Trong bài viết này sẽ giới thiệu về cấu tạo nguyên tử. Các loại liên kết trong vật rắn gồm liên kết cộng hóa trị, liên kết ion, liên kết kim loại, liên kết Vander Waals và liên kết hỗn hợp.

1. Cấu tạo nguyên tử

Theo quan điểm của cơ học lượng tử  nguyên tử là một hệ thống phức tạp bao gồm hạt nhân và các lớp điện tử bao quanh nó. Đặc điểm quan trọng nhất về cấu tạo nguyên tử là số điện tử hóa trị, những điện tử này dễ bị bứt đi và trở thành những điện tử tự do, hành vi của các điện tử tự do quyết định nhiều tính chất đặc trưng của kim loại

2. Các dạng liên kết trong vật rắn

Theo điều kiện bên ngoài (P, T) vật chất tồn tại ba trạng thái: rắn, lỏng, hơi. Độ bền của vật liệu ở trạng thái rắn phụ thuộc vào dạng liên kết của vật rắn.

2.1.Liên kết cộng hoá trị

Đây là dạng liên kết mà các nguyên tử tham gia liên kết góp chung điện tử ở lớp ngoài cùng, tạo ra lớp ngoài cùng đạt trị số bão hoà về số điện tử có thể (s²p⁶). Như vậy khi tạo liên kết cộng hoá trị sẽ tạo ra lớp ngoài cùng của nguyên tử có tám điện tử, với dạng liên kết như vậy nó có các đặc điểm sau:

Là loại liên kết có định hướng, nghĩa là xác suất tồn tại các điện tử tham gia liên kết lớn nhất theo phương nối tâm các nguyên tử

2.2. Liên kết Ion

Là loại liên kết mạnh, hình thành bởi lực hút giữa các điện tích trái dấu (lực hút tĩnh điện Coulomb). Liên kết này xảy ra do các nguyên tử cho bớt điện tử lớp ngoài cùng trở thành Ion dương hoặc nhận thêm điện tử để trở thành Ion âm. Cũng giống liên kết cộng hoá trị, liên kết Ion càng mạnh (bền vững) khi nguyên tử chứa càng ít điện tử và  là dạng liên kết không định hướng.

2.3. Liên kết kim loại

Đặc điểm chung của các nguyên tử nguyên tố kim loại là có ít điện tử hoá trị ở lớp ngoài cùng, do đó chúng dễ mất (bứt ra) điện tử tạo thành các Ion dương bị bao quanh bởi các mây điện tử tự do. Các ion dương tạo thành một mạng xác định, đặt trong không gian điện tử tự do chung, đó là mô hình của liên kết kim loại.

2.4. Liên kết hỗn hợp

Thực tế, ít khi tồn tại những dạng liên kết thuần tuý chỉ có một kiểu liên kết. Liên kết đồng hoá trị thuần tuý chỉ xảy ra trong trường hợp đồng cực. Khi liên kết dị cực, điện tử hoá trị góp chung, tham gia liên kết đồng thời chịu hai tác dụng trái ngược:

– Bị hút bởi hạt nhân của mình

– Bị hút bởi hạt nhân nguyên tử thứ hai để tạo điện tử chung.

2.5. Liên kết yếu (liên kết Vander Waals)

Liên kết Vander Waals là liên kết do hiệu ứng hút nhau giữa các nguyên tử hoặc phân tử bị phân cực (hình 1.3). Liên kết này là loại liên kết rất yếu, dễ bị phá vỡ bởi ba động nhiệt (khi tăng nhiệt độ). Vì vậy những vật rắn có liên kết Vander Waals có nhiệt độ nóng chảy rất thấp (nước đá nóng chảy ở 0⁰C).

Share0

Tweet

Share

Thép SKD61 và thép 1.2344 được chế tạo theo các tiêu chuẩn khác nhau của các quốc gia trên thế giới. Tuy nhiên, do cách kí hiệu 1.2344 gây khó hiểu cho người sử dụng. Nguyên nhân ở Việt Nam chúng ta đã đang quen với tên mác thép SKD61 theo tiêu chuẩn Nhật Bản. Hai mác thép SKD61 và thép 1.2344 đều là thép dụng cụ bền nóng. Tuy nhiên do nhà sản xuất đã chế tạo theo tiêu chuẩn khác nhau, nên sự khác nhau của hai mác thép này như thế nào ? Trong bài viết này chúng tôi sẽ so sánh hai mác thép và tổng kết những đặc điểm chính của hai mác thép này.

1. Tổng quan về thép SKD61 và thép 1.2344
a. Thép SKD61 
– Thép SKD61 là kí hiệu mác thép theo tiêu chuẩn JIS của Nhật Bản.
– Đây là mác thép thường được sử dụng chế tạo khuôn dập nóng (hot stamping molds). Bao gồm hai dạng phôi: Dạng tấm (đúc nhôm, kẽm, đồ gia dụng, …) dạng thanh tròn (thường sử dụng chế tạo chi tiết máy).

 b. Thép 1.2344
– Thép 1.2344 là kí hiệu thép theo tiêu chuẩn  DIN của Đức.
– Thép 1.2344 được sử dụng trong cả gia công nóng và nguội. Trong gia công nóng, thép 1.2344 được dùng trong khuôn cắt và đùn. Trong gia công nguội, thép này được sử dụng để đục lỗ, tạo mũi và chèn các khối khuôn.
2. So sánh thành phần hóa học của thép  SKD61 và 1.2344 

Thông qua bảng thành phần hóa học các nguyên tố, chúng ta có thể dễ dàng so sánh thép 1.2344 và SKD61 là có thành phần tương đương. Chỉ có sự sai khác trong thành phần các nguyên tố hợp kim Mo và V như trong bảng. Như vậy khi xét hai mác này cần chú ý cận trên của hai nguyên tố này. Ví dụ thép SKD61 có thành phần Mo quy định không quá 1,4%, trong khí đó thép 1.2344 có thành phần quy định không vượt quá 1,35.
3. So sánh tính chất cơ học của thép 1,2344 và SKD61 
a. Tính chất cơ học của thép SKD61
– Thép SKD61 có độ ổn định nhiệt, khả năng chống va đập cân bằng tốt, ít bị biến dạng khi nhiệt luyện.
– Độ dẻo dai và tính cứng nóng vượt trội;
– Khả năng chống nứt và chống mài mòn;
– Chống lại sự thay đổi trong quá trình xử lý nhiệt;
– Thích hợp cho khuôn áp lực nóng vì có thành phần V cao;
– Phù hợp cho khuôn nhôm và khuôn kẽm;
– Độ cứng trước khi nhiệt luyện 13 HRC – 17 HRC.
b. Cơ tính của thép 1.2344
– Độ cứng và độ dai va đập cao;
– Khả năng chống nứt tuyệt vời, có thể làm mát bằng nước trong quá trình làm việc;
– Có khả năng chống mài mòn vừa phải và có thể cải thiện bằng cách thấm N.
– Có khả năng chịu nhiệt dưới nhiệt độ cao, nhưng sử dụng nhiệt độ trên 540 ℃ (1000) độ cứng suy giảm nhanh chóng.
-Hiếm khi biến dạng trong quá trình xử lý nhiệt
4. So sánh ứng dụng thép  1.2344 và SKD61
a. Thép SKD61 
– Sử dụng phổ biến trong gia công nóng;
– Khuôn đúc nhôm và kẽm áp lực cap;
– Khuôn rèn;
-Khuôn đùn cho kim loại nhẹ;
– Lõi đẩy, đầu lò và dao nóng;
– Xylanh nhựa.

 b.Thép 1.2344
– Khuôn nhựa cứng có độ bóng cao và tuổi thọ lâu dài
– Khuôn hợp kim nhôm;
– Khuôn đùn nhôm (ví dụ như khung cửa nhôm, bộ tản nhiệt máy tính);
– Khuôn rèn nóng (chẳng hạn như thanh kết nối tự động, rôto, dao thép không gỉ);
– Khuôn đúc (Động cơ tản nhiệt, đèn chiếu sáng cho các sản phẩm trang trí khác).

Share0

Tweet

Share

Thép SKD61 là thép dụng cụ crom được sử dụng rộng rãi để chế tạo dụng cụ làm việc trong môi trường nhiệt độ cao cũng như nguội. Mác thép này tương đương với mác thép H13 của Mỹ (theo tiêu chuẩn AISI thuộc nhóm H1 đến H19). Trong bài viết này chúng tôi sẽ trình bày những đặc tính quan trọng của thép SKD61, nhiệt luyện SKD61 và đọ cứng trong mục mục đích sử dụng khác nhau của SKD61. Độ cứng thường lấy của thép SKD11 khoảng 46-52 HRC.

