tư thêm về trang thiết bị dạy học , thiết bị thí nghiệm, bổ sung thêm các bài thí nghiệm, để sinh viên có cái nhìn trực quan hơn về nội dung lý thuyết của các bài học vật liệu trên lớp , qua đó nắm vững bài học , và ứng dụng kiến thức vào thực tế dễ dàng hơn . II – MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU : 1 – Mục tiêu : - Mục tiêu trước mắt : Ứng dụng kiến thức lý thuyết trong chương trình môn vật liệu học để xây dựng bài thí nghiệm đo độ thấm tôi của thép. - Mục tiêu cụ thể : Thiết kế và chế tạo thiết bị làm nguội nhanh trong bài thí nghiệm tôi đầu mút. Thực hiện phần thí nghiệm đo độ thấm tôi , đồng thời xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ thấm tôi của thépm, xây dựng bài thí nghiệm đo độ thấm tôi của thép dựa trên thiết bị tôi đầu mút và trang thiết bị hiện có (kính hiển vi kim loại học, máy đo độ cứng, ) tại phòng TN Vật liệu của bộ môn CNKL. - Mục tiêu lâu dài : Hướng tới công nghệ dạy học theo khoa học hiện đại , học đi đôi với hành. Cung cấp thiết bị thí nghiệm để việc dạy và học đạt hiệu quả hơn, nâng cao chất lượng dạy và học cho các môn vật liệu học. 2 – Nhiệm vụ : - Tham khảo các tài liệu liên quan đến môn vật liệu học, cụ thể là các phần về tôi và ram thép , và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình này. - Thu thập các tài liệu liên quan đến đề tài. - Thiết kế và chế tạo thành công thiết bị làm nguội nhanh trong tôi đầu mút , thực hiện thí nghiệm về đo độ thấm tôi. - Xây dựng bài thí nghiệm đo độ thấm tôi. III – NỘI DUNG NGHIÊN CỨU TRONG ĐỀ TÀI : 1 – Lý thuyết : - Định nghĩa tôi và ram thép. - Tính chất của martensite. - Các phương pháp tôi và ram thép. - Độ thấm tôi và các yếu tố ảnh hưởng đến độ thấm tôi của thép. - Các phương pháp đo độ thấm tôi của thép. Trang 1
6. 2 – Thiết kế và chế tạo thiết bị làm nguội nhanh : * Các bước thí nghiệm chính : - Chế tạo mẫu thí nghiệm. - Chọn chế độ nhiệt luyện cho mẫu. - Nung nóng trong lò tương ứng. - Làm nguội bằng thiết bị thí nghiệm. - Quan sát tổ chức tế vi của thép trên kính hiển vi. - Đo độ cứng. - Đánh giá kết quả. * Thiết kế thiết bị tôi đầu mút: Sơ đồ nguyên lý * Chế tạo theo thiết kế : 3 – Thí nghiệm đo độ thấm tôi của thép : a – Đo độ thấm tôi của thép b – Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ thấm tôi của thép - Thành phần hóa học của thép : C, Cr , Mn , - Môi trường làm nguội : nước , dầu , không khí , - Tốc độ làm nguội c – Xây dựng bài thí nghiệm đo độ thấm tôi của thép phục vụ cho môn học thí nghiệm vật liệu học . IV – KẾ HOẠCH THỰC HIỆN : Tt Công việc Ghi chú 1 Hoàn chỉnh đề cương , nghiên cứu lý thuyết 2 Thiết kế mô hình 3 Hoàn chỉnh phần thiết kế 4 Chuẩn bị chế tạo thiết bị tôi đầu mút 5 Chế tạo thiết bị 6 Hoàn chỉnh thiết bị 7 Thí nghiệm, kiểm tra thiết bị 8 Xây dựng bài thí nghiệm 9 Thực hiện bài thí nghiệm 10 Kiểm tra, đánh giá kết quả Trang 2
