MỞ ĐẦU Ở nước ta trong sự nghiệp Công nghiệp hoá - Hiện đại hoá đất nước với nền kinh tế thị trường đang phát triển với nhịp độ cao. Các ngành công nghiệp như: Cơ khí, khai thác mỏ, chế biến, ngành hàng không. được đánh giá là có tốc độ phát triển nhanh. Nhưng song song với sự phát triển đó có những yêu cầu bức thiết được đặt ra nhằm phát huy nội lực trong nước đó là việc nội địa hoá các sản phẩm, trang thiết bị nhập ngoại.
Lực lượng kỹ thuật, công nghệ trong nước ngày càng được bổ sung đông đảo với tính hội nhập cao. Cùng với sự có mặt các trang thiết bị công nghiệp được nhập khẩu từ các nước tiên tiến trên thế giới, việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo các trang thiết bị để thay thế hàng nhập ngoại, phát huy nội lực trong nước đang trở lên cần thiết. Công nghệ nhiệt luyện là quá trình làm thay đổi tính chất của vật liệu (chủ yếu là vật liệu kim loại) bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong mà không làm thay đổi hình dáng và kích thước của chỉ tiết. Trên thực tế, hiếm có vật phẩm kim loại nào được chế tạo mà lại không trải qua quá trình xử lý nhiệt, quá trình mà ở đó kim loại được nung nóng và làm nguội dưới một chế độ được kiểm soát nghiêm ngặt nhằm cái thiện các tính chất cũng như tuổi thọ của vật liệu.
Nhiệt luyện có thể làm mềm kim loại để tăng cường khả năng tạo hình. Nó cũng có thé làm các chỉ tiết trở nên cứng hơn, để cải thiện độ bền. Công nghệ này còn có khả năng phủ những bề mặt rất cứng lên trên nền mềm, để tăng khả năng chống mài mòn. Nó còn có thể tạo ra lớp chống ăn mòn trên bề mặt chỉ tiết, để bảo vệ chỉ tiết khỏi các tác nhân có hại từ môi trường.
Và, nhiệt luyện còn có thể làm cho các vật liệu giòn trở nên dẻo dai hơn. Các chỉ tiết qua nhiệt luyện thường đóng vai trò rất quan trọng đối với hoạt động của các loại ô - tô, máy bay, tàu vũ trụ, máy vi tính và các loại máy móc khác trong công nghiệp. Tính chất và khả năng làm việc của các loại dụng cụ cắt, bánh răng, trục cam, trục khuỷu,. phụ thuộc hoàn toàn vào nhiệt luyện.
Những sản phẩm này hầu hết được chế tạo từ thép bao gồm các loại đã qua cán dạng thanh hay ống cũng như các chỉ tiết qua đúc, rèn, hàn, gia công cơ khí, ép, dập hay kéo. Với các phương pháp nhiệt luyện thông thường như: ủ, thường hoá, tôi ram.các chỉ tiết sau nhiệt luyện vẫn bị các khuyết tật: biến dạng và nứt, oxy hoá, độ cứng không đạt (cao quá hoặc thấp quá), tính giòn Lue Vin Thucorng — PIN Han Y XIEM 3 Báo cáo 1à» lết Đề tài cấ Eạ - 2007 cao. Hay với các phương pháp thấm nitơ, cácbon thông thường có sử dụng các khí độc, muối độc gây hại cho con người và làm ô nhiễm môi trường. Từ những thực tế trên, các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu, thí nghiêm và áp dụng vào thực tiễn thành công một công nghệ nhiệt luyện mới: Công nghệ thắm Ni-tơ xung plasma.
Trong nhiều năm qua công nghệ thấm này được ứng dụng rộng rãi trên thế giới đáp ứng được đòi hỏi ngày cảng cao của các chỉ tiết máy: giới hạn bền mỏi tăng, biến dạng giảm, sức bền, sức cản được cải thiện, độ cứng bề mặt cao mà lõi dẻo dai, bề mặt ít gồ ghê. Việc áp dụng công nghệ thấm Ni-tơ xung plasma mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn nhờ tăng tuổi thọ của các chỉ tiết, máy móc. Hơn nữa đây là công nghệ nhiệt luyện mới không làm ô nhiễm môi trường. Nhưng hiện nay công nghệ thấm Ni-tơ xung plasma còn là hoàn toàn mới mẻ với Việt Nam, nó chưa được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi.