THT chuyên nhiệt luyện mác thép SKD61 này cũng như các mác thép bền nóng khác. Liên hệ : Thành 0912871319

Đặc điểm về tính chất của thép SKD61 bao gồm:

• Khả năng chống mài mòn và ăn mòn tốt cả ở nhiệt độ thấp và cao
• Độ dai va đập và tính dẻo cao
• Đồng đều, khả năng gia công cơ khí, đánh bóng tốt
• Độ bền ở nhiệt độ cao và khả năng chống mỏi nhiệt
• Đạt được độ cứng cao thông qua nhiệt luyện
• Hạn chế nứt vỡ trong quá trình tôi thép

Trong thép SD61, hai nguyên tố Molipđen (Mo) và Vanađi (V) là hai nguyên tố hợp kim đóng vai trò quan trọng tăng bền cho thép. Thành phần nguyên tố Cr cao (cỡ 4%) đóng vai trò giữ tính cứng nóng cho thép SKD61 ở nhiệt độ cao. Khuôn chế tạo từ thép SKD61 sau nhiệt luyện kết hợp khả năng chống sốc và chống mòn con. Thép SKD61 có khả năng chịu được quá trình làm mát nhanh trong khuôn và quá trình gia nhiệt sớm. Thép dụng cụ SKD61 có khả năng gia công cơ khí, tính hàn tốt, dẻo và được ứng dụng rộng rãi hiện nay.

Bởi vì thép SKD61 kết hợp tuyệt với tính bền và chống mỏi, nên nó được sử dụng phổ biến hơn bất cứ mác thép nào hiện nay.

1. Khoảng kích thước phôi cung cấp SKD61

Một số phôi thép SKD61 được cung cấp phổ biến hiện nay

• Phôi thép SKD61 tròn đường kính từ 8-400 mm
• Phôi thép SKD61 tấm chiều dày 16-500 mm với chiều rộng 200-800 mm
• Phôi thép SKD61 dạng tấm 200×500-800 mm

Bề mặt thép SKD61 dạng cung cấp: Đen, Gia công thô, Cung cấp dạng thô hoặc cắt theo yêu cầu. Liên hệ: 0984892487

2. Mác thép tương đương với SKD61

3. Thành phần hóa học mác thép SKD61 và các mác tương đương

4. Cơ tính thép SKD61

Một số cơ tính của thép SKD61:

5. Rèn thép SKd61

Nung nóng để rèn phải diễn ra chậm và đồng đều. Giữ nhiệt trong khoảng 1900-2000 F và lặp nếu cần thiết, không rèn khi nhiệt độ phôi dưới 1377 oC. Sau khi rèn phôi SKD61, làm nguội chậm. Thép SKD61 luôn được ủ sau rèn.

6. Nhiệt luyện thép SKD61

Giống như các mác thép khác quá trình xử lý nhiệt thép SKD61 bao gồm: ủ, khử ứng suất, tôi và ram thép

• Ủ thép SKD61

Nung nóng chận đến nhiệt độ 1550-1650 F, giữ nhiệt để đảm bảo đồng đều chi tiết, sau đó làm nguội chậm trong lò (40F trên giờ) tới nhiệt độ khoảng 1000 F, sau đó tốc độ làm nguội được tăng lên,

Heat slowly to 1550°-1650°F, hold until entire mass is heated through, and cool slowly in the furnace (40F per hour) to about 1000°F, after which cooling rate may be increased. Quá trình ủ phải thực hiện các biện pháp bảo vệ để ngăn chặn thấm và thoát cacbon

• Khử ứng suất thép SKD61

Để giảm biến dạng khi gia công, nâng nhiệt chậm từ 1050-1250 oF, để cân bằng sau đó làm nguội trong không khí

• Hóa bền thép SKD61

Thép dụng cụ SKD61 là thép có độ cứng rất cao và nên được làm cứng bằng cách làm nguội trong không khí tĩnh.Nên sử dụng bể muối hoặc lò khí quyển có kiểm soát để giảm thiểu quá trình khử cacbon, và nếu không có sẵn, nên bảo vệ trong than cốc đã qua sử dụng.Nhiệt độ được sử dụng thường là 1800 ° -1850 ° F, tùy thuộc vào phần kích thước.

• Tôi thép SKD61

Quá trình tôi thép nên được thực hiện trong môt trường khí bảo vệ, tôi trong dầu hoặc khí nén. Kinh nghiệm tôi chi tiết trong dầu khi màu bắt đầu biến mất (1000-1100 oC) và kết thúc làm nguội dưới 150-125 F trong không khí, sau đó ram ngay

• Ram thép SKD61

Ram thép có thể được tiến hành thực tế với kích thước và ứng dụng khác nhau, nhưng thông thường được ram trong khoảng đạt độ cứng thứ 2. Ram hai hoặc 3 lần được chúng tôi khuyến cáo thực hiện cho khôn. Kết quả bên dưới là ram thép SKD61 trong 4 giờ ở các nhiệt độ khác nhau. Đây là kết quả có thể tham khảo, với các chi tiết dày hơn, độ cứng có thể thấp hơn.

7. Ứng dụng của thép SKD61

Tùy vào ứng dụng mà thép SKd61 được nhiệt luyện, thể hiện độ cứng khác nhau

• Khuôn nhựa

8. Độ cứng thép SKD61

Độ cứng của thép ở trạng thái cung cấp thấp và thường gọi là không độ cứng (HRC). Còn với câu hỏi “Độ cứng thép SkD61 bao nhiêu ?”, tôi nghĩ rằng bạn đang muốn hỏi độ cứng sau nhiệt luyện. Thép sau tôi độ cứng tối đa phải đạt 55-56 HRC tùy biến thể và nhà cung cấp thép. Nếu không đạt độ cứng này thì cơ tính tổng hợp của thép không đạt sau Ram. Mặc dù độ cứng yêu cầu của bạn vẫn đạt. Sau Ram thông thường lấy độ cứng từ 46-48 HRC. Vì đây là độ cứng tối ưu cho cơ tính tổng hợp của mác thép SKD61. Một số ứng dụng/khách hàng có thể lấy 52 HRC nếu thép tốt và sau đó có quá trình xử lý hóa nhiệt luyện tiếp theo.

• Bạn có thể để lại câu hỏi để chúng tôi có thể hỗ trợ bạn !

Share0

Tweet

Share

Thép SKD11 được sử dụng cho các chi tiết yêu cầu độ cứng cao, khả năng chống mài mòn lớn. Dạng cung cấp thép SKD11 phổ biến nhất nhất hiện nay là dạng tròn đặc và tấm. Để nhiệt luyện thép SKD11 cần nung thép đến nhiệt độ thích hợp gọi là nhiệt độ austenit hóa sau đó làm nguội trong môi trường tôi thích  hợp.

Vậy môi trườn tôi thế nào là thích hợp? 

Trong bài viết về vài trò của môi trường tôi thép trong nhiệt luyện chúng tôi đã trình bày các môi trường tôi phổ biến hiện nay như: nước, dầu, khí nén, polyme…Tùy vào mác thép mà lựa chọn môi trường tôi thích hợp. Vậy môi trường tôi nào là thích hợp với thép SKD11. Xin trả lời, môi trường tôi thép dụng cụ nên sử dụng là khí nén  và dầu. Nguyên nhân thép SKD11 có độ thấm tôi tốt do đó không cần phải tốc độ tôi quá lớn như nước, gây nứt vỡ. Nguyên nhân nứt là do hệ số dẫn nhiệt thấp gây nên ứng suất giữa bề mặt và bên trong chi tiết. So sánh tôi dầu và tôi khí nén. Để trả lời câu hỏi thép SKD11 có nên tôi dầu hơn chúng tôi lần lượt phân tích:

Thứ nhất cần  khẳng định thép SKD11 hoàn toàn có thể tôi dầu được. Quá trình tôi dầu xảu ra theo các giai đoạn:

• Giai đoạn sôi màng thép: đây là giai đoạn đầu tiên khi nhúng chi tiết cần tôi vào dầu.  Xung quanh chi tiết sẽ được bao phủ bằn một lớp màng khí
• Giai đoạn sôi bọt: Ở giai đoạn này màn khí sẽ tan và dẫn đến quá trình sôi bọt. Và trong giai đoạn phá vỡ màng thì tốc độ truyền nhiệt được diễn ra mãnh liệt. Hệ số truyền nhiệt có thể cao gấp hai lần so với quá trình sôi màng
• Giai đoạn truyền nhiệt đối lưu: Khi thép dã giảm nhiệt độ xuống thấp ơn nhiệt độ sôi của dầu tôi thép. Sự đối lưu và dẫn nhiệt sẽ khiến quá trình làm lanh chậm lại và nguôi chậm theo thơi gian.

Thứ hai thép SKD11 chỉ nên tôi với chi tiết đơn giản và nên sử dụng tôi cân không nến có thể. Nguyên nhân quá trình tôi dầu có thể dẫn tới những vấn đề sau:

• Gây biến dạng chi tiết. Vì môi trường tôi dầu không đồng đều được toàn chi tiết. Do đó gây ứng suất và có thể làm biến dạng chi tiết
• Về hình thức:  Về hình thức tôi dầu có màu đen và không sạch như tôi chân không. Vì thế những chi tiết yêu cầu thẩm mỹ bề mặt nên tôi và ram chân không để có mầu trắng đẹp

Như vậy có  thể tôi SKD11 trong dầu, tuy nhiên chỉ nên tôi cho các chi tiết đơn giản và yêu cầu thậm mỹ không cao.