7. PHẦN I LÝ THUYẾT I – Định nghĩa tôi và ram thép : 1 – Tôi thép : Tôi thép là phương pháp nhiệt luyện bao gồm nung nóng thép lên trên nhiệt độ tới hạn Ac1 để có austenite đồng nhất, giữ nhiệt và làm nguội với tốc độ thích hợp để thực hiện chuyển biến As thành Ms hoặc các tổ chức không ổn định khác có độ cứng cao. 2 – Ram thép : Ram là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã tôi có tổ chức Ms lên đến các nhiệt độ dưới A1 để Ms và As dư phân hóa thành các tổ chức cân bằng hơn về năng lượng, có cơ tính đáp ứng các yêu cầu cho trước . II – Tính chất của Martensite : 1- Định nghĩa : Martensite (viết tắt là Ms) là dung dịch rắn quá bão hòa của C trong Feα với nồng độ C bằng nồng độ C hòa tan trong Austenite (viết tắt là As) , kiểu mạng chính phương thể tâm, có độ cứng tùy thuộc vào hàm luongh75 C quá bão hòa. Hình 1 : Mạng tinh thể của Ms 2- Tính chất : - Ms có kiểu mạng chính phương thể tâm với độ chính phương c/a lớn hơn 1 .Thông số a và c phụ thuộc vào hàm lượng C trong Ms. - Ms có độ cứng cao ≥ 50 HRC , có từ tính . - Ms có tổ chức hình kim , hàm lượng C trong Ms bằng hàm lượng C hòa tan trong As. 3 – Các đặc điểm của chuyển biến Ms : - Chuyển biến Ms xảy ra theo cơ chế không khuếch tán nên thành phần hóa học của nó tương ứng với pha ban đầu As. - Chuyển biến xảy ra gần như tức thời với vận tốc phát triển tinh thể rất lớn, khoảng 1.000 ÷ 7.000 m/s. Tinh thể có dạng hình kim hoặc tấm. - Chuyển biến chỉ xảy ra khi làm nguội liên tục trong khoảng nhiệt độ Mđ (điểm bắt đầu ) đến Mk ( điểm kết thúc) và vận tốc làm nguội v ≥ vth . Vị trí của Mđ và Mk chỉ phụ thuộc vào thành phần , không phụ thuộc vào tốc độ Trang 3
8. nguội. Khi hàm lượng nguyên tố hợp kim ( trừ Si , Al , Co ) hoặc thành phần C trong thép tăng lên thì điểm Mđ và Mk đều bị hạ xuống thấp . Hình 2 : Ảnh hưởng của C đến vị trí điểm Mđ và Mk - Chuyển biến không xảy ra đến cùng và bao giờ cũng có một lượng Askhông chuyển biến được gọi là As dư. Hàm lượng As dư phụ thuộc vào vị trí điểm Mđ và Mk , có nghĩa là phụ thuộc vào thành phần hóa học của thép. - Về cơ tính, Ms do mạng tinh thể bị xô lệch lớn , gây biến cứng mạng nên nó có độ bền và độ cứng cao , độ dẻo và độ dai rất thấp. Độ cứng của Ms chỉ phụ thuộc vào hàm lượng C quá bão hòa. Sự tồn tại của ứng suất nhiệt ( do làm nguội nhanh và không đều ) và ứng suất tổ chức ( chuyển biến Mslàm tăng thể tích ) nên sau chuyển biến, trong thép tồn tại ứng suất dư cao và ảnh hưởng lớn đến độ giòn của Ms. III - Các phƣơng pháp tôi và ram thép : 1 - Các phƣơng pháp tôi : Hình 3 : Sơ đồ các phương pháp tôi a)Làm nguội trong một môi trường, b) Trong hai môi trường c) Tôi phân cấp, d) Tôi đẳng nhiệt 1.1 Làm nguội trong một môi trƣờng ( đƣờng a ) : - Đây là phương pháp tôi đơn giản nhất và thường được dùng , bằng cách nhúng thép tôi vào một môi trường làm nguội nhanh thích hợp. - Vấn đề chọn môi trường làm nguội – môi trường tôi – có ý nghĩa quan trọng đặc biệt. Trang 4