Vì vậy, nhiệm vụ của đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thấm nỉ-tơ xung plasma 6 nhiét độ thấp (570-600°C) trong chế tạo dụng cụ cắt gọt và chỉ tiết ” máy”. Lue Vin Thucorng — PIN Han Y XIEM 4 Báo cáo 1à» lết Đề tài cấ Eạ - 2007 CHUONG 1. Mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu Đề tài 1. Mục tiêu của Đề tài - Thiết lập được QTCN điền hình cho các loại thép Cr-Mo, Cr-Mn-Si, thép dụng cụ.
- Ứng dụng cho một số chủng loại dụng cụ cắt gọt kim loại. - Ứng dụng cho một số loại chỉ tiết máy như nhông xích, cổ trục,. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu bản chất công nghệ thấm ni-tơ xung plasma. - Làm chủ thiết bị và thiết lập các QTCN mẫu cho một số loại thép hợp kim.
TÌm quan trọng của công nghệ nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện Nhiệt luyện kim loại và hợp kim là quá trình xử lý nhiệt làm thay đổi tổ chức và do đó làm thay đổi tính chất của chúng. Quá trình nhiệt luyện kim loại được nung nóng đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt trong một thời gian thích hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ (thời gian) quy định dé làm thay đổi tổ chức, do đó làm biến đổi tính chất theo hướng đã chọn trước. Nhiệt luyện co thé lam mềm kim loại để tăng cường khả năng tạo hình. Nó cũng có thế làm các chỉ tiết trở nên cứng hơn, để cái thiện độ bền.
Công nghệ này còn có khả năng phủ những bề mặt rất cứng lên trên nền mềm, để tăng khả năng chống mài mòn. Nó còn có thể tạo ra lớp chống ăn mòn trên bề mặt chi tiết, để bảo vệ chi tiết khỏi các tác nhân có hại từ môi trường. Và, nhiệt luyện còn có thể làm cho các vật liệu giòn trở nên dẻo dai hơn. Hoá nhiệt luyện là một trong các phương pháp hoá bền bề mặt được sử dụng khá phố biến, ngoài việc làm thay đổi cấu trúc bên trong còn làm thay đổi thành phần hoá học của lớp bề mặt.
Đó là quá trình làm bão hoà lên bề mặt thép một hay nhiều nguyên tố (N;, C, xianua, Al, Si.) để làm thay đổi thành phần hoá học. Do đó, làm thay đổi tổ chức và tính chất của lớp bề mặt theo mục đích nhất định mà vẫn bảo tồn đước các tính chất ở lõi của vật liệu. Vì vậy, hoá nhiệt luyện là một trong những phương pháp tăng bền có hiệu quá và ứng dụng rộng rãi cho nhiều loại chỉ tiết may quan trọng. Công nghệ nhiệt luyện 1.
Các thông số liên quan trong quá trình nhiệt luyện Lue Vin Thucorng — PIN Han Y XIEM 5 Báo cáo 1à» lết Đề tài cấ Eạ - 2007 Tất cả các thông số như: nhiệt độ nung (°C), thời gian giữ nhiệt (ủ), tốc độ làm nguội phụ thuộc hoàn toàn vào vật liệu chi tiết được nhiệt luyện với các mục đích đặt ra khác nhau, không thể áp dụng cùng một công nghệ nhiệt luyện. - Nhiệt độ nung nóng: là nhiệt độ cao nhất phải đạt đến khi nung. - Thời gian giữ nhiệt: là thời gian cần thiết duy trì kim loại ở nhiệt độ nung. - Tốc độ làm nguội: là độ giảm của nhiệt độ theo thời gian sau thời gian giữ nhiệt (°C/).