Cảm ơn các bạn đã ủng hộ nhietluyen.vn. Chúng tôi vui lòng tiếp tục được trả lời và giúp đỡ các bạn. Vui lòng để lại bình luận hoặc gửi yêu câu tới: nhietluyen.vn@gmail.com

Share0

Tweet

Share

Một trong những vài trò của Nhiệt luyện thép là tăng độ cứng cho thép (độ cứng HRC, độ cứng HV , Độ cứng Brilmell), qua đó tăng khả năng chống mài mòn cho vật liệu chế tạo chi tiết máy. Đa số các chi tiết máy đều yêu cầu khả năng chống mài mòn, và đây là đặc tính quan trọng nhất của vật liệu kim loại (thép và hợp kim). Trong bài viết này chúng tôi sẽ trình bày những khái niệm cơ bản về quá trình mài mòn và giới thiệu các loại vật liệu (hợp kim) có khả năng chống mài mòn cao.

1. Khái niệm về quá trình mài mòn

Định nghĩa: Mài mòn là quá trình làm hao hụt kim loại tại các bề mặt tiếp xúc, có chuyển động tương đối với nhau dưới 1 áp lực xác định

Điều kiện xuất hiện:

• Phải có các bề mặt tiếp xúc với nhau
• Phải có chuyển động tương đối trà sát trên bề mặt
• Phải có áp lực để tạo lực ma sát. Với công thức Fms= P.f, trong đó P là tải trong vuông góc với bề mặt, f là hệ số ma sát
• Tốc độ mài mòn được định nghĩa là tốc độ mất mát vật liệu trên một đơn vị thời gian. v=dh/dt. Trong đó dh là khôi lượng vật liệu bị mất mát, dt là khoảng thời gian tương ứng

Giai đoạn trong quá trình mài mòn

Quá trình mài mòn chia làm ba giai đoạn:

• Giai đoạn 1: gia đoạn san phẳng nhấp nhô bề mặt, tốc độ mài giảm dần
• Giai đoạn 2: Gia đoạn làm việc ổn định. Tốc độ mài mòn không đổi: h =const làm việc ổn định . t : thời gian làm việc ổn định của chi tiết
• Giai đoạn 3: tốc độ mài mòn tăng dần dẫn đến phá huỷ

Một số dạng mài mòn

• Mài mòn đều: quá trình mài mòn diễn ra trên toàn bộ bề mặt tiếp xúc một cách đều tương đối.
• Mài mòn điểm: diễn ra lựa chọn tại một số vị trí trên bề mặt tiếp xúc

2. Giới thiệu vật liệu chịu mài mòn

2.1. Nhóm thép chịu mài mòn

Thép có độ cứng cao

* Nhóm thép có khả năng hoá bền bề mặt

Thép thấm cacbon và thép hoá tốt; cơ tính lõi vẫn dẻo dai, được qua tôi bề mặt, hóa nhiệt luyện nên bề mặt rất cứng, dùng để sản xuất các chi tiết chịu tải trọng động và mài mòn.

* Nhóm đạt độ cứng cao trong toàn bộ thể tích

+ Thép ổ lăn

+ Thép khuôn dập nguội

+ Thép gió

Thép có độ cứng không cao nhưng tự biến cứng trong quá trình làm việc

* Thép hapfind: Thép có tổ chức austenit có độ cứng thấp nhưng khi chịu ma sát thì xảy ra hai quá trình chuyển biến Mactenxit và hoá bền

Thành phần thép: Tỉ lệ Mn/C = 10    nếu %C ~1,3%; ®%Mn = 13%

Thép hapfind  không gia công cắt gọt được, chỉ dùng ở trạng thái đúc (không nhiệt luyện)

Các số  hiệu: 130Mn13Đ;140Mn14Đ….

+ Công dụng: Sản xuất các chi tiết chịu mài mòn mãnh liệt, hình dáng phức tạp, kích thước lớn, nhưng không yêu cầu độ chính xác quá cao.

 Thép có độ cứng thấp nhưng có  khả năng tự bôi trơn

Thép graphit hóa: sau khi nấu luyện phải thực hiện ủ graphit hoá tạo Graphit trong thép. Xementit trong phôi thép ban đầu bị phân hóa thành  Graphit, có tác dụng  thấm dầu bôi trơn do đó giảm ma sát khi làm việc dẫn đến giảm mài mòn.

2.2. Nhóm gang chịu mài mòn

Thường gặp chủ yếu là Gang crom, với thành phần đa dạng như gang crom 13, gang crom 20 và gang crom 27.

Hiện nay, gang crom thường được hợp kim hóa thêm Mo để tăng khả năng chống mài mòn, và có lợi khi nhiệt luyện gang.

THT cung cấp các mác Gang chịu mài mòn cao. Liên hệ: 0912871319

Share0

Tweet

Share

Thép D2 là loại thép dụng cụ có thành phần crom và cacbon cao và tôi khí. Loại thép này có khả năng chống mài mòn và mòn cao. Đây là tên gọi của thép SKD11 theo tiều chuẩn Hoa Kỳ. Thép khi xử lý nhiệt (nhiệt luyện) có độ cứng trong khoảng 55-62 HRC và gia công cơ khí trong trạng thái Ủ. Thép D2 ít khuyết tật trong quá trình tôi. Với thành phần Crom cao, thép D2 có khả năng chống ăn mòn tương đối sau khi được tôi cứng.

Nếu bạn cần khả năng gia công cơ khí tốt hơn thì cân nhắc sử dụng thép dụng cụ A2 (SKD61) với thành phần crom khoảng 5% sẽ dễ dàng gia công cơ khí hơn.

Những ứng dụng điển hình của thép D2:

• Khuôn dập hoặc khuôn định hình
• Chốt đẩy
• Trục  cán
• Dao, lưỡi cắt, trục nghiền
• Dụng cụ
• Máy cắt phế liệu
• Máy nghiền lốp cao su

Share1

Tweet

Share

Thép dụng cụ A2 là thép tôi không khí, thép biến dạng nguội. Thép A2 có thành phần khoảng 5% Cr, nhờ đó cung cấp độ cứng cao sau khi nhiệt luyện và khả năng ổn định kích thước cao. Quá trình nhiệt luyện sẽ cho độ cứng trong khoảng 57-62 HRC. Đây là mác thép theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ.  Thành phần nguyên tố của thép sẽ quyết định tính chất và ứng dụng của thép. Ảnh hưởng của nguyên tố tới đặc tính của các mác thép dụng cụ được trình bày trong bài viết trước: Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim

Do thành phần Cr thấp hơn thép D2 do đó khả năng chống mài mòn giảm, nhưng khả năng gia công cơ khí của thép A2 lại tốt hơn. Thép A2 có độ dẻo dai tốt, khả năng chống mài mòn trung bình.

Những ứng dụng phổ biến của thép A2:

• Dụng cụ dập
• Khuôn đột
• Khuôn cắt
• Khuôn tạo hình
• Dưỡng kiểm
• Lưỡi cắt
• Khuôn dạp

Mác thép tương đương: BS4659 – BA2, AISI – A2, DIN – 1.2363 – X100CrMoV5

Chúng tôi có thể cung nhiệt luyện thép D2. Liên hệ: 0984892487

Share0

Tweet

Share

Trong bài viết này chúng tôi sẽ gửi đến bạn đọc của nhietluyen.vn (nhietluyen.com) câu trả lời  cho những câu hỏi thường được bạn đọc hỏi tới như: “Chi tiết có thể chế tạo từ thép SKD11 thay thế thép S45C hay không?” hoặc “Tại sao đều là trục nhưng có trục lại chế tạo từ thép S45C và có trục khác lại được chế tạo từ thép SKD11 ?”…

Để trả lời cho câu hỏi trên, bộ phận kỹ thuật của THT xin gửi tới bạn đọc phân tích so sánh giữa thép SDK11 và thép S45C. Chúng tôi hi vọng qua bài viết bài này, bạn dọc có thể lựa chọn mác thép phù hợp với yêu cầu của bạn. Mọi thắc mắc vui lòng để lại comment hoặc qua thư: nhietluyen.vn@gmail.com

1.So sánh thành phần hóa học của thép SKD11 và thép S45c

Như đã đề cập ở những chủ đề trước, tỷ lệ của mỗi nguyên tố ảnh hưởng tới cơ tính và ứng dụng của các mác thép này.

Do đó, chúng ta có thể dễ dàng thếp trong thành phần của thép S45C chỉ có duy nhất các thành phần cơ bản với Cacbon có khoảng 0,48%. Đặc điểm này ảnh hưởng tới độ dẻo, độ cứng, khả năng chống mài mòn, chịu nhiệt, khả năng chống oxit hóa và độ bóng…của thép.