9. - Yêu cầu đối với môi trƣờng tôi : Về khả năng làm nguội thép , tức khả năng nhận được Ms mà không bị nứt và với độ biến dạng nhỏ nhất, môi trường tôi phải đạt được hai yêu cầu chủ yếu sau : + Làm nguội nhanh thép ở trong khoảng As kém ổn định nhất : 500 – 600oC để As không kịp phân hóa thành hỗn hợp Ferrite + Cementite. Muốn vậy môi trường tôi phải có khả năng làm nguội thép với tốc độ lớn hơn Vth. Đạt được yêu cầu này sẽ bảo đảm nhận được tổ chức Ms, thép trở nên cứng. Đây là yêu cầu cơ bản đối với mọi môi trường tôi. + Làm nguội chậm thép ở ngoài khoảng nhiệt độ trên , đặc biệt là ở trong khoảng nhiệt độ chuyển biến Ms ( 300 – 200oC ), điều này sẽ có tác dụng làm giảm ứng suất tổ chức kèm theo chuyển biến này , bảo đảm thép tôi không bị nứt và ít cong vênh. Trong thực tế không môi trường tôi nào đạt được đồng thời cả hai yêu cầu nêu trên. 1.2 - Tôi trong hai môi trƣờng ( nƣớc và dầu , đƣờng b ) : - Cách tôi này lợi dụng được cả hai ưu điểm của nước và dầu. Thoạt tiên thép tôi được làm nguội nhanh trong môi trường tôi mạnh : nước, dung dịch nước pha muối, pha kiềm , đến khi sắp xảy ra chuyển biến Ms ( 300 – 400oC ) nhấc ra chuyển sang làm nguội chậm trong môi trường tôi yếu : dầu hoặc không khí cho đến khi nguội hẳn. Như vậy vừa bảo đảm cho thép cứng , vừa ít gây biến dạng , nứt. - Nhược điểm về mặt công nghệ của cách tôi này là khó xác định thời điểm và nhiệt độ chuyển môi trường, nếu quá sớm ( khi nhiệt độ của thép còn cao) không thể đạt độ cứng cao do có chuyển biến thành hỗn hợp Ferrite + Cementitevì làm nguội chậm tiếp theo , nếu quá muộn chuyển biến thành Ms xảy ra gây trong môi trường tôi mạnh dễ gây nứt , biến dạng.Thường xác định theo kinh nghiệm , ví dụ , thời gian giữ trong nước được tính theo mức là 2 – 3s cho 10 mm đường kính hay chiều dày, sau đó chuyển sang dầu. Cách tôi này đòi hỏi tay nghề cao ( có kinh nghiệm ), khó cơ khí hóa , chỉ áp dụng cho tôi đơn chiếc , cho thép C cao yêu cầu độ cứng cao. 1.3 - Tôi phân cấp ( đƣờng c ) : - Cách tôi này khắc phục được khó khăn về mặt xác định thời gian chuyển môi trường ở cách tôi trên. Trong cách này thép tôi được nhúng vào một trường o lỏng đang sôi hoặc đang nóng chảy có nhiệt độ cao hơn Mđ khoảng 50-100 C , thép bị nguội đến nhiệt độ này và giữ nhiệt để đồng đều nhiệt độ trên tiết diện (trong khoảng 3 – 5 phút) , sao đó nhấc ra làm nguội ngoài không khí để chuyển biến Ms. - Ưu điểm của cách tôi này là vẫn đạt độ cứng cao song gây ra ứng suất bên trong rất nhỏ , độ biến dạng thấp nhất , thậm chí có thể sửa nắn sau khi làm nguội phân cấp khi thép còn dẻo. - Hạn chế của tôi phân cấp là chỉ áp dụng được cho các thép có Vth nhỏ (thép hợp kim cao như thép gió) và với tiết diện mỏng như mũi khoan , lưỡi phay. * Ba cách tôi vừa nêu đều đạt được tổ chức Ms. 1.4 - Tôi đẳng nhiệt ( đƣờng d ) : - Phương pháp này chỉ khác tôi phân cấp ở chỗ giữ nhiệt đủ lâu trong muối nóng chảy để As quá nguội phân hóa hoàn toàn thành hỗn hợp Ferrite +Cementite nhỏ mịn có độ cứng tương đối cao và độ dai tốt. Tùy theo nhiệt Trang 5
