Trong bài viết này giới thiệu về đặc điểm và ứng dụng của gạch chịu lửa. 

Gạch chịu lửa/chịu nhiệt là gì?

Là gạch sử dụng để làm việc ổn định trong điều kiện nhiệt độ cao, sử dụng trong các lò luyện gang, thép, lò nhiệt luyện…

Phân loại gạch chịu lửa và thành phần?

1. Gạch samot

Gạch chịu lửa samot còn được gọi là gạch samot là một khối vật liệu gốm chứa hỗn hợp ba loại oxit nhôm Al2O3 + oxit silic SiO2+ oxit sắt Fe2O3. Gạch Samot chia làm A và B với thành phần của các oxit như sau:

• Gạch samot A: (38-40)% Al2O3 + 55%SiO2+ 2.5% Fe2O3. Độ chịu lửa 1600 oC
• Gạch samot B:  (26-30)% Al2O3 + 60%SiO2+ 3% Fe2O3. Độ chịu lửa 1500 oC

Gạch Samot là loại vật liệu có khả năng chịu lửa với độ bền sốc nhiệt cao và độ bền xỉ lớn hơn so với những sản phẩm khác. Samot không chỉ là loại gạch đang được ưa chuộng cho các công trình công cộng, nhà ở,…Mà còn được ứng dụng rộng rãi ở các nhà máy công nghiệp. Việc xây lót lò trong sản xuất xi măng, luyện kim, thủy tinh,… phần lớn đều sử dụng gạch chịu lửa này.

2.Gạch chịu nhiệt cao nhôm

Gạch chịu nhiệt cao nhôm có thành phần ba loại oxit nhôm Al2O3 + oxit silic SiO2+ oxit sắt Fe2O3 giống như gạch Samot nhưng có thành phần Oxit nhôm cao hơn Samot (>40%).

Căn cứ vào độ chịu nhiệt tương ứng với hàm lượng Al2O3 trong sản phẩm chia gạch chịu lửa cao nhôm thành các loại:

Gạch chịu nhiệt cao nhôm dùng xây vách lò, tường lò, nóc lò, buồng đốt của các loại lò sắt, thép, tuynel, gốm sứ, thủy tinh,lò hơi, lò  nấu gang, lò nấu đồng, lò nấu nhôm , lò đốt rác y tế, lò đốt rác thải công nghiệp, lò điện các loại…

Kích thước gạch chịu lửa ?

Kích thước gạch chịu lửa tiêu chuẩn áp dụng cho các lò thông thường. Cụ thể:

– Gạch chịu lửa cao nhôm H1 (KT: 230 x 114 x 65 mm, gạch vuông)

– Gạch chịu lửa H13 (KT: 230 x 114 x 65/55 mm, gạch côn đứng)

– Gạch chịu lửa H14 (KT: 230 x 114 x 65/45 mm, gạch côn đứng)

– Gạch chịu lửa H20 (KT: 230 x 114 x 65/55 mm, gạch côn nằm)

– Gạch chịu lửa H21 (KT: 230 x 114 x 65/45 mm, gạch côn nằm)

– Gạch chịu lửa H24 ( dùng cho gạch côn đứng H13, H14)

– Gạch chịu lửa H28 ( dùng cho gạch côn nằm H20, H21)

Ứng dụng của gạch chịu lửa ?

Gạch chịu nhiệt/lửa được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Ví dụ như công nghiệp hoá chất, luyện sắt thép, xi măng, thủy tinh hoặc trong các lò đốt rác và một số ngành công nghiệp khác.

Trong số các loại gạch chịu lửa cao nhôm, gạch cao nhôm 75% thường được sử dụng tại những địa điểm có nhiệt độ cao và độ mài mòn lớn. Dùng gạch cao nhôm 75% có tác dụng kéo dài tuổi thọ của lò, tạo ra hoạt động ổn định, lâu dài cho lò.

Gạch chịu nhiệt được biết đến là vật liệu vô cùng quan trọng trong xây dựng lò nung gốm sứ, lò xi măng, lò luyện kim, lò đúc đồng, lò đốt rác công nghiệp,… Có khả năng chịu nhiệt tốt và độ bền cao, gạch cao nhôm hiện được ưa chuộng sử dụng trong công nghiệp xây dựng.

Mua gạch chịu nhiệt/lửa ở đâu?

Gạch chịu lửa và nhiệt có thể mua được ở các cửa hàng vật liệu chịu lửa/nhiệt cao. Trong đó bạn có thể tìm đến những thương hiệu như Gạch cầu đuống…để mua các loại gạch này.

Hy vọng những thông tin hữu ích trong bài viết trên sẽ giúp bạn hiểu hơn về đặc tính cũng như ứng dụng của loại gạch này.

Share0

Tweet

Share

Bài viết giới thiệu về lò thấm N thể khí. THT chuyên cung cấp lò thấm N các loại, và tư vấn công nghệ. Để nhận được tư vấn vui lòng gọi cho kỹ sư công nghệ của chún tôi theo số: 0984892487

Lò thấm nitơ là gì?

Trên thế giới, phương pháp thấm nitơ đã ra đời từ rất sớm, từ những năm đầu của thế kỷ 20. Ngay sau đó, phương pháp thấm nitơ được triển khai nghiên cứu mạnh mẽ nhiều nước và đã xuất hiện nhiều công nghệ thấm nitơ khác nhau, áp dụng cho nhiều loại sản phẩm. Đây là một trong những công nghệ hóa nhiệt luyện quan trọng nhất ứng dụng cho các chi tiết cần độ cứng bề mặt cao, làm việc trong điều kiện chịu mài mòn. Ngoài đặc điểm chịu mài mòn, lớp thấm nhận được sau thấm nitơ còn cho thấy những ưu điểm nổi bật khác như tăng khả năng chịu mỏi nhờ tạo ra lớp ứng suất nén trên bề mặt, nâng cao khả năng chống ăn mòn nhờ tạo được lớp bề mặt thụ động và cuối cùng là có khả năng hồi phục kích thước cho chi tiết sau một thời gian làm việc.

Tóm lại thấm nitơ là quá trình làm bão hoà nitơ vào bề mặt chi tiết thép nhằm đạt các mục đích sau:

– Làm tăng độ cứng, tính chống mài mòn,

– Tăng độ bền mỏi,

– Tăng khả năng chống ăn mòn trong các môi trường không khí, hơi, nước,

– Trang trí mỹ thuật cho sản phẩm.

Lò thấm nitơ là thiết bị sử dụng để tạo ra môi trường khí thấm NH3 tham gia cùng với khí độ N2, CO2 để tạo ra môi trường giàu nguyên tử N. Sau đó N sẽ khuếch tán vào bên trong thép tạo pha hóa bền bề mặt của chi tiết. Điều kiện để N khuếch tán vào trong thép là nhiệt độ môi trường thấm phải cao hơn nhiệt độ Ac1 trong giản đồ pha.