Ngược lại, thép SKD11 có thành phần các nguyên tố hợp kim như Cr, Mo, V. Các nguyên tố này có ảnh hưởng tốt tới cơ tính của thép SKD11. Thép SKD11 được xếp vào nhóm thép hợp kim cao. Để hiểu rõ hơn ảnh hưởng của từng nguyên tố hợp kim bạn có thể tham khảo bài viết: Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim.

2. So sánh độ cứng của thép SKD11 và thép S45C

Một câu hỏi cũng thường được bạn đọc đặt ra như ” Độ cứng của thép SKD11 ?” hay tương tự “Độ cứng của thép S45C”. Tùy nhiệt độ Ram thép thì  thép SKD11 có độ cứng khác nhau, thường sau tôi khoảng 58 đến 60 HRC. Các sản phẩm chế tạo từ thép SKD11 luôn có độ cứng cao, khả năng chống mài mòn tốt, cùng với đó vẫn giữ được độ dẻo để hạn chế các nứt vỡ trong quá trìn sử dụng. Thép SKD11 hiện nay chủ yếu được nhiệt luyện trong lò tôi chân không, vì có khả năng chống oxi hóa và thoát cacbon. Ngoài ra trong quá trình tôi ram đảm bảo yêu cầu đồng đều nhiệt theo tiêu chuẩn của Hiệp hội khuôn Bắc Mỹ.

Đối với thép S45C thì sao? Thép S45C sẽ được nhiệt luyện trong dầu, sau ram độ cứng khoảng 55 HRC. Có thể đạt độ cứng đến 58 HRC, tuy nhiên có thể nứt và vỡ chi tiết.

Thêm vào đó, Do hạn chế về thành phần nguyên tố hợp kim nên khả năng chống mài mòn và bền nóng của thép S45C thấp hơn thép SKD11.  Dẫn tới tuổi thọ các chi tiết của thép S45C cũng thấp hơn.

3. So sánh ứng dụng của thép SKD11 và thếp S45C

Thép S45 thường được sử dụng khá nhiều trong những ứng dụng như: con lưn của mát cán tôn, trục nhỏ và tốc độ quay thấp…Những ứng dụng của thép S45C không yêu cầu chất lượng quá cao. Về cơ bản ứng dụng trong điều kiện chịu mài mòn khôn quá cao.

Bản chất của thép S45C chỉ chứa cacbon là thành phần chính nên không chịu được các tác động như ứng suất, chống mài mòn, cân bằng độ cứng và độ dẻo, hiển nhiên chi tiết sẽ nhanh chóng bị phá hủy khi sử dụng. Tuy nhiên, ưu điểm của thép S45C là giá thành rẻ.

Đối với thép SKD11 thông thường được chế tạo các chi tiết đắt tiền, với yêu cầu làm việc trong điều kiện khắc nghiệp hơn S45C. Ứng dụng quan trọng nhất của thép SKD11 là chế tạo khuôn dập nguội. Thép SKD11 được chế tạo khuôn gạch, các loại dao, trục cán thép, khuôn đột…

THT có truyền thống nghiên cứu và ứng dụng thép SKD11, do đó bạn có thể hợp tác với tôi trong chế tạo mác thép này.

Sản phẩm chất lượng cao chế tạo từ thép SKD11 của THT: 

• Nghiên cứu và chế tạo dưỡng kiểm chất lượng cao

Share0

Tweet

Share

Trong bài viết này sẽ trình bày ảnh hưởn của các nguyên tố hợp kim tới đặc tính cơ bản của thép. Hiểu về ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim là một trong những kiến thức cơ bản nhất về nhiệt luyện thép. 

Đọc thêm: Thép hợp kim

– Ảnh hưởng của Cacbon (C)
Cacbon là nguyên tố quan trọng nhất quyết định chủ yếu đến tổ chức và tính chất
của thép. Khi lượng chứa của cacbon trong thép tăng lên, lượng cacbít cũng tăng lên
tương ứng với làm thay đổi tổ chức tế vi của thép. Ở trạng thái ủ khi thành phần cacbon
tăng lên độ bền, độ cứng tăng còn độ dẻo và độ dai giảm.

Ví dụ với thép SKD11 có hàm lượng C trong khoảng 1,4÷1,6 % có tác dụng đảm bảo độ cứng và tính chống mài mòn cho khuôn nhờ làm cho Mactenxit có độ cứng cao và tạo nhiều cacbit.

– Ảnh hưởng của Crôm

Crôm là nguyên tố hợp kim thông dụng để hợp kim hoá và là nguyên tố tạo
cacbit trung bình. Crôm có thể hòa tan trong ferit, mở rộng α, khi hàm lượng crôm cao
nó sẽ kết hợp với cacbon để tạo ra xementit hợp kim (Fe, Cr)3C và các loại cacbit
Cr7C3 và Cr23C6, những cacbit này làm nâng cao nhiệt điểm tới hạn Ac1 và hạ thấp điểm Ac3 ngăn cản sự lớn lên của tinh thể, tăng độ thấm tôi cho thép. Crôm làm tăng cơ tính tổng hợp, nó còn có tác dụng cải thiện tính chống ram và độ bền ở nhiệt độ cao do nó tạo cacbit nhỏ mịn khi ram tiết ra ở nhiệt độ trên 250 oC, do đó nó có tính chống
ram. đến nhiệt độ 250 ÷ 300 oC, vì thế có tính cứng nóng đến 300 oC. Ngoài ra còn tăng mạnh tính chống oxy hóa do tạo thành Cr2O3 rất bền

– Ảnh hưởng của Môlípđen (Mo)
Môlipđen tăng mạnh độ thấm tôi, cải thiện tính chống ram do nó tạo cacbit nhỏ
mịn phân tán khi ram ở nhiệt độ cao, làm giảm sự nhạy cảm đối với giòn ram.
Môlipđen cùng với crôm có ái lực hoá học mạnh với cacbon tạo cacbit dạng Me6C,
giữ cacbon lại trong mactenxit làm cho thép nâng cao tính chịu nhiệt độ cao, tính
bền nóng và cứng nóng.

– Ảnh hưởng của Vanađi (V)
Vanađi là nguyên tố tạo cacbit mạnh, cacbit VC tạo thành có độ cứng rất cao,
nhỏ mịn, nằm ở biên giới hạt ngăn cản sự lớn lên của austenit khi nung. Vanađi tăng
tính chống ram và tăng khả năng chống mài mòn cho thép. Cacbit VC khó tan (hầu
như không hòa tan) vào trong austenit ở nhiệt đ austenit hóa, khi lượng vanađi tăng
tính chống mài mòn tăng và tính mỏi giảm.

– Ảnh hưởng của Mangan
Mangan hòa tan lượng nhỏ (0,2%) vào Ferit và hóa bền pha này, là nguyên tố mở
rộng và ổn định austenit. Mn kìm hãm sự phân hủy của Austenit trong vùng peclit và
bainit, do đó làm tăng độ ổn định của Austenit quá nguội, đẩy đường cong chữ “C‟‟ hay đường cong TTT sang phải và làm tăng mạnh độ thấm tôi, hệ số thấm tôi bằng 4, làm tăng lượng austenit dư sau tôi, do đó làm giảm độ biến dạng khuôn khi nhiệt luyện. Nhược điểm của Mn là là nếu nung trong thời gian dài, nhiệt đ cao dễ làm lớn hạt, dẫn đến làm cho thép giòn và giảm độ dai.

– Ảnh hưởng của Si
Là nguyên tố không tạo cacbit, mở rộng mạnh vùng ferit, nâng cao giới hạn chảy,
nâng cao độ thấm tôi. Ở nhiệt độ cao, có thể tạo SiO2 xít chặt ở bề mặt thép, do đó có
tác dụng chống oxy hóa cho thép. Tuy nhiên trong thép, Si lại dễ gây thoát cacbon khi
nung và làm khó biến dạng dẻo.

Mọi thắc mắc xin để lại comment hoặc gửi qua hòm thư: nhietluyen.vn@gmail.com

Share0

Tweet

Share

Có nhiều cách phân loại thép cacbon, trong đó có thể phân loại thép theo phương pháp khử oxy trong quá trình luyện thép chia thành Thép sôi và thép lặng.

Thép sôi là gì ?

Thép sôi là loại thép không được khử oxy triệt để, tức là chỉ bằng chất khử không mạnh là fero mangan, nên trong thép lỏng vẫn còn FeO và do đó có phản ứng:

FeO + C = Fe + CO

Khí CO tạo ra bay lên mặt thép lỏng chuyển động như thể bị ”sôi” vậy nên thép có tên là Thép sôi và tạo bọt rỗ khí trong thỏi đúc.

Đặc điểm chính của Thép sôi:

• Do thép không được khử bằng silic nên trong thành phần của thép chứa rất ít silic, thông thường <0,05-0,07%, nên ferrit của thép rất mền và dẻo, rất dễ dập nguội.
• Không cho dùng thép sôi để chế tạo các vật đúc địn hình vì các rỗ khí làm giảm mật độ, tập trung ứng suất ây ảnh hưởng xấu tới cơ tính
• Không cho dùng thép sôi để làm các kết cấu hàn chảy, do trong thép vẫn còn oxy (FeO) nên khi chảy lỏng tạo thành CO, mối hàn chứa nhiều bọt khí
• Không dùng thép sôi để làm chi tiết thấm cacbon, do không khử triệt để oxy nên thuộc loại thép bản chất hạt lớn

Thép lặng là gì ?