10. độ giữ đẳng nhiệt sẽ được các tổ chức khác nhau : 250 - 400oC sẽ nhận được Bainite , 500 - 600oC được Trustite . Sau khi tôi đẳng nhiệt không phải ram. - Tôi đẳng nhiệt có mọi ưu điểm của tôi phân cấp chỉ khác là có độ cứng thấp hơn và độ dai cao hơn. - Do năng suất thấp trong thực tế ít áp dụng cách tôi này . Một số dụng cụ có yêu cầu cao về độ biến dạng , không yêu cầu độ cứng cao và gang cầu có áp dụng cách tôi này. 1.5 - Gia công lạnh : - Đối với nhiều loại thép dụng cụ hợp kim , do lượng C và nguyên tố hợp kim cao, điểm Mđ và Mk quá thấp nên khi làm nguội đến nhiệt độ thường vẫn còn nhiều As dư , làm cho độ cứng đạt được bị hạn chế. Để đạt được độ cứng cao nhất , người ta có thể đem thép tôi tiếp tục làm nguội ( lạnh ) đến nhiệt độ âm ( -50 hay -70oC ) để As dư tiếp tục chuyển biến thành Ms. Quá trình đó được gọi là gia công lạnh. 1.6 - Tôi tự ram: - Là cách tôi với làm nguội không triệt để , chỉ trong thời gian ngắn từ vài đến vài chục giây để sau đó nhiệt của lõi hay của các phần khác truyền đến, tiến hành ram ngay phần vừa được tôi. Sau đó không phải đưa ra ram tiếp. - Tôi tự ram được dùng rộng rãi khi tôi cảm ứng các chi tiết lớn ( băng máy, trục dài ) tôi đục. 2 - Các phƣơng pháp ram : 2.1 - Ram thấp (150-250oC) : - Ram thấp là phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng 150-250oC, tổ chức đạt được là Ms ram. - So với thép tôi , sau khi ram thấp nói chung độ cứng không giảm hoặc chỉ giảm rất ít (1-2 HRC) cá biệt có trường hợp lại tăng lên ( do As dư chuyển biến thành Ms) , còn ứng suất bên trong giảm đi do đó có tính dẻo , dai tốt hơn , khó phá hủy giòn hơn. - Ram thấp áp dụng cho dụng cụ và chi tiết máy cần độ cứng , tính chống mài mòn cao, chẳng hạn dao cắt , khuôn dập nguội , bánh răng, chi tiết thấm C , vòng bi , trục , chốt , chúng có yêu cầu độ cứng cao tới 56 – 64 HRC. 2.2 - Ram trung bình ( 300 – 4500C) : - Ram trung bình là phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng 300 – 4500C , tổ chức đạt được là Trôxtit ram. - So với thép tôi , sau khi ram trung bình độ cứng của thép giảm đi rõ rệt , nhưng vẫn còn khá cứng , khoảng 40 – 45 HRC , song ứng suất bên trong giảm mạnh , giới hạn đàn hồi đạt được giá trị cao nhất , độ dẻo , độ dai tăng lên. - Ram trung bình áp dụng cho các chi tiết máy , dụng cụ cần có độ cứng tương đối cao và đàn hồi như lò xo , nhíp , khuôn dập nóng , khuôn rèn. 2.3 - Ram cao (500 - 650oC) : - Ram cao là phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng 500-650oC , tổ chức đạt được là Xoocbit ram. - So với thép tôi , sau khi ram độ cứng giảm đi rất mạnh , thép trở nên tương đối mềm , 20 - 25 HRC ( 200 – 300 HB ) , khử bỏ hoàn toàn ứng suất bên trong , độ bền tuy có giảm đi một phần nhưng độ dẻo, độ dai tăng lên rất mạnh . Trang 6