Tùy vào môi trường thấm N dạng lỏng, khí hay plasma mà có các lò thấm thể lỏng, thể khí hay lò thấm N plasma. Trong đó ở Việt Nam phổ biến nhất vẫn là các lò thấm N thể khí.

Những yếu tố cần điều khiển trong một lò thấm N thể khí là gì?

Những yếu tố công nghệ ảnh hưởng tới quá trình thấm N:

• Thời gian (Time)
• Nhiệt độ (Temperature )
• Mác thép (Steel chemistry )
• Lưu lượng khí (Gas flow)
• Độ phân hủy khí thấm (Gas dissociation)
• Ảnh hưởng trạng thái bề mặt thép trước khi thấm (Steel surface condition prior to the nitriding process)
• Cấu trúc tế vi lớp thấm (Surface metallurgy or compound layer thickness)
• Tổng chiều day lớp thấm cần đạt (Total case depth)

Các thông số công nghệ chính ảnh hưởng tới tổ chức và chất lượng lớp thấm nitơ gồm: thế thấm nito K_n (hoặc độ phân hủy NH₃), nhiệt độ và thời gian thấm trong đó thế nitơ là thông số quan trọng nhất quyết định đến hàm lượng N trên lớp bề mặt thép do đó quyết định cấu trúc lớp thấm.

Thông tin để lựa chọn một lò thấm  N thể khí là gì ?

Cùng với sự phát triển của công nghệ thấm N thể khí thì công nghệ chế tạo lò thấm cũng có sự phát triển mạnh mẽ cho đến ngày nay. Lò thấm theo mẻ đã có sẵn nhiều cấu hình, bao gồm lò giếng, chuông, hộp và lò cửa đẩy. Lựa chọn giải pháp tối ưu bắt đầu bằng thu thập các thông tin dưới đây:

• Sản lượng một mẻ
• Kích thước và khối lượng, bao gồm sai số quan trọng
• Cấu hình bộ phận: Các bộ phận dài thường được xử lý theo chiều dọc trong khi các bộ phận nhỏ có thể được chất vào giỏ để xử lý theo thiết bị ngang hoặc dọc
• Chiều day lớp thấm và yêu cầu kỹ thuật (luyện kim) cần thiết
• Không gian sàn có sẵn, phương pháp xử lý ưa thích (ví dụ: xe chuyển tải chạy bằng điện, cần cẩu trên không, xe nâng) và mức độ linh hoạt và tự động hóa cần thiết.
• Yêu cầu quá trình linh hoạt: Một số chi tiết yêu cầu cụ thể (thời gian, nhiệt độ, thế thấm) hoặc nhiều chi tiết
• Cấu hình của hệ thống: Bao gồm lò đơn hoặc một phần của hệ thống
• Giới hạn không gian
• Mức độ tích hợp: Độc lập hoặc tích hợp với thiết bị có sẵn hoặc với cơ sở vật chất có sẵn

Cấu tạo chính của một lò thấm N thể khí ?

Thế hệ lò sau đó được cấu tạo hoàn chỉnh hơn từ hệ thống cơ khí, hệ thống nhiệt, hệ thống khí…

Cấu tạo có kết cấu chính như sau:

– Nồi lò (Furnace tank) thông thường được chế tạo bằng thép không gỉ, trong nồi lò chứa không gian làm việc được định nghĩa là phần đặt chi tiết thấm. Trong thực tế chính là không gian đặt gá thấm.

– Nồi lò được nung nóng thông qua hệ thống gia nhiệt bằng dây điện trở (electric resistance wire). Dây điện trở được quấn và định vị bởi gạch chịu nhiệt (Fire-proofe Brick) và được quấn xung quanh thành nồi, trong một số lò còn được quấn ở đáy lò để đảm bảo đồng đều nhiệt độ tốt hơn.

– Tiếp đến là lớp vật liệu giữ nhiệt, thông thường là bông giữ nhiệt (Heat preservation cotton) đảm bảo nhiệt không tổn thất khỏi lò.

– Bên ngoài là các lớp gạch chịu lực và chịu nhiệt và vỏ lỏ làm bằng thép có sơn chịu nhiệt

– Nắp lò (Furnace lid) được nắp kín với nồi lò và thường có goăng chịu nhiệt để đảm bảo độ kín trong không gian nồi lò. Trên nắp lò được tích hợp nhiệt chi tiết như quạt khuấy đảo nhiệt (Cycle Fan), đồng hồ đo áp suất trong lò (Pressure meter), đầu khí vào và ra khỏi lò (Gas inlet and outlet port). Hệ thống làm mát nắp lò (Water Inlet port)

– Tủ điều khiển bao gồm phần điện điều khiển, can nhiệt và có thể tích hợp các đồng hồ đo lưu lượng khí.

Share0

Tweet

Share

Trong bài viết này chúng tôi sẽ trình bày chi tiết về khái niệm Ram thép trong nhiệt luyện và yêu cầu đồng đều nhiệt trong Ram thép hợp kim như SKD61 hay SKD11. THT đồng thời cũng cung cấp các lò Ram đảm đảm bảo các yêu cầu ram các mác này.

Tổng quan về ram thép và yêu cầu về đồng đều nhiệt trong lò ram

1. Khái niệm ram

Định nghĩa: Ram thép là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã tôi thành mactenxit lên đến các nhiệt độ thấp hơn A_c1, để thành mactenxit và austenit dư phân hóa thành thành các tổ chức có cơ tính phù hợp với điều kiện làm việc quy định [2].

Khi thép được tôi có tổ chức mactenxit có độ dẻo dai thấp. Trong quá trình ram, thường trong khoảng (160-650) ^oC, độ dẻo dai được tăng lên đáng kể [8] .

Trong quá trình Ram thép, đăc biệt thép cacbon và thép hợp kim cần lưu ý hiện tượng giòn ram.