Thép lặng là thép được khử oxy triệt để bằng cả ferro mangan lẫn fero silic là chất khử mạnh và nhôm, nên trong thép không có phản ứng trên. Mặt thép lỏng luôn phẳng lặng.

Đặc điểm chính của thép lặng:

• Do được khử bằng ferro silic nên chứa một lượng silic, thường trong khoảng 0,15-0,35%, vì thế ferrit của thép cứng và bền hơn, khó dập nguội hơn
• Trong tổ chức của thép không có rỗ khí nên xít chặt hơn, có cơ tính cao hơn thép sôi, các vật đúc bằng thép phải được chế tạo từ thép lặng,
• Thép lặng được sử dụng trong kết cấu hàn
• Chi tiết thấm C được làm bằng thép lặng

Lưu ý: Nằm trung gian giữa Thép sôi và thép lặng là thép nửa lặng, nó chỉ được khử bằng fero mangan và nhôm. Tính chất của thép nửa lặng nằm trung gian giữa thép sôi và thép lặng.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1. Nghiêm Hùng, vật liệu học cơ sở
2. Hanbook, vol 4

Share0

Tweet

Share

Hiện nay, nhiệt luyện chân không đã không còn là một công nghệ xa lạ ở Việt Nam. Ưu điểm của công nghệ này ngoài những yếu tố thân thiện với môi trường thì một ưu điểm không thể không nói tới đó là chất lượng của sản phẩm nhiệt luyện. Với sự đầu tư mạnh mẽ vào các thiết bị nhiệt luyện chân không, ngành công nghiệp chế tạo khuôn mẫu trong những năm gần đây đã có những bước phát triển vượt bậc.

Để hiểu về tôi và yêu cầu tôi bạn có thể tham khảo: Mục đích của tôi thép và môi trường tôi

Như chúng ta đã biết: trong quá trình nhiệt luyện, do mác vật liệu, kích thước và hình dạng của chi tiết khác nhau, nên cần có tốc độ nung, nhiệt độ nung nóng, thời gian giữ nhiệt, tốc độ làm nguội cũng khác nhau. Do đó bốn yếu tố quan trọng trong quá trình nhiệt luyện là: Tốc độ nung nóng, nhiệt độ nung, thời gian giữ nhiệt và tốc độ làm nguội. Cả bốn yếu tố này đều quan trọng ở mức độ khác nhau, nếu 1 trong 4 yếu tố không đúng thì sản phẩm sau nhiệt luyện sẽ không đạt yêu cầu kỹ thuật thậm chí dẫn đến sai hỏng như: cong vênh, nứt vỡ dẫn đến phế phẩm. Khi nhiệt luyện các khuôn có hình dạng phức tạp, tiết diện không đồng đều, đặt biệt là những khuôn to (>200kg) do tốc độ nguội bề mặt và tâm rất khác nhau, nhiều trường hợp bị nứt trong quá trình làm nguội khi tôi. Vì thế, trong trường hợp này, phải đồng thời lựa chọn áp suất tôi hợp lý, đủ để làm nguội nhanh không tạo peclit vừa phải điều chỉnh làm sao để giảm thiểu sự chênh lệch nhiệt độ giữa các vị trí khác nhau trên sản phẩm. Tôi phân cấp là một giải pháp hợp lí

Để hiều rõ hơn về phương pháp này, chúng tôi sẽ trình bày: “Nguyên lý tôi phân cấp, tôi phân cấp trong lò chân không đơn buồng”.

1.Cơ sở lý thuyết quá trình tôi phân cấp

Quá trình tôi cứng thép nhìn chung được thực hiện bởi một trong các phương pháp sau: (a) làm nguội sản phẩm liên tục từ nhiệt độ chuyển biến austenit xuống nhiệt độ phòng, xảy ra trong môi trường khí, dầu, nước hoặc (b) làm nguội qua các bước khác nhau như tôi hai môi trường, tôi phân cấp, tôi đẳng nhiệt [1]

Nguyên lý tôi phân cấp: đường c trên hình 1

Quá trình nung nóng chi tiết đến nhiệt độ austenit hóa rồi tiến hành làm nguội trong môi trường có nhiệt độ cao hơn điểm Mđ  của thép cần tôi từ 50-100^oC trong khoảng thời gian vừa đủ để đồng đều nhiệt độ trên tiết diện rồi tiếp tục làm nguội trong không khí tĩnh để quá trình chuyển biến Mactenxit xảy ra. Theo cách làm nguội này, mactenxit chỉ có thể hình thành trong các thép hợp kim có austenit quá nguội ổn định khá cao trong khoảng nhiệt độ của chuyển biến peclit.

Ưu điểm của phương pháp tôi phân cấp [2]:

• Khắc phục được khó khăn về việc xác định thời điểm chuyển môi trường so với phương pháp tôi 2 môi trường.
• Đạt được yêu cầu về độ cứng song có ứng suất bên trong rất nhỏ, độ biến dạng thấp nhất so với các phương pháp tôi khác.

Nhược điểm: chỉ áp dụng phương pháp này cho các thép có tốc độ nguội tới hạn nhỏ như thép bền nóng, bền nguội, thép gió…

Tôi phân cấp được áp dụng như một phương pháp có khả năng kiểm soát được ứng suất nhiệt và sự biến dạng xảy ra trong quá trình tôi thép. Trong quá trình này, vật tôi được giữ tại một nhiệt độ trung gian trong một bể muối tiếp theo quá trình làm nguội từ nhiệt độ tôi trước khi làm nguội tiếp tới nhiệt độ môi trường. Điều này cho phép đủ thời gian để loại bỏ hầu hết các chênh lệch gradient nhiệt độ trên vật tôi trước khi xảy ra chuyển biến của austenit thành mactenxit trong giai đoạn cuối của quá trình làm nguội. Một điều quan trọng là quá trình giữ tại nhiệt độ trung gian không được phép gây ra phân hủy của austenit bởi các quá trình khuếch tán, dẫn đến việc tạo ra các tổ chức không mong muốn (như austenit và bainit). Chính vì vậy nên cần phải hạn chế thời gian dành cho bước xử lý tại nhiệt độ trung gian. Một thời gian hợp lý được tính dựa trên chiều dày của vật tôi, thông thường từ 1-3 phút ứng với mỗi 10 mm chiều dày của vật tôi. Thời gian ngắn hơn áp dụng cho những thép có nhiệt độ tôi thấp, xung quanh 850 ^oC, và thời gian kéo dài hơn đối với những thép có nhiệt độ tôi cao hơn, xung quanh 1000 ^oC [6]. Phương pháp tôi phân cấp đã thành công trong việc loại bỏ các ứng suất nhiệt khi tôi.

Sự chênh lệch nhiệt độ giữa các vị trí trên cùng vật tôi chính là một trong những nguyên nhân gây ra sự biến dạng. Như chúng ta đã biết, một chu kỳ xử lý nhiệt hoàn chỉnh bao gồm các quá trình: nung nóng, giữ nhiệt và làm nguội. Khi nung nóng cũng như trong quá trình làm nguội, sẽ luôn có sự chênh lệch nhiệt độ giữa các góc cạnh và trong tâm của chi tiết. Sự chênh lệch này là không thể tránh khỏi và chính là nguyên nhân tạo ra ứng suất nhiệt, gây ra biến dạng, thay đổi kích thước chi tiết. Điều này có thể được hạn chế bằng cách làm chậm lại quá trình nung nóng và làm nguội. Tuy nhiên, tổ chức tế vi, kích thước hạt và độ cứng cần đạt (tốc độ nguội) và những lý do về tính kinh tế thì cần đòi hỏi quá trình xử lý càng nhanh càng tốt. Công nghệ nhiệt luyện chân không ra đời đã đồng thời đáp ứng được những yêu cầu trên, giúp cho việc giảm thiểu tới mức có thể những biến dạng của sản phẩm khi xử lý nhiệt.

2. Tôi phân cấp trong lò chân không

2.1. Cơ sở lý thuyết quá trình tôi bằng khí nén trong lò chân không

Quá trình nung nóng:

Quá trình nung nóng trong lò chân không được diễn ra nhờ quá trình đối lưu và quá trình bức xạ. Trong phạm vi nhiệt độ thấp (<850^oC), quá trình nung nóng diễn ra chủ yếu nhờ sự đối lưu, giúp cho sự đồng đều nhiệt độ trên vật tôi đạt được nhanh chóng. Ở vùng nhiệt độ cao ( từ 850 ^oC đến nhiệt độ tôi ), quá trình truyền nhiệt chủ yếu là nhờ sự bức xạ. Một yêu cầu cho quá trình nung nóng là sự chênh lệch nhiệt độ giữa các chi tiết trong cùng một mẻ tôi là nhỏ nhất, tức là cần phải đảm bảo được sự đồng đều nhiệt độ trên toàn bộ mẻ tôi.