11. - Ram cao áp dụng rộng rãi cho các chí tiết máy cần giới hạn bền , giới hạn chảy cao , chịu va đập như các loại trục , bánh răng làm bằng thép chứa 0.3 - 0.5 %C . Ngoài ba phương pháp ram trên còn phải phân biệt ram màu và tự ram. IV- Độ thấm tôi và các yếu tố ảnh hƣởng đến độ thấm tôi của thép : 1 – Định nghĩa : Độ thấm tôi là chiều dày của lớp tôi cứng tính từ bề mặt đến lớp có tổ chức 50% Ms và 50% Trôxtit . Thời gian Hình 4 : Giản đồ phân hủy As khi làm nguội đẳng nhiệt: Nhiệt độ (T) , thời gian (T) , chuyển biến (T). Giản đồ gồm có 5 vùng : T ~ 700oC : Peclit tấm , HRC 10 ÷ 15 T ~ 650oC : Xoocbit tôi , HRC 25 ÷ 35 T ~ 500-600oC Trôxtit , HRC 40 T ~ 450-250oC Bainit , HRC 50 ÷ 55 o T dưới (Mđ ~ 220 C ) : Mactenxit và Auxtenit dư , HRC ≥ 55 * Từ giản đồ này, có thể đưa ra các nghĩa về độ thấm tôi của thép : - Lý thuyết : Độ thấm tôi là chiều dày lớp thép có chuyển biến Auxtenit thành Mactenxit khi tốc độ làm nguội lớn hơn hoặc bằng tốc độ làm nguội tới hạn, Vng ≥ Vth Trang 7
12. Hình 5 : Sự phân bố độ cứng theo tiết diện mẫu tôi D : Đường kính chi tiết D1 : Lớp không được tôi n : Lớp tôi ( Mactenxit ) - Thực tế : Không có ranh giới rõ rệt giữa các lớp thép có tổ chức khác nhau . Do đó theo thực tế, độ thấm tôi là lớp thép có thành phần tổ chức Ms lớn hơn hoặc bằng 50% và lượng trustite nhỏ hơn hoặc bằng 50% ( TCVN ). - Thực nghiệm : Theo thực nghiệm, người ta định nghĩa độ thấm tôi là lớp thép sau khi tôi tính từ bề mặt vào có độ cứng HRC ≥ 50 ‚ 55. Giữa 2 định nghĩa thực tế và thực nghiệm có phần tương đồng nhau. * Ý nghĩa của độ thấm tôi : - Biểu thị khả năng hóa bền của thép bằng nhiệt luyện ( tôi + ram ), hay nói đúng hơn là biểu thị tỉ lệ của chi tiết được hóa bền nhờ tôi + ram . - Sau khi tôi , độ bền , độ cứng của thép tăng lên nhiều lần, song nếu lớp tôi quá mỏng thì hiệu quả này không đáng kể , chỉ có tính cục bộ, song khi lớp tôi dày , đặc biệt là khi tôi thấu, hiệu quả này sẽ trở nên rõ rệt hơn , do đó sức chịu tải của chi tiết tăng lên rõ rệt, điều này đặc biệt quan trọng đối với các chi tiết lớn , chịu tải trọng nặng. - Trong thực tế chế tạo máy không yêu cầu thép có độ thấm tôi lớn càng tốt, mà yêu cầu chọn thép có độ thấm tôi phù hợp với kích thước tiết diện của chi tiết : chi tiết càng lớn phải làm bằng thép có độ thấm tôi càng cao, hay nói khác đi mỗi mác thép phù hợp với một tiết diện nào đó . - Trong một số trường hợp có thể còn có yêu cầu hạn chế độ thấm tôi để bảo đảm cho lõi không bị tôi , chi tiết sau khi tôi có độ cứng bề mặt và độ dai cao. 2 - Các yếu tố ảnh hƣởng đến độ thấm tôi của thép : 2.1 Nhiệt độ tôi : Trang 8
13. t ( C ) 1539 1600 1392  L  L XeI 1200 1147 1000 AC3 911  XeII  XeII () Xe () Xe XeI 800 727 AC1 600 ()P Xe XeI FP P XeII () P Xe 400 P XeII 200 0 0.8 2.14 4.3 6.67 % C Hình 6 : Giản đồ trạng thái Fe - C - Các kết quả tôi phụ thuộc rất nhiều vào việc chọn đúng chế độ tôi . Các loại thép khác nhau có nhiệt độ tôi khác nhau . - Nhiệt độ tôi của thép C được xác định theo giản đồ trạng thái Fe-C nhờ các điểm tới hạn AC1 và AC3 ( hình 6 ). + Đối với thép trước cùng tích và cùng tích ( ≤ 0.8%C ) : o TAC C3 (30  50 ) Tạo ra trạng thái hoàn toàn  . Tổ chức đạt được sau khi tôi là Mactenxit + Auxtenit dư. + Đối với thép sau cùng tích ( > 0.8%C ) : o TAC C1 (30  50 ) Tổ chức đạt được sau khi tôi là Mactenxit + XeII + Auxtenit dư. 2.2 Các môi trƣờng tôi và tốc độ làm nguội : - Môi trường làm nguội phải bảo đảm tốc độ làm nguội cao ở những nhiệt độ ổn định nhất Auxtenit quá nguội ( 650 - 550oC) , để ngăn ngừa sự phân rã có thành phần hỗn hợp Ferit + Xêmentit tức là làm sao để tốc độ làm nguội lớn hơn hoặc bằng tốc độ làm nguội tới hạn Vln ≥ Vth . Các môi trường tôi thường dùng : a) Nước : + Nước là môi trường tôi mạnh , dể kiếm , an toàn nên thường dùng nhiều. Nước lạnh ( 10 – 30oC ) có tốc độ nguội khá lớn (600oC/s) , nên dễ gây cong vênh , nứt và biến dạng. Nước nóng (> 40oC ) làm giảm mạnh tốc độ nguội ở nhiệt độ cao ( từ 600 giảm xuống còn 100oC/s ) nên làm giảm khả năng tôi cứng, khả năng bị biến dạng và nứt vẫn không giảm do không giảm tốc độ nguội ở nhiệt độ thấp. Vì vậy phải luôn cung cấp nước lạnh vào bể tôi trong lúc tôi. + Nước là môi trường tôi cho thép C ( có Vth lớn ) , song không thích hợp cho các chi tiết có hình dạng phức tạp (dễ gây biến dạng và nứt). Trang 9
14. + Khi hòa tan vào nước một lượng 10% các muối NaCl , Na2CO3, NaOH, khả năng tôi cứng của thép tăng lên ( do tăng tốc độ nguội ở nhiệt độ cao ) song không tăng khả năng nứt ( vì không tăng tốc độ nguội ở nhiệt độ thấp ) so với nước. Dung dịch này được dùng để tôi thép C có Vth lớn. b) Dầu : + Dầu là môi trường tôi phổ biến , có các tính chất hầu như ngược lại với nước. + Dầu làm nguội chậm thép ở cả hai khoảng nhiệt độ do đó ít gây biến dạng , nứt nhưng khả năng tôi lại kém. Dầu nóng và dầu nguội có khả năng tôi giống nhau , nên người ta thường tôi trong dầu nóng 60 – 80oC để có tính loãng ( linh động ) tốt. Song nhược điểm của dầu là khi quá nóng ( > 150oC ) sẽ bị bốc cháy , nên trong bể tôi dầu thường có ống xoắn nước làm nguội. + Dầu là môi trường tôi cho thép hợp kim ( có Vth nhỏ ) , các chi tiết có hình dạng phức tạp , thép C mỏng. c) Một số môi trường tôi khác : + Môi trường không phải chất lỏng như : khí nén , không khí tĩnh, tấm thép , tấm đồng , muối nóng chảy , thích ứng với thép hợp kim cao ( Vth nhỏ ). 2.3 – Các phƣơng pháp tôi : - Như đã nói ở trên thì các phương pháp tôi khác nhau cũng ảnh hưởng đến độ thấm tôi của thép. 2.4 – Tốc độ làm nguội tới hạn và độ ổn định Auxtenit quá nguội : - Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến độ thấm tôi của thép chính là tốc độ làm nguội tới hạn. Tốc độ này càng nhỏ thì độ thấm tôi càng cao. Nếu tốc độ này nhỏ tới mức Vth < Vnguội của lõi thì lõi cũng được tôi , tức là toàn tiết diện cũng được tôi và gọi là tôi thấu . Nếu Vth < Vnguội của không khí thì thường hóa cũng đạt được tổ chức Mactenxit , đó là hiện tượng tự tôi. - Độ ổn định Auxtenit quá nguội và tốc độ tới hạn có tính tương tác. Độ ổn định Auxtenit quá nguội càng lớn thì tốc độ tới hạn càng nhỏ , và do đó độ thấm tôi sẽ càng lớn. 2.5 – Thành phần hóa học của thép : Trang 10