Ngoài ra người ta cũng còn quy định tốc độ nung nóng đối với một số trường hợp không lớn hơn giá trị cho phép đề tránh nứt khi nung. Nhiệt độ 0 a CC) Ten v > Thoi gian Hình 1. Sơ đề quá trình nhiệt luyện đơn giản 1. Phân loại các dạng nhiệt luyện - Nhiệt luyện thông dụng: + Ủ: ủ hoàn toàn, ủ không hoàn toàn, ủ cầu hoá xementit, ủ đẳng nhiệt, ủ thâp, ủ khuêch tán, ủ kết tinh lại.
+ Thường hoá + Tôi: tôi trong 1 môi trường, tôi trong 2 môi trường, tôi phân cấp, tôi đăng nhiệt, tôi bộ phận, tôi tự ram, tôi bê mặt. + Ram: ram thấp, ram trung bình, ram cao - Cơ nhiệt luyện - Hoá nhiệt luyện: thấm cacbon, thấm nito, thấm bo, thấm S, thdm Si. Nhiệt luyện cải thiện rất nhiều cơ tính của thép, song nếu thực hiện không đúng sẽ gây ra các dạng hư hỏng khác nhau. Các dạng hư hỏng khi Luc Van Thucong — PIN Hin Y XLBM 6 Báo cáo 1à» lết Đề tài cấ Eạ - 2007 nhiệt luyện sẽ gây ra lãng phí rất lớn.
Vì vậy, cần hiểu rõ các nguyên nhân gây ra các hư hỏng đó, cũng như các biện pháp phòng ngừa. Công nghệ hoá nhiệt luyện 1. Cơ sở của hoá nhiệt luyện 1. Những quá trình xảy ra khi hoá nhiệt luyện Khi thực hiện quá trình hoá nhiệt luyện người ta đặt chỉ tiết vào trong môi trường rắn, lỏng hoặc khí có khả năng phân hoá ra nguyên tử hoạt của nguyên tố định khuếch tán rồi nung nóng chúng đến nhiệt độ thích hợp sau đó giữ nhiệt độ này trong thời gian đủ để khuếch tán các nguyên tố cần thắm vào chỉ tiết.
Các quá trình thấm xảy ra theo ba giai đoạn nối tiếp nhau như sau: phân huy, hấp thụ và khuếch tán. -Phân huỷ (PH): Là quá trình tạo ra nguyên tử có hoạt tính cao của nguyên tố khuếch tán. Quá trình này xảy ra trong môi trường hoá nhiệt luyện và các nguyên tử hoạt tính được tạo thành có khả năng khuếch tán vào bề mặt kim loại. Khi thấm các bon, quá trình phân huý xảy ra như sau: €C + CO; — 2CO —> CO; + Cit Khi tham nito: 2NH; > 3H) + 2Nnt Những nguyên tử các bon hoặc nitơ hoạt tính sẽ hấp thu vao bé mat chi tiết.
- Hấp thụ (HT): Sau khi phân huỷ, các nguyên tử hoạt được hấp thụ vào bề mặt thép. Kết quả của sự hấp thụ là tạo nên ở bề mặt thép lớp có nồng độ nguyên tố định khuếch tán vào cao và tạo nên sự chênh lệch về nồng độ giữa bề mặt và lõi. - Khuếch tán (KT): Các nguyên tử hoạt hấp thụ vào lớp bề mặt thép với nồng độ cao sẽ được khuếch tán vào kim loại tạo nên dung dịch rắn hoặc các pha phức tạp, pha trung gian hoặc các hợp chất hoá học tạo thành lớp thấm với chiều sâu nhất định. Nhờ khuếch tán lớp thắm được hình thành và nó là cơ sở của hoá nhiệt luyện.
Chiều dày lớp khuếch tán phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian và nồng độ chất khuếch tán ở lớp bề mặt. Ngoài những yếu tố nêu trên, khuếch tán còn phụ thuộc vào pha tạo thành. Khi thấm cacbon, nitơ do tạo thành dung dịch rắn xen kẽ nên khuếch tán xảy ra nhanh hơn khi thắm kim loại đo tạo thành dung dịch rắn thay thế.