Nung nóng kết hợp với giữ nhiệt sẽ giúp cho sự chênh lệch nhiệt độ của vật tôi cũng như toàn bộ mẻ tôi giảm dần

Quá trình giữ nhiệt:

Một ưu điểm nữa khi nhiệt luyện trong lò chân không là sự kiểm soát một cách chính xác nhiệt độ thực tế trong buồng nung nhờ những can nhiệt của lò và can nhiệt được gắn trên vật tôi. Can nhiệt cắm trên vật tôi sẽ được cắm tại vị trí có thể phản ánh được tương đối chính xác nhiệt độ vùng bên trong lõi, đảm bảo chính xác thời gian giữ nhiệt. Quá trình này được thực hiện hoàn toàn tự động, và đồ thị của đường nhiệt độ sẽ được máy tính lưu lại, giúp cho người sử dụng có thể áp dụng kết quả cho những sản phẩm tương tự.

Quá trình làm nguội:

Một quá trình làm nguội của một quy trình xử lý nhiệt luôn phải đáp ứng những yêu cầu như sau:

• Đảm bảo độ cứng
• Quá trình tôi phải diễn ra càng nhanh càng tốt và chậm đến mức có thể
• Vật tôi phải được làm nguội đồng đều
• Sự chênh lệch nhiệt độ bề mặt và tâm của vật tôi phải hạn chế ở mức thấp nhất

Việc đảm bảo các yêu cầu này nhằm đạt được mục tiêu: tổ chức đạt được hoàn toàn là mactenxit với độ biến dạng thấp nhất. Do đó, tốc độ nguội có ảnh hưởng rất lớn. Với một tốc độ nguội hợp lý sẽ giúp cho nguy cơ nứt vỡ, biến dạng khi tôi là nhỏ nhất. Do vậy, áp suất khí tôi, loại khí tôi, tốc độ khuấy trộn khí… là những thông số có thể được lựa chọn để tối ưu.

Hướng dòng khí và dòng khí cũng là một yếu tố quan trọng, ảnh hưởng tới sự biến dạng. Trong hệ thống lò chân không hiện nay, hướng làm mát có thể được lập trình theo nhiều hướng khác nhau: từ trên xuống, từ dưới lên, từ trái qua phải hoặc từ phải qua trái hoặc kết hợp các hướng làm nguội với nhau. Việc thay đổi các hướng làm mát được thực hiện trong khoảng thời gian chọn trước. Tùy thuộc vào hình dáng của sản phẩm mà lựa chọn hướng làm nguội thích hợp, ví dụ như hướng làm nguội thẳng đứng trong một khoảng thời gian dài từ dưới lên sẽ thích hợp cho các chi tiết có dạng hình nón. Ngoài ra, quá trình thay đổi chiều làm nguội còn có thể được kiểm soát bởi nhiệt độ. Ngoài việc hạn chế biến dạng khi tôi, hệ thống lò tôi chân không còn giúp cho quá trình tôi diễn ra nhanh hơn, mang lại hiệu quả kinh tế. [3]

Khi làm nguội bằng khí nén, quá trình trao đổi nhiệt được thực hiện chủ yếu bằng truyền nhiệt và hầu như tốc độ nguội ít phụ thuộc vào nhiệt độ chi tiết. Sự phân bố nhiệt độ trong trường hợp này là đồng đều hơn (hình 2). Tuy nhiên, có thể thấy hệ số truyền nhiệt trong môi trường khí là thấp

Hình 2: Quá trình làm nguội bằng khí nén [4]

Ở điều kiện bình thường, khả năng trao đổi nhiệt của khí là kém, để nâng cao khả năng làm nguội cần phải tối ưu hóa áp suất và tốc độ dòng khí. Về nguyên tắc,  có 2 phương pháp: (1) hoặc với áp suất thấp và tốc độ dòng khí lớn, (2) hoặc tăng áp suất với tốc độ dòng khí vừa phải. Nhiệt luyện chân không và tôi bằng áp suất khí nén cao là trường hợp thứ 2

2.1.1 Quan hệ giữa tốc độ làm nguội và hệ số truyền nhiệt

Trong quá trình làm nguội, một lượng nhiệt lượng Q phải truyền qua bề mặt vật làm nguội theo công thức [5]:

Trong đó:

Q là nhiệt lượng J

A là diện tích bề mặt vật làm nguội  m².

Ts là nhiệt độ bề mặt vật làm nguội ^oK.

Tg là nhiệt độ khí làm nguội  ^oK.

H là hệ số truyền nhiệt W/m².K.

Khi làm nguội, vật làm nguội sẽ bị mất đi một lượng nhiệt tương đương nhiệt lượng Q, trong trường hợp này, Q được tính như sau:

Trong đó:

Q là nhiệt lượng J

ρ’là tỷ trọng của vật liệu được làm nguội Kg

V’ là thể tích sản phẩm được làm nguội m³.

Cp là nhiệt dung riêng của vật liệu được làm nguội J/kg.K

Cân bằng 2 phương trình trên ta có thể rút ra:

Như vậy có thể thấy, tốc độ nguội dT/dt tỷ lệ thuận với hệ số truyền nhiệt h. Vì thế khi xét ảnh hưởng của các thông số của quá trình làm nguội đến tốc độ làm nguội chính là xét ảnh hưởng các thông số đó đến hệ số truyền nhiệt.

2.1.2. Tốc độ nguội trong quá trình tôi trong lò chân không

Với lò chân không đơn buồng, có thể làm nguội bằng 3 phương pháp, đó là (1) tự nguội chân không, (2) nguội tự do bằng khí và (3) nguội cưỡng bức bằng khí.

Tốc độ nguội được điều khiển dựa theo phương trình biểu thị lượng nhiệt được lấy đi khỏi sản phẩm tôi [5]:

Có thể thấy, để tăng lượng nhiệt thoát ra Q ta có thể tăng h hoặc giảm Tg hoặc đồng thời cả 2 yếu tố.

Với hệ số truyền nhiệt h, đối với một thiết bị cụ thể, một loại sản phẩm cụ thể và một loại khí tôi cụ thể, thì hệ số trao đổi nhiệt h phụ thuộc vào tốc độ V và áp suất P có thể được biểu thị bằng một phương trình đơn giản :

h = C (V.P)m

Trong đó, C và m là 2 hằng số phụ thuộc vào thiết kế lò, kích thước và cách sắp xếp sản phẩm trong lò. Thiết kế lò là yếu tố đã được xác định, hầu hết các nhà sản xuất đã tối ưu hóa thiết kế của mình, hằng số m có giá trị trong khoảng 0,6-0,8 [Nex, Trend]. Như vậy, để tăng hệ số truyền nhiệt h (và như thế tăng  tốc độ làm nguội) giải pháp là tăng tốc độ lưu thông khí, tăng áp suất khí tôi. Tăng tốc độ lưu thông khí bằng cách sử dụng hệ thống quạt cưỡng bức công suất cao.

Khả năng thứ 2 là giảm nhiệt độ khí tôi Tg và như thế sẽ tăng lượng nhiệt Q được lấy đi. Cách đơn giản nhất là làm mát khí tôi, vì thế, thông thường hệ thống thiết bị tôi được trang bị thêm bộ phận trao đổi nhiệt được làm mát bằng nước. Gần đây một số nghiên cứu phương pháp phun nitơ lỏng vào khí nitơ trong quá trình làm nguội, và như thế công nghệ mới được gọi là lấy nhiệt có kiểm soát (Controllable Heat Extraction –CHE) ra đời []. Đây là công nghệ tương đối mới, tuy nhiên công nghệ này chỉ phù hợp với lò tôi chân không 2 buồng. Với lò đơn buồng, làm mát khí tôi bằng bộ phận trao đổi nhiệt vẫn là lựa chọn tối ưu nhất hiện nay.

Sơ đồ nguyên lý lò tôi đơn buồng được thể hiện trên hình 3.

Hình 3: Lò tôi chân không đơn buồng

2.2. Tôi phân cấp trong lò chân không

Để giảm thiểu ứng suất nhiệt giữa bề mặt và tâm của vật tôi, một chương trình mô phỏng quá trình tôi phân cấp được thiết lập tại một nhiệt độ cao hơn nhiệt độ xảy ra chuyển biến mactenxit bị ảnh hưởng. Phần mềm mô phỏng cho thấy quá trình tôi phân cấp giúp hạn chế biến dạng tương đối lớn, đặc biệt là những vật tôi có hình dáng phức tạp. Với quá trình mô phỏng này, hai can nhiệt sẽ được cắm cố định trên cùng vật tôi, một can cắm trên bề mặt, còn một can cắm vào trong lõi, hình 4 [3].

Bảng 1: Nhiệt độ tôi phân cấp một số loại thép dụng cụ [6]

Vật tôi được nung tới nhiệt độ tôi rồi được tiến hành làm nguội. Quá trình tôi phân cấp được thực hiện tại 400^oC. Nhiệt độ bề mặt vật tôi giảm xuống đáng kể, tuy nhiên nhiệt độ bên trong lõi vẫn còn khá cao, khoảng 650^oC. Để khống chế nhiệt độ bề mặt không bị giảm xuống sâu, quá trình làm nguội sẽ bị gián đoạn và quá trình nung lại được khởi động. Lúc này, nhiệt độ bên trong tâm của chi tiết sẽ giảm từ từ và tiến tới gần nhiệt độ tôi phân cấp hay nhiệt độ bề mặt vật tôi. Ngay khi nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ tâm gần bằng nhau thì quá trình nung sẽ dừng lạ và quá trình làm nguội sẽ được tiếp tục.

Kết luận

Chuyên đề đã đề cập đến lý thuyết tôi phân cấp và nguyên lý tôi phân cấp trong lò chân không đơn buồng. Trên thế giới, tôi phân cấp trong lò chân không đã được áp dụng từ lâu. Tuy nhiên, tại Việt Nam, việc ứng dụng phương pháp này trong lò tôi chân không vẫn còn khá mới mẻ. Dựa trên nguyên lý về tôi phân cấp trong lò chân không, chuyên đề giúp hiểu rõ hơn về quá trình xảy ra khi tôi bằng khí nén. Chuyên đề cũng đưa ra một số gợi ý trong việc lựa chọn nhiệt độ tôi phân cấp, thời gian tôi phân cấp đối với một số loại thép hợp kim thường gặp. Từ đó, các nhà nhiệt luyện có thể tham khảo để áp dụng đối với sản phẩm cụ thể, góp phần hạn chế bớt những sai hỏng trong quá trình nhiệt luyện, đặc biệt là những sản phẩm khuôn mẫu có hình dạng phức tạp.

Tìm hiểu các dạng nhiệt luyện của thép: khái niệm nhiệt luyện thép

 Tài liệu tham khảo

1. Richard F.Harvey, Development, principles and application of interrupted quench hardening, Journal of  the Franklin Institute, Vol 255 February, 1953, No.2
2. Nghiêm Hùng, Vật liệu học cơ sở
3. Zieger, Vacuum heat treatment of hot work steel, Schmetz Gmbh, Holzener Str.39, 58708 Menden, Germany
4. High pressure gas quenching, http://web.ald-vt.de/cms/vakuum-technologie/technologien/vacuum-heat-treatment/vacuum-case-hardening/high-pressure-gas-quenching/
5. Nikos J.Mourtos, Heat transfer, Applied material – ME 297
6. E Thelning, Steel and its heat treatment

Share0

Tweet

Share

Nhiều bạn chắc đã đọc và biết đến tác phẩm Thép đã tôi thế đấy của tác giả người Nga Nikolai A. Ostrovsky kể về cuộc đời của chàng trai trẻ Paven. Chúng tôi tin rằng nhà văn đã hiểu môi trường khắc nghiệt khi tôi thép nên muốn mượn thuật ngữ chuyên ngành này để đặt tên cho tác phẩm kinh điển của mình. Từ thanh thép ban đầu mền yếu, trở nên cứng cáp hơn, giống như cuộc đời của Paven phải trải qua những đau khổ ra sao. Nhưng dừng lại tác phẩm văn học ở đây, trong bài viết này chúng tôi cũng chỉ xin mượn tác phẩm này để mở đầu cho bài viết trình bày những khái niệm cơ bản nhất về tôi thép và môi trường tôi. Một nguyên công quan trọng và không thể thiết được trong gia công chế tạo cơ khí.

Tìm hiểu các dạng nhiệt luyện của thép: khái niệm nhiệt luyện thép

1.Khái niệm và mục đích tôi thép

Tôi là nung nóng thép đến trên nhiệt độ xuất hiện hoặc hoàn toàn austenit, sau khi giữ nhiệt chi tiết được làm nguội nhanh thích hợp để austenit chuyển biến thành mactenxit hay các tổ chức không ổn định khác có độ cứng và độ bền cao.

Bạn có thể tham khảo hình ảnh tôi thép trong nước: Tôi thép trong nước

Mục đích thông thường của tôi thép là đạt độ cứng tối đa, ví dụ thép ở trạng thái cung cấp (mua ở công thép) chỉ khoảng 20 HRC, sau khi tôi đạt 50-60 HRC. Nhờ độ cứng cao mà khả năng chịu tải, chịu mài mòn của chi tiết chế tạo từ thép cũng tăng lên. Và giá trị của chi tiết máy được tăng lên. Quá trình tôi được xảy ra trong lò nhiệt luyện, thép được nung nóng đến nhiệt độ tôi (đây là nhiệt độ chuyển biến pha ferrit thành austenit), sau đó do làm nguội nhanh trong môi trường tôi (nước, dầu, khí nén…) mà pha mền austenit này chuyển thành pha cứng mactenxit tôi.

2. Môi trường tôi

Tùy vào mác thép mà lựa chọn môi trường tôi thích hợp. Môi trường tôi có tốc độ làm nguội nhanh phù hợp cho thép có hệ số truyền nhiệt tốt như các thép cacbon, hợp kim thấp (chi tiết nhỏ). Còn tốc độ làm nguội nhỏ hơn như dầu dùng cho các thép hợp kim. Việc lựa chọn ra một môi trường tôi tối ưu là rất cần thiết đối với một loại vật liệu cụ thể có hình dáng và kích thước xác định.Tốc độ làm nguội của các môi trường tôi được thể hiện trong hình 1 dưới đây:

Hình 1. Tốc độ làm nguội của một số môi trường tôi điển hình

Chất lượng của sản phẩm tôi phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ nung, thời gian giữ nhiệt và tốc độ làm nguội. Trong đó tốc độ làm nguội là yếu tố quan trọng nhất được quyết định bởi môi trường làm nguội (thường gọi là môi trường tôi). Môi trường làm nguội cần phải có tốc độ nguội bằng hoặc lớn hơn tốc độ nguội tới hạn để khi làm nguội thép không chuyển sang tổ chức có độ cứng thấp như ferit, peclit hay bainit . Mặt khác, môi trường tôi phải có tốc độ nguội đủ nhỏ để không gây ra ứng suất có thể dẫn đến biến dạng hoặc nứt vỡ chi tiết, nhất là trong vùng chuyển biến mactenxit.
Ngoài đạt độ cứng tối ta thì quá trình tôi thép cần đảm bảo được sự biến dạng hay sự thay đổi kích thước của chi tiết trong giới hạn cho phép. Hai yêu cầu này dường như ngược với nhau, bởi vì để đạt được độ cứng cao hơn và chiều sâu lớp cứng lớn hơn thì môi trường tôi phải có tốc độ nguội lớn, nhưng nếu tốc độ nguội lớn thì ứng suất nhiệt lớn làm tăng nguy cơ gây biến dạng, nứt vỡ chi tiết.

Ngoài tôi trực tiếp, để giảm thiểu cong vênh, những nhà nhiệt luyện còn xử dụng tôi phân cấp.

Môi trường tôi được coi là lý tưởng khi đảm bảo các yêu cầu sau:
• Có đường nguội càng giống với đường nguội lý tưởng (hình 2) càng tốt: Trên 650 oC tốc độ chuyển biến austenit rất nhỏ nên có thể cho nguội chậm, nhưng thời gian không quá lâu. Trong khoảng nhiệt độ từ 400 – 600oC austenit kém ổn định nhất, cần phải được làm nguội nhanh để tránh sự phân hóa austenit thành peclit. Dưới 400 oC austenit tương đối ổn định và sắp đến vùng chuyển biến mactenxit nên cần nguội chậm để tránh gây ra ứng suất lớn. Đây là yêu cầu không thể bỏ qua, đặc biệt là đối với loại thép và chi tiết có nguy cơ nứt và biến dạng lớn (thép cacbon cao, thép hợp kim, chi tiết với hình dạng phức tạp, tiết diện thay đổi đột ngột,…).

Hình 2. Đường làm nguội thép lý tưởng

• Ổn định trong suốt quá trình tôi, ít bị phân hủy và oxy hóa nhiệt.
• Dung dịch tôi không nên có phản ứng với bề mặt chi tiết.
• Đảm bảo các tiêu chuẩn về độc hại đối với con người, môi trường tự nhiên và môi
  trường làm việc.
•  Các chất tồn dư của dung dịch tôi trên bề mặt chi tiết sau tôi phải dễ dàng được làm
  sạch bằng cách rửa hoặc cho bay hơi, .
• Giá thành thương mại thấp

Tìm hiểu các dạng nhiệt luyện của thép: khái niệm nhiệt luyện thép

THT nhiệt luyện xử lý bề mặt cung cấp dịch vụ nhiệt luyện bao gồm tôi và ram trong lò chân không và tôi dầu đảm bảo chất lượng thép. Liên hệ : 0984892487

Share0

Tweet

Share

Thép HSLA là gì ?

Thép hợp kim thấp độ bền cao HSLA (high-strength low-alloy) cung cấp tính chất cơ tính hoặc khả năng chống ăn mòn tốt hơn thép cacbon. Trong đó nổi bật nhất là độ bền cao (lớn hơn 300-320 MPa), các chỉ tiêu khác vẫn đảm bảo yêu cầu của thép xây dựng. Thép HSLA khác với các mác thép khác là chúng được tạo ra không phải theo thành phần hóa học mà tạo ra tính chất cơ tính đặc thù.

Thành phần hóa học thép HSLA ?

Thép HSLA có thành phần cacbon trong khoản 0.05% và 0.25% để đảm bảo khả năng tạo hình và tính hàn. Tổng lượng nguyên tố hợp kim không quá 2-2,5%.  Để nâng cao độ bền mà không làm hại các chỉ tiêu khác, người ta hợp kim hóa thấp các nguyên tố vào ferrit những ít làm hại tính hàn như Mn, Si, Cr, Cu và có thể là Ni, B, N. Các nguyên tố Cu, Ti, V và Nb được thêm vào với mục đích nâng cao độ bền. Những nguyên tố này được cho thêm vào để thay đổi cấu trúc tế vi của thép cacbon, thông thường là cấu trúc ferrit-peclit, để tạo ra phân bố cacbit nhỏ mịn trong nền.

Nguyên tố Cu, Si,  Ni, Cr, P được thêm vào để tăng khả năng chống ăn mòn của thép. Zirconi, canxi và các nguyên tố đất hiếm được thêm vào để kiểm soát hình dạng bao gồm sulfua, làm tăng khả tạo hình.

Để không làm tăng mạnh giá thành, người ta thường tận dụng việc hợp kim hóa tự nhiên (dùng gang luyện từ vùng giàu quặng nguyên tố hợp kim) hay là phế liệu thép hợp kim và dùng nguyên tố rẻ tiền như Mn, Si.

Ứng dụng của thép HSLA ?

Chúng được sử dụng trong ô tô, xe tải, cần trục, cầu, tàu lượn siêu tốc và các cấu trúc khác được thiết kế để xử lý lượng lớn ứng suất hoặc cần tỷ lệ độ bền trên trọng lượng tốt. Cấu trúc bằng thép HSLA thường nhẹ hơn từ 20 đến 30% so với thép cacbon có cùng cường độ.

Thép HSLA đồng thời có khả năng chống rỉ tốt hơn so với thép cacbon bởi vì chứa ít pha Peclit và có cấu trúc gồm ferrit và xementit mịn trong Peclit. Thép HSLA thường có khối lượng riêng khoảng 7800 kg/m3.

Phân loại thép HSLA ?

Thép HSLA được phân thành các loại sau đây:

• Thép thời tiết: Thép có khả năng chống ăn mòn tốt. Một thí dụ thông dụng là thép Cor-ten
• Thép cán kiểm soát: Thép cán nóng có cấu trúc Austenit bị biến dạng cao sẽ chuyển thành cấu trúc ferit cân bằng rất mịn khi làm mát.
• Thép khử Peclit: Thép có thành phần cacbon thấp dẫn đến ít hoặc không có Peclit, nhưng có cấu trúc gồm nền Ferrit rất mịn. Nó được hóa bền bằng biến cứng tiết pha.
• Thép Ferrit Acicular: Đây là thép có độ bền cao do cấu trúc ferrit dạng acicular, với thành phần cabon rất thấp, và khả năng hóa bền cao.
• Thép hai pha: Những loại thép này có cấu trúc vi mô ferit chứa các phần nhỏ, phân bố đồng đều của mactenxit. Cấu trúc vi mô này mang lại cho thép cường độ năng suất thấp, tốc độ gia công cứng cao và khả năng định hình tốt.
• Thép hợp kim vi lượng: Thép bao gồm một lượng rất nhỏ các nguyên tố như Nb, V, Ti để làm nhỏ mịn hạt hoặc hóa bền tiết pha.

Theo tiêu chuẩn SAE với mác 9xx với xx là giới hạn σ0,2 tối thiểu theo đơn vị ksi. Với các mác 942, 945, 950, 955, 960, 965, 970, 980.

Thép hợp kim thấp độ bền cao được chế tạo như thế nào ?

Thép HSLA được tạo ra theo cùng một kỹ thuật, giống như các loại vật liệu khác nhau được tạo ra. Quặng sắt và than được trộn với nhau để loại bỏ tạp chất. Dựa trên cấp của thép HSLA, các số lượng và dạng hợp kim khác nhau sau đó được áp dụng cho hỗn hợp nóng chảy. Nếu thành phần hóa học chính xác đã thu được, nhiều biện pháp khác đảm bảo rằng các chất ô nhiễm trong thép HSLA được giữ ở mức tối thiểu. Sau đó, phôi thép HSLA được tạo ra với kích thước phù hợp.

Share0

Tweet

Share

Các thép với hàm lượng cacbon trung bình như C45 và 40Cr được dùng rộng rãi trong cơ khí chế tạo tại Việt nam và thường trải qua các công đoạn nhiệt luyện hóa tốt. Tuy nhiên, khi ram ở các vùng nhiệt độ khác nhau có thể gặp hiện tượng giòn ram. Trong bài viết này chúng tôi sẽ trình bày kiến thức về hiện tượng giòn ram. Một hiện tượng cần tránh đối với các nhà luyện kim. 

Ngoài ra bạn có thể quan tâm tới tổng quan về ram thép và yêu cầu khi ram thép 

Khi tiến hành ram một số thép ở các nhiệt độ ram khác nhau thì có thể xảy ra hiện tượng giòn ram, trên đồ thị phụ thuộc độ dai va đập vào nhiệt độ ram thấy có 2 cực tiểu ở hai khoảng nhiệt độ ram, tương ứng với hai loại giòn ram loại I và loại II.

Giòn ram loại Ithể hiện rất rõ trong thép hợp kim khi ram ở khoảng trên 200^oC (rõ nhất trong khoảng 280 ÷ 350 ^oC), khi đó độ dai va đập rất thấp. Nguyên nhân có thể là do cacbit ε (Fe_2,4C) được tiết ra có dạng tấm là cacbit không ổn định . Trên 200 ^oC gần vùng nhiệt độ gây giòn ram loại I, cacbit này bắt đầu hòa tan, cacbit ổn định hơn là Fe3C bắt đầu được hình thành. Các nguyên tử cacbon từ cacbit ε hòa tan bắt đầu khuếch tán đến các mầm Fe₃C dễ dàng theo biên giới hạt. Sự khuếch tán này tạo nên sự phân bố không đều về hàm lượng cacbon trong thép, đó là sự tập trung cacbon với mật độ cao ở biên giới. Khi nhiệt độ ram tăng lên, sự khuếch tán tăng lên, đến mức lượng cacbon tập trung ở biên giới cao hơn nhiều so với trong hạt. Pacyna và cộng sự đã chỉ ra rằng hiện tượng giòn ram loại I phụ thuộc rất mạnh vào hàm lượng cacbon. Ngoài ra còn phụ thuộc vào độ thô của các cacbit , nguyên nhân của sự phá hủy giòn. Đây là loại giòn ram không tránh được do vậy phải tránh ram ở các nhiệt độ gây giòn tùy thuộc vào từng mác thép. Các thép cacbon cũng bị giòn ram loại này và xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn.

Giòn ram loại II thường xảy ra trong thép được hợp kim hóa thấp bằng Cr, Mn, Cr-Ni, Cr-Mn khi ram ở khoảng (500-600 ^oC) với cách làm nguội chậm thông thường sau ram (trong không khí).

Nguyên nhân có thể là do nguội chậm thuận lợi cho sự tiết ra các pha giòn ở biên giới hạt . D.S. Stein tổng hợp các nghiên cứu và cho thấy nguyên nhân chủ yếu là sự tiết các tạp chất như Sb, As, Sn và P, đồng thời là sự tăng việc tiết các nguyên tử kim loại chuyển tiếp có đường kính nguyên tử lớn như Cr hay Ni ra ngoài biên, dẫn đến sự suy yếu liên kết giữa các hạt, gây nên phá hủy giòn.

Mặc dù đã được nghiên cứu từ lâu nhưng hiện tượng giòn ram gần đây (2013) vẫn được quan tâm nhiều , đặc biệt về mặt cơ chế xảy ra ở biên giới hạt, bằng các phương pháp phân tích hiện đại như hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và phổ điện tử Auger. Các thép với hàm lượng cacbon trung bình như C45 và 40Cr được dùng rộng rãi trong cơ khí chế tạo tại Việt nam và thường trải qua các công đoạn nhiệt luyện hóa tốt. Tuy nhiên, khi ram ở các vùng nhiệt độ khác nhau có thể gặp hiện tượng giòn ram. Do vậy, bài báo này nhằm nghiên cứu hiện tượng giòn ram và ảnh hưởng của nhiệt độ ram đến tổ chức và cơ tính của các loại thép nói trên.

Share0

Tweet

Share