1.2. Các yêu cầu cơ bản của lò ram

Sau khi tôi, tổ chức của thép là mactenxit, austenit dư và cácbit, tổ chức này nhất thiết phải ram. Mục đích của ram là chuyển biến tối đa austenit dư thành mactenxit và tiết một phần cacbit chịu mài mòn làm tăng độ bền và độ dai của vật liệu. Đối với thép SKD61, để duy trì tính chất chịu nhiệt cần phải có phản ứng tiết pha cácbit như Mo₂C. Quá trình này xảy ra khi ram ở nhiệt độ (500-600) ^oC, trong khoảng nhiệt độ này độ cứng rất nhạy cảm với nhiệt độ và thời gian ram. Chọn nhiệt độ ram thích hợp nên và thường dựa vào yêu cầu về độ cứng. Trong thực tế sản xuất, khách hàng cũng yêu cầu kiểm tra độ cứng sau ram phải nằm trong khoảng giới hạn hẹp, ví dụ các khuôn của HTMP yêu cầu độ cứng sau ram khoảng (48-50) HRC.  Trong nghiên cứu của nhóm tác giả Shu-Hung Yeh [4] đánh giá về thay đổi kích thước khi xử lý nhiệt thép SKD61 trong lò chân không cho biết về ảnh ảnh hưởng của nhiệt độ ram tới thành phần austenit dư trong thép như hình 1.  Tại nhiệt độ ram, hàm lượng austenite chuyển biến sẽ quyết định quan trọng tới cơ tính tổng hợp của vật liệu. Do đó cần đảm bảo độ đồng đều nhiệt cao trong lò ở giai đoạn này. Để đảm bảo hiệu quả cao khi ram,  yêu cầu lò ram phải có độ đồng đều nhiệt và ổn định nhiệt cao. Nhiệt độ phải đảm bảo đều nhiệt trong không gian buồm lò (đồng đều nhiệt), và ổn định theo thời gian (ổn định nhiệt).

Hình 1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ram tới thành phần austenit dư của thép SKD61

Mối quan hệ giữa độ cứng với nhiệt độ ram ở các nhiệt độ tôi khác nhau được thể hiện trong hình 2. Trong hình vẽ, độ cứng đạt giá trị lớn nhất khi ram trong khoảng nhiệt độ 500 ^oC.

Hình 2.Sự phụ thuộc của độ cứng vào nhiệt độ ram thép SKD61

Ngoài thông số về độ cứng thì độ độ dai va đập, cũng phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ ram. Ảnh hưởng của nhiệt độ ram tới độ cứng và độ dai va đập vào nhiệt độ ram như hình 1.3 dưới đây. Qua hình 3 có thể thấy, ở vùng độ cứng đạt giá trị lớn nhất thì độ dai va đập có giá trị bé nhất. Với thép SKD61 với thành phần Mo lớn (đến 1.3%) thì không xảy ra ra hiện tương giòn ram như một số mác thép khác ở trong khoảng nhiệt độ này. Nhưng nếu điều chỉnh nhiệt độ ở khoảng nhiệt độ trên 550 ^oC, sẽ có sự thỏa hiệp giữa độ cứng và độ dai va đập. Nhiệt độ ram cần ổn định và chính xác để tránh vùng giòn ram, và thu được cơ tính tổng hợp cao nhất. Do đó thực tế thép SKD61 được ram trong khoảng nhiệt (550-580) ^oC.

Hình 3. Quan hệ giữa độ cứng, độ dai va đập và nhiệt độ ram của thép H13 (SKD61)

Do sự thay đổi thành phần austenite sau tôi nên nhiệt độ có ảnh hưởng tới tới kích thước chi tiết như hình 4. Do đó cần lựa chọn, khống chế phù hợp để tránh hiện tượng giòn ram loại 2, tránh cong vênh, đảm bảo lượng dư theo quy định sau ram.

Hình 4. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới thay đổi thể tích khi ram của thép SKD61

Hiệp hội thép Bắc Mỹ khuyến cáo khi ram SKD61 nên ram ngay sau khi dừng tôi ở nhiệt độ khoảng (50^–70) ^oC, vì nếu làm nguội xuống nhiệt độ phòng trước khi ram thép có thể gây nứt vỡ [1].  Với các khuôn đúc nhôm, nên tiến hành ram 2÷3 lần. Lần đầu, ngay sau khi tôi xong và ram với nhiệt độ cao hơn nhiệt độ xuất hiện độ cứng thứ cấp khoảng 30 ^oC. Nhiệt độ ram lần 2 được xác định dựa vào yêu cầu về độ cứng cần đạt, đây là lần ram quan trọng nhất, nhiệt độ ram yêu cầu tính chính xác cao. Ram lần 3 chủ yếu để khử ứng suất và thường chọn nhiệt độ thấp  hơn  lần  2  khoảng (30-50) ^oC. Ram  lần 3 cũng chỉ nên tiến hành với những chi  tiết phức tạp, thường thì người ta chỉ ram 2 lần [5].

Có thể thấy nhiệt độ là một thông số rất nhạy, ảnh hưởng mạnh đến chất lượng sản phẩm sau khi ram. Dựa trên độ cứng sau khi tôi, độ cứng yêu cầu khi làm việc mà người ta quyết định nhiệt độ và quy trình ram chi tiết. Đặc biệt, với thép hợp kim cao SKD61 làm khuôn bền nóng thì nhiệt độ ram có vai trò quan trọng, quyết định khả năng mài mòn và yêu cầu bền nóng tốt. Nếu nhiệt độ ram khuôn không đồng đều thì khuôn dễ bị nứt hoặc ăn mòn cục bộ trong quá trình làm việc gây giảm tuổi thọ khuôn.

Để đảm bảo yêu cầu chính xác về thời gian giữ nhiệt độ ram, lò ram phải đảm bảo những yêu cầu chính như tốc độ nâng nhiệt, khả năng duy trì nhiệt độ đồng đều khi ram, và tốc độ làm nguội. Trong đó yêu cầu quan trọng và cơ bản nhất là lò phải đảm bảo độ đồng đều nhiệt sau khi đạt nhiệt (nhiệt độ ram thép).

a. Tốc độ nâng nhiệt

Khi nâng nhiệt môi trường lò đã đạt nhiệt độ ram, nhưng phải sau một khoảng thời gian, bề mặt và lõi mẫu khảo sát mới đạt được nhiệt độ khảo sát. Để xác định thời gian đạt nhiệt quy tắc thực nghiệm phổ biến là lấy thời gian từ 1÷2 giờ cho 1 inch (2.54 cm) được sử dụng, nhưng phương pháp này  không cho biết thời điểm bắt đầu tính thời gian, ví dụ tính từ lúc bắt đầu cho sản phẩm vào lò hay khi sản phẩm đã nóng. Trong nghiên cứu của tác giả K-E Thelning [8], đã chỉ ra mối quan hệ giữa thời gian nâng nhiệt, nhiệt độ lò, nhiệt độ bề mặt mẫu, nhiệt độ tâm đối với các mẫu có kích thước khác (hình 5 và 6).

Hình 5. . Thời gian nâng nhiệt cho các nhiệt độ ram khác nhau. Mẫu thép En 24 (40CrNi) có kích thước 50×100 mm

Hình 6. Thời gian nâng nhiệt cho các nhiệt độ ram khác nhau.  Mẫu thép En 24(40CrNi) có kích thước 150×300 mm

Với mẫu có kích thước nhỏ: 50×100 mm (hình 1.4), tại mọi nhiệt độ khảo sát, lõi luôn đạt được nhiệt độ của lò trong cùng một thời gian (khoảng 40 phút).  Kết quả cho thấy thời gian giữ nhiệt độc lập với nhiệt độ ram, bất kể thấp hay cao. Với mẫu có kích thước lớn hơn: 150×300 mm (hình 1.5), thời gian để bề mặt và tâm đạt nhiệt độ của lò kéo dài hơn và phụ thuộc vào nhiệt độ ram. Cụ thể ở nhiệt độ cao, nhiệt độ bề mặt và tâm dễ đạt đồng đều nhiệt hơn ở nhiệt độ thấp.

Như vậy, để ram thép đúng thì lò phải đảm bảo tốc độ nâng nhiệt đủ lớn khi ram những mẻ có khối lượng lớn nhưng không quá nhanh tránh gây ứng suất trong chi tiết. Đồng thời, tác giả nhận thấy vai trò đồng đều nhiệt của lò đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chính xác thời gian ram. Nếu nhiệt độ lò không ổn định, thì thời gian để đồng đều nhiệt độ của lõi và tâm rất khó xác định. Đặc biệt, trong trường hợp ram với khối lượng lớn, nhiều chi tiết trong thực tế sản xuất.

b. Thời gian giữ nhiệt

Trong quá trình ram mactenxit và austenit dư chuyển hóa thành các sản phẩm khác nhau. Đây là sự chuyển biến không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc vào yếu tố thời gian. Hollomon và Jaffe đã nghiên cứu mối quan hệ giữa nhiệt độ và thời gian và đưa ra công thức dưới đây, được dùng để tính thời gian giữ nhiệt:

P = T (k+ logt)                             (1.1)

Trong đó: T là nhiệt độ (^oC) và t là thời gian ram (s)

Hệ số k được công ty Botors đã thực hiện số lượng thí nghiệm sâu rộng và cho kết quả giá trị k=20 được sử dụng cho hầu hết các mác thép thông dụng [9]. Với thép SKD6, quan hệ giữa P và độ cứng được thể hiện như hình 7.

Hình 7. Mối quan hệ thông số ram P với độ cứng thép SKD61

Ảnh hưởng của thời gian tới độ cứng của thép SKD61 ở các nhiệt độ khác, giữ nhiệt từ 0.1 đến 100 giờ  như trong hình 8 dưới đây:

Hình 8. Đường cong ram của thép SKD61 (H13) với nhiệt độ khác nhau

Với nhiệt độ thấp hơn 450 ^oC, thời gian có ảnh hưởng không đáng kể tới độ cứng của thép. Nhưng ở nhiệt độ cao hơn, thời gian là một yếu tố quan trọng cần phải xem xét. Các thép dụng cụ bền nóng thể hiện sự giảm đột ngột độ cứng khi ram ở nhiệt độ trên dưới 600^oC, có nghĩa độ cứng của thép rất nhạy khi giữ nhiệt ở khoảng nhiệt độ này. Cụ thể độ cứng giảm rất nhanh khi tăng thời gian giữ nhiệt.

Có nhiều quan điểm và ý kiến về việc cần điều khiển thời gian giữ nhiệt và nhiệt độ khi ram thép. Ví dụ nên giữ nhiệt độ cao ở thời gian ngắn (1/2 giờ) hay giữ trong thời gian dài (10 giờ) nhưng ở nhiệt độ thấp hơn, hoặc theo thông thường giữ nhiệt ở 2 giờ sẽ được lựa chọn. Tác giả E.Totten [9] đã khuyến cáo nên căn cứ vào các chỉ tiêu cơ tính như giới hạn chảy, giới hạn bền, độ giãn dài, giới hạn va đập để lựa chọn thông số ram chính xác. Nhưng dù theo quan điểm nào, để đảm bảo ram thành công yêu cầu môi trường lò nung cần có nhiệt độ đồng đều cao (trong toàn bộ không gian làm việc và  trong suốt thời gian giữ nhiệt), từ đó mới xác định chính xác nhiệt độ và thời gian ram.

• Ngoài ra lò ram cũng cần phải đảm bảo tốc độ làm nguội, mà vai trò chủ yếu là quạt gió. Với thép hợp kim Cr, Mn, Cr-Ni Cr-Mn khi ram ở (500-600) ^oC có thể xảy ra giòn ram loại II nếu tốc độ làm nguội chậm. Đồng thời tốc độ làm nguội chậm cũng có thể ảnh hưởng đến độ cứng của chi tiết sau ram.

2. Tổng quan về quá trình truyền nhiệt trong lò điện trở

Hiện nay, trong công nghiệp các lò ram chủ yếu sử dụng lò điện trở. Lò điện trở làm việc dựa trên cơ sở khi có một dòng nhiệt chạy qua một dây dẫn hoặc vật dẫn thì ở đó sẽ tỏa ra một lượng nhiệt theo định luật Jun- Lenxo (công thức 1.1).

Trong đó:      Q- nhiệt lượng tỏa ra của dây điện trở, cal;

I – dòng điện đi qua dây điện trở, A;

R- điện trở của dây điện trở, Ω;

t- thời gian dòng điện chạy qua dây điện trở, s

Để tạo đồng đều nhiệt độ trong lò, thì lò phải có hệ thống sensor kết nối với bảng điều khiển. Để khi đạt nhiệt độ ram, có thể điều khiển dòng I sao cho nhiệt độ lò không đổi. Với khái niệm nhiệt độ của lò là nhiệt độ trung bình trong không gian làm việc của lò, thường thì nhỏ hơn nhiệt độ của nguồn nhiệt và lớn hơn nhiệt độ của tường lò, nóc lò [10-11].

Nhiệt độ của lò có thể thay đổi theo không gian làm việc của lò hoặc thay đổi theo thời gian. Sự thay đổi nhiệt độ của lò theo thời gian gọi là chế độ nhiệt luyện của lò.

T_lò  = f (t) . Với f là hàm số, t là thời gian.

Khi nhiệt độ lò ổn định (không thay đổi) theo thời gian có nghĩa là:

∂T/(∂t) =0 hay T = const

Khi nhiệt độ lò thay đổi theo thời gian, người ta gọi là chế độ nhiệt độ không ổn định. Ở chế độ nhiệt độ không ổn định có:

∂T/(∂t) ≠ 0 hay T  ≠ const

Lò ram khi nâng nhiệt thì lò hoạt động trong chế độ không ổn định, nhưng khi đạt nhiệt độ ram lò hoạt động trong chế độ nhiệt độ ổn định.

Về truyền nhiệt trong lò, trừ một số trường hợp (thường là các phương pháp tôi bề mặt) nhiệt sinh ra trong vật nung. Đa số vật nung được cung cấp nhiệt từ nguồn bên ngoài thông qua quá trình truyền nhiệt (trao đổi nhiệt). Đây là một quá trình phức tạp nhưng có thể phân thành ba dạng truyền nhiệt cơ bản là đối lưu, bức xạ và dẫn nhiệt [11].

Khi nhiệt độ lò nhỏ hơn 600^oC thì dạng trao đổi nhiệt chủ yếu là đối lưu. Do đó hầu hết trong các lò ram, quá trình truyền nhiệt xảy ra theo cơ chế đối lưu. Truyền nhiệt đối lưu là quá trình trao đổi nhiệt giữa các vùng thông qua sự chuyển động của chất lỏng hoặc chất khí. Như vậy, sự truyền nhiệt chỉ có thể xảy ra trong môi trường lỏng hoặc khí, luôn kèm với dẫn nhiệt vì bao giờ cũng có sự tiếp xúc của các phần tử chất lỏng hoặc khí có nhiệt khác nhau, song quá trình dẫn nhiệt là thứ yếu. Thực tế, quá trình trao đổi nhiệt giữa bề mặt chất rắn và chất lỏng hoặc khí chuyển động, quá trình này gọi tắt là tỏa nhiệt. Hệ số trao đổi nhiệt a [W/m²] do vậy gọi là tỏa nhiệt [11]. Quan hệ truyền nhiệt đối lưu (tỏa nhiệt) được biểu thị bằng biểu thức Newton như sau:

Trong đó:     q-mật độ dòng nhiệt, W/m²

                            T₁– nhiệt độ môi trường khí (lỏng), ^oC

T₂– nhiệt độ trên bề mặt rắn, ^oC

Biểu thức 1.3 có thể biết lại thành (dạng định luật Om):

Giá trị (1/ a) gọi là nhiệt trở ngoài của sự trao đổi với vật răn.

Ví dụ, để tính mật độ dòng nhiệt cho lò buồng trong đề tài của Viện công nghệ chúng tôi đã áp dụng công thức trong tài liệu Nguyễn Văn Hiển [11].  Với thông số quạt như bảng 1.1 dưới đây:

Bảng 1.1. Thông số chính quạt hút gió

Lưu ý: Đây là thông số quạt hiện nay đang sử dụng trong lò ram kiểu buồng của đề tài, và được sử dụng để thiết kế.

Từ vận tốc trong bảng 1.1, chúng tôi tính được vận tốc góc :

w  =18.84 (m/s)                                                            (1.5)

Lưu lượng gió do quạt sinh ra :

Q = w A= 18.84 2 3.14  0.2  = 0.95 (m³/s)

Như vậy, lưu lượng gió do quạt sinh ra đảm bảo tuần hoàn cho khí chuyển động trong thể tích buồng lò V = 0.6 m³/s. Ngoài ra, cũng tính được hệ số trao đổi nhiệt đối lưu :

• Tốc độ khí tiêu chuẩn: w₀  = 17.62 (m/s)
• Tra bảng với w₀ ˃ 4.65 m/s ta có C = 7.94 ( lấy trong trường hợp mẫu sau tiện)
• Từ đó ta có hệ số tra đổi nhiệt đối lưu của lò là a_đl = C. w₀⁷⁸ = 74.42 (W/m²K)

Như vậy mật độ dòng nhiệt trong lò tính theo công thức:

        q = a (T_lò-T_bm) = 74.42 (T_lò-T_bm) (W/m²)                                              (1.6)

Hệ số truyền nhiệt là cơ sở để kỹ sư nhiệt luyện có thể thiết kế quy trình ram đúng đắn cho lò (quá trình nung). Để tính thời gian nung cần căn cứ vào công suất của lò, kích thước chi tiết, hệ số sắp đặt…

Như vậy, với lò ram kiểu buồng trong đề tài, trao đổi nhiệt chủ yếu là đối lưu, dòng khí mang nhiệt và truyền cho vật nung. Quá trình truyền nhiệt do quạt hút, nên để đồng đều nhiệt trong buồng lò yêu cầu cần đồng đều về lưu lượng gió. Để đồng đều về lưu lượng gió, có thể tích toán thiết kế các kênh chia gió dựa vào lưu lượng quạt hút và kết cấu bên trong buồm lò theo phương pháp lý thuyết, ma sát đồng đều, phục hồi áp suất tĩnh [17]. Trong chuyên đề chúng tôi cũng đã có những tính toán chi tiết khi thiết kế khoảng cách giữa các khe hở (lỗ chia gió). Nhưng đây chỉ là những cơ sở để tham khảo vì kết cấu của buồm lò phức tạp hơn nhiều so với các giả thuyết của phương pháp, ngoài ra sự  đồng đều nhiệt trong lò còn phụ thuộc vào nhiều nhân tố khác. Mà quan trọng nhất là hệ thống cung cấp nhiệt trong lò, kết cấu cơ khí cụ thể từng lò. Trong quá trình thiết kế chúng tôi cũng nhận thấy quá trình đo đạc lưu lượng gió trong quá trình kiểm tra đồng đều nhiệt là không khả thi. Do đó ý tưởng thiết kế mang tính chất thực nghiệm, việc đồng đều tương đối lưu lượng gió sẽ được kiểm tra thông qua nhiệt độ tại các vùng khảo sát.

Khi đồng đều dòng nhiệt trong lò, xét nhiệt độ trung bình tại một vị trí trong lò ram ảnh hưởng bởi khe chia gió có thể biểu diễn bằng công thức thực nghiệm:

T_i = T₀ + α₁ (d_x1) + α₂ (d_x2) + α₃ (d_x3) + α₄ (d_x4) + α₅ (d_x5) + …+ α₁₂ (d_xn)              (1.7)

Trong đó:

–  T₀ là nhiệt độ của lò (nhiệt độ mục tiêu). Ví dụ điều chỉnh khe nhiệt độ mục tiêu lựa chọn T₀ = 400 ^oC. Lựa chọn nhiệt độ này để lò nhanh nguội hơn, tạo điều kiện cho thí nghiệm dịch chuyển tiếp theo. Và cũng nhiều quan điểm cho rằng đồng đều ở nhiệt độ thấp luôn khó hơn đồng đều ở nhiệt độ cao.

–  α_i (d_xi)  là hệ số thực nghiệm ảnh hưởng nhiệt độ của khe hở i (với một giá trị cố định) với nhiệt độ vị trí đang xét tại một thời điểm.

Như vậy, công việc điều chỉnh khe gió và đảm bảo đồng đều nhiệt ở một nhiệt độ mục tiêu chính là tìm một bộ số d_x1 đến  dx_1n thỏa mãn công thức (1.7) và (1.8).

3. Khảo sát lò giếng, lò buồng

Mục đích của công việc khảo sát lò giếng và lò buồm chủ yếu khảo sát hệ thống nhiệt trong lò. Từ kết quả khảo sát, chúng tôi sẽ có những căn cứ, ý tưởng để thiết kế cụm chia gió nhằm mục đích nâng cao độ đồng đều nhiệt cho lò ram.

3.1. Khảo sát lò giếng

Lò giếng nhiệt luyện là loại lò ở tư thế đứng, không gian làm việc thông thường có dạng hình trụ với đường kính và chiều cao (sâu) nhất định gọi chung là lò giếng. So với lò buồng, lò giếng chiếm ít mặt bằng hơn và năng suất cao hơn. Thông thường có các loại lò giếng điện trở và lò giếng khí đốt. Dùng lò giếng để nhiệt luyện các chi tiết dài như ống, trục, … sẽ giúp làm giảm cong vênh, nâng cao chất lượng sản phẩm.

Lò giếng có nhiều chủng loại: có múp hoặc không có múp; có môi trường bảo vệ hoặc không. Quá trình xếp dỡ sản phẩm vào và ra khỏi lò được thực hiện theo chiều thẳng đứng nhờ các cơ cấu cầu trục lắp liền với khung nhà xưởng hoặc xe cơ động có cần trục.

Hiện nay, trên cả nước việc sử dụng lò ram kiểu giếng khá rộng rãi, từ công suất nhỏ đến loại công suất lớn cho các mục đích tôi, ram, ủ, thấm khác nhau.

Hình 9.Lò ram giếng công nghiệp của Viện Công Nghệ, quạt khuấy trên đình lò

Hiện nay, lò giếng dây điện trở được sử dụng khá phổ biến, các dây điện trở được quấn xung quanh tường lò. Quạt có thể lắp ở trên nắp lò (hình 9), hoặc ở dưới đáy (hình 1.10), có tác dụng làm đồng đều nhiệt trong lò. Do cấu tạo như vậy nên lò giếng có độ đồng đều nhiệt trong không gian buồng lò khá cao. Trong hình 10 cũng mô tả chuyển động của dòng nhiệt bên trong lò.

Bên cạnh ưu điểm về độ đồng đều nhiệt, thì lò giếng lại khó có khả năng kết hợp (tương thích) với lò nhiệt luyện chân không. Sau khi chi tiết tôi trong lò nhiệt luyện chân không, muốn chuyển sang lò giếng phải đợi chi tiết nguội hẳn. Sau đó chuyển sang gá của lò giếng rất mất thời gian. Ngoài ra nếu chi tiết là các khuôn có kích thước lớn thì phương án sử dụng lò ram giếng cũng không khả thi.

Hình 10. Hình ảnh lò ram có quạt ở đáy (a) và mô phỏng chuyển động dòng nhiệt trong lò giếng (b)

Các xưởng nhiệt luyện truyền thống thường chọn lò ram kiểu giếng, vì năng suất cao, chất lượng đồng đều tốt. Nhưng khó và không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật khi ram những sản phẩm sau tôi chân không. Tuy nhiên, sự phân bố nhiệt trong lò giếng nhờ cấu tạo quạt, nồi lò là một gợi ý hay cho việc cải tiến lò ram kiểu buồng.

3.2. Khảo sát lò buồng

Lò buồng là lò vạn năng, có cấu trúc đơn giản nhất. Lò buồng có thể dùng cho sản xuất đơn chiếc và sản xuất hàng loạt. Khi cần nhiệt luyện nhiều chi tiết có hình dáng kích thước, vật liệu và chế độ nhiệt luyện khác nhau.

Lò buồng có vỏ lò hình chữ nhật được dựng lên nhờ các thép hình U, I và thép tấm cắt theo hình dáng thích hợp. Vỏ lò có thể được bọc kín, có thể không tùy theo yêu cầu độ kín của lò. Phương pháp gia công loại vỏ này chủ yếu là hàn và tán.

Hiện nay, ở nước ta chủ yếu sử dụng lò điện trở, các dây điện trở có thể bố trí ở các mặt bên trong trong buồng lò tùy vào thiết kế.

Trên thế giới, các lò buồng sử dụng để ram thép đều có hệ thống quạt khuấy để tuần hoàn khí trong lò, trừ trường hợp các lò thí nghiệm có không gian buồng lò nhỏ. Lò buồng trên thế giới cũng có kết cấu đa dạng về cách bố trí nguồn nhiệt và quạt khuấy trong lò. Việc lắp thêm quạt sẽ làm tăng độ đồng đều nhiệt độ trong lò, do không khí được khuấy đều hơn trong không gian làm việc. Tùy vào không gian làm việc, người ta có thể bố trí số lượng và vị trí của quạt. Quạt có thể bố trí trên đỉnh lò như hình 11, dưới đáy lò như hình 12 hay nằm ngang như hình 13.

Hình 11. Hình ảnh lò buồng và cấu tạo lò buồng kiểu quạt trên đỉnh lò

Hình 12. Hình ảnh lò tuần hoàn không khí cưỡng bức trong lò buồng kiểu quạt ở dưới đáy

Hình 13. Hình ảnh lò buồng và hệ thống tuần hoàn nhiệt với cấu tạo quạt nằm ngang

Cấu tạo và kết lò buồng trong hình 1.13 khá tương đồng với lò buồng hiện nay của Viện Công Nghệ. Luồng khí nóng trong lò được tuần hoàn nhờ quạt hút, có một điểm khác là nguồn nhiệt trong lò được bố trí cả trên đỉnh lò và hai bên tường lò. Trong cấu tạo lò buồng của chúng tôi, nguồn nhiệt được bố trí ở đáy lò và hai bên tường lò.

Ngoài những kết cấu lò buồng đơn giản như trên, hiện nay trên thế giới nhiều hãng sản xuất các loại lò buồng với kết cấu phức tạp hơn. Và có những nghiên cứu của các nhà khoa học nhằm tính toán mô phỏng chi tiết ảnh hưởng của dòng khí tới dòng nhiệt trong lò như nghiên cứu của nhóm tác giả PieterVerboven [13].

Hiện nay các hãng sản xuất lò trên thế giới đã thay đổi kết cấu, thiết kế chế tạo mới hệ thống nhiệt trong lò nhằm nâng cao độ đồng đều nhiệt trong lò. Với ý tưởng chủ yếu là bố trí hệ thống cung cấp nhiệt, hệ thống điều khiển dòng khí tuần hoàn trong lò nhằm đảm bảo quá trình trao đổi nhiệt đối lưu được tiến hành đồng đều bên trong không gian buồng lò.

Sau quá trình tìm hiểu thiết kế các lò buồng, hệ thống phân phối nhiệt trong lò, chúng tôi nhận thấy thiết kế của hãng Sain Mate [14] phù hợp với nghiên cứu này. Hình ảnh dòng khí nóng chuyển động trong lò được mô tả như hình 1.14 dưới đây. Trong thiết kế này có một bộ phận được tạo ra từ các tấm lỗ (Orifice plate) được chế tạo từ thép SUS 430, có tác dụng chia dòng khí chính. Bộ phận này có nhiệm vụ phân phối gió, từ đó có tác dụng đồng đều nhiệt độ trong lò. Kết cấu này đảm bảo lưu lượng gió được chia đồng đều hơn trong không gian lò. Tuy vậy, nhà sản xuất cũng không cho thiết kế và tính toán cụ thể với sản phẩm của họ.

Hình 14. Hình ảnh dòng khí nóng chuyển động trong lò ram kiểu buồng hãng Sain Mate

Hiện nay, tại Việt Nam, lò buồng thường chỉ sử dụng một quạt và được bố trí đối diện với cửa lò. Các lò ram này không có lồi lò bên trong và có kết cấu giống như hình 13. Lò ram cần cải tiến trong đề tài cũng là loại lò này.  Chúng tôi nhận thấy các nhà sản xuất vẫn chủ yếu sản xuất theo các thiết kế lò Nga, Tiệp cũ. Vấn đề độ đồng đều nhiệt, và kiểm tra độ đồng đều nhiệt trong các lò ram giếng, ram buồng chưa được chú trọng.

Lò chân không cũng có thể coi là một dạng lò buồng, có thêm hệ thống dẫn khí bảo vệ và hệ thống nước làm mát đảm bảo cho quá trình nâng, giữ và làm nguội được điều khiển chính xác. Có nhiều kiểu lò khác nhau, nhưng lò chân không truyền thống là kiểu đơn buồng như hình 15. Khi ram bằng lò chân không thì quạt đối lưu (convection fan) sẽ hoạt động. Với một lò chỉ dùng vào mục đích ram, thì không cần có quạt làm nguội (cooling fan) dùng cho tôi. Như vậy nếu chỉ xét buồng lò và một quạt đối lưu, thì lò chân không giống như một lò ram kiểu buồng.

Hình =15 . Hình ảnh cấu tạo lò chân không của Viện Công Nghệ

KẾT LUẬN:

• Ram là nguyên công quan trọng trong nhiệt luyện với mục đích làm giảm ứng suất và điều chỉnh cơ tính cho phù hợp với điều kiện làm việc cụ thể của chi tiết máy và dụng cụ.
• Trong khoảng nhiệt độ ram (400-600 ^oC), trao đổi nhiệt trong lò điện trở chủ yếu là dạng đối lưu. Việc đồng đều dòng khí trong lò đảm bảo đồng đều nhiệt cho lò ram.
• Thép chất lượng cao như SKD61, độ cứng và cơ tính nhạy cảm với nhiệt độ và thời gian giữ nhiệt. Do đó, yêu cầu đồng đều nhiệt độ trong buồng lò là yếu tố quan trọng để đảm bảo thành công của mẻ ram.
• Các lò giếng có độ đồng đều nhiệt khá cao nhưng không đảm bảo yêu cầu khi ram các chi tiết chuyển từ lò tôi chân không. Trong khi lò buồng hiện nay có độ đồng đều nhiệt chưa cao, cần nâng cấp để tăng độ đồng đều nhiệt.
• Độ đồng đều nhiệt trong lò được quyết định bởi vị trí bố trí nguồn nhiệt, quạt khuấy và kết cấu cơ khí trong buồng lò. Khảo sát hệ thống phân bố nhiệt trong lò của lò giếng và lò buồng cung cấp ý tưởng thiết kế hệ thống phân bố nhiệt trong lò ram bằng việc phân bố luồng khí nóng trong lò.
• Việc chế tạo cụm chia gió là cần thiết và nhằm mục đích nâng cao độ đồng đều nhiệt cho lò ram buồng là cần thiết và khả thi.

LIÊN HỆ MUA LÒ RAM: LÒ RAM ĐỒNG ĐỀU NHIỆT T-02

Tìm hiểu các dạng nhiệt luyện của thép:

• Khái niệm nhiệt luyện thép
• Quá trình Ủ thép

Share0

Tweet

Share

THT cung cấp dịch vụ nhiệt luyện và xử lý bề mặt chất lượng cao bước đầu đã khẳng định được uy tín với khách hàng. Ngoài ra chúng tôi đã chế tạo và cung cấp nhiều thiết bị nhiệt luyện như lò tôi, lò ram, ủ…nhiều năm nay. Chúng tôi hiểu rằng Nhiệt luyện là một mắt xích quan trọng trong quá trình chế tạo các chi tiết máy chất lượng cao như bánh răng, dụng cụ cắt, khuôn kim loại v.v. Chi phí nhiệt luyện chiếm khoảng 10 – 15% giá thành, nhưng lại nâng cao tuổi thọ lên nhiều lần so với chi tiết không nhiệt luyện. Do đó THT luôn không ngừng hoàn thiện dịch vụ và chất lượng để mang lại giá trị thực sự cho khách hàng  !

Liên hệ:

Hòm thư: nhietluyen.vn@gmail.com

Hotline: 0984892487

1.Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện

Những năm gần đây, lĩnh vực chế tạo phụ tùng, chi tiết máy được đầu tư phát triển nhằm mục tiêu hình thành ngành công nghiệp phụ trợ đủ mạnh để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường trong nước. THT có khởi đầu là các nhà khoa học và kỹ sư làm việc lâu năm trong các Viện nghiên cứu, công ty nhà nước làm về mảng Nhiệt luyện và cơ khí. Hiện nay chúng tôi đang từng bước hoàn thiện bộ máy để đáp ứng được nhu cầu của khách hàng. THT ngoài dịch vụ nhiệt luyện dầu, nhiệt luyện chân không, thấm C, thấm N và thấm C-N thì cũng cung cấp các thiết bị nhiệt luyện này.

THT làm chủ công nghệ nhiệt luyện gang, thép hợp kim cao: nhiệt luyện các loại tấm lót gang Cr cao, búa đập đá vôi từ thép Mn13, khuôn ép gạch, trục cán từ các mác thép Cr12, trục cán thép 40Cr, 40CrMo.

Một trong những điểm mạnh của chúng tôi là Công nghệ hóa nhiệt luyện gồm thấm C, C-N và thấm N thể khí đang được ứng dụng chế tạo các sản phẩm bánh răng, xích, bạc, trục, khuôn mẫu… Khác với đơn vị nhiệt luyện truyền thống, chất lượng sản phẩm của chúng tôi được kiểm soát chặt chẽ, đảm bảo độ cứng lõi, bề mặt của sản phẩm thấm. Ngoài ra chúng tôi cũng sẵn sàng thực hiện các thí nghiệm kiểm tra tổ chức, chiều dày lớp thấm …theo tiêu chuẩn quốc tế.

Thép và tính cất lớp thấm N:

Thép thấm C và chất lượng lớp thấm:

Thép dụng cụ:

Trong nhóm thép này hai mác H13 (tương dương SKD61) và D2 (tương đương SKD11) là hai mác thép nhiệt luyện cũng như thấm phổ biến nhất của chúng tôi. Chúng tôi đảm bảo nhiệt luyện chân không, thấm nitơ các mác này đảm bảo yêu cầu của khác hàng.

Thép không gỉ:

Một trong những điểm mạnh của chúng tôi là khả năng thấm N cho thép không gỉ. Thép không gỉ khó thấm vì luôn tồn tại một lớp màng oxit thụ động ngăn cản quá trình khuếch tán nguyên tử thấm vào bê trong.

2.Cung cấp thiết bị Nhiệt luyện

THT đảm nhận thiết kế và chế tạo các loại lò nhiệt luyện có hệ thống điều khiển kỹ thuật số. Các linh kiện điều khiển, đồng hồ can nhiệt, dây điện trở, dụng cụ đo kiểm, sensor, thép chịu nhiệt cao cấp được nhập từ nước ngoài, các phần còn lại đều được chế tạo trong nước nên giá thành hạ so với thiết bị nhập ngoại. Các tính năng kỹ thuật của thiết bị tương đương của Đài Loan, CH Séc, Nga, Trung Quốc. Các thiết bị thông dụng như lò thấm, lò ram, lò tôi, lò ủ đã được tiêu chuẩn hoá, có thể sản xuất ngay theo đơn đặt hang.

Dưới đây là một số thiết bị được THT thiết kế, chế tạo:

Lò giếng điện trở thấm C, C-N

Công dụng:  

– Thấm C, thấm N, thấm C-N thể khí

– Nhiệt luyện thể tích

Thông số kỹ thuật:

– Kích thước làm việc:

Ø350 ×600mm, Ø600 ×1100mm,

Ø800 ×1500mm

– Công suất: 35KW, 60KW, 90KW

– Nhiệt độ làm việc: max. 1000^oC

– Quạt cưỡng bức lưu thông khí trong lò

– Năng suất 1 mẻ: 250, 500, 750 kg

– Dây nung 20Cr80Ni, F9mm

– Nung qua biến thế 90V

Lò buồng điện trở nhiệt độ cao, có khí bảo vệ

Công dụng: Nhiệt kuyện thể tích (nung nóng trong môi trường bảo vệ)

– Kích thước làm việc: 800×500×350mm – Công suất: 35KW – Nhiệt độ làm việc: max. 1150oC – Năng suất: 350kg – Khí bảo vệ: Ar, N2 – Dây nung 20Cr80Ni, F9mm – Nung qua biến thế, bán dẫn điện áp thấp điều chỉnh vô cấp 0-380V.

Lò buồng điện trở nhiệt độ cao, đáy di động

Công dụng: – Nhiệt luyện thể tích gang thép hợp kim cao

Thông số kỹ thuật:
– Kích thước làm việc: 900×1200×1600mm

– Công suất: 120KW

– Nhiệt độ làm việc: max. 1150^oC

– Năng suất 1 mẻ: 1500kg

– Môi trường nung: Không khí

– Dây nung FeCrAl, F5mm

– Nung trực tiếp 380V

– Đáy di động

Lò Ram kiểu buồng đồng đều nhiệt cao:

Thông số kỹ thuật:
– Kích thước làm việc: 1080×800×700 mm

– Công suất: 60 KW

– Nhiệt độ làm việc: max. 700 ^oC

– Năng suất 1 mẻ: 500kg

– Môi trường nung: Không khí

– Dây nung 20Cr80Ni

“Tìm giải pháp công nghệ tối ưu để thỏa mãn yêu cầu của khách hàng”

Share0

Tweet

Share

Thép SKD61 (JIS-Nhật) hay còn gọi 40Cr5MoV (ISO), thép H13 (AISI-Mỹ), là loại thép chuyên dụng để chế tạo khuôn dập nóng, khuôn đúc. Loại thép này có mặt ngày một nhiều trên thị trường Việt Nam. Có nhiều nghiên cứu được công bố liên quan đến công nghệ nhiệt luyện và ứng dụng của loại thép này, tuy nhiên đa số là tiếng nước ngoài. Các nghiên cứu đều nhận định rằng công nghệ nhiệt luyện đóng vai trò quyết định đến tính chất vật liệu của loại thép này.

THT nhiệt luyện và xử lý bề mặt nhận nhiệt luyện chân không, dầu thép SKD61. Liên hệ : 0984892487

1. Giới thiệu về khuôn bền nóng

Gia công trong khuôn nóng (như đúc, rèn) là phương pháp gia công kim loại ở trạng thái nóng dùng để sản xuất hàng loạt. So với các phương pháp khác khi tính đến chi phí, thì chi phí khuôn đóng một vị trí rất quan trọng. Chính vì lý do đó, chất lượng và tuổi thọ của khuôn luôn là vấn đề cần quan tâm. Trong nhiều yếu tố quyết định đến chất lượng và tuổi thọ của khuôn, thì yếu tố tính chất vật liệu là rất quan trọng. Thép SKD61 được sử dụng khá rộng rãi để chế tạo khuôn vì những ưu điểm đã đề cập ở trên.

Cơ chế hỏng hỏng

Trong quá trình làm việc, khuôn hỏng do những nguyên nhân chủ yếu sau:

(1) Rạn, nứt do mỏi nhiệt,

(2) mòn cơ học và mòn hoá học,

(3) dính khuôn,

(4) vỡ khuôn.

Rạn, nứt do mỏi nhiệt sinh ra là do sự thanh đổi liên lục nhiệt độ trên bề mặt khuôn trong quá trình đúc gây nên ứng suất trên bề mặt. Sự oxy hoá cũng như chảy mỏi (creep) cũng đóng góp một phần quan trọng trong quá trình này. Rạn nứt mỏi nhiệt được nhìn thấy trên bề mặt khuôn như những vết rạn chân chim vì thế người ta còn gọi là rạn chân chim. Đây là cơ chế phá huỷ thường gặp nhất, để hạn chế sự phá huỷ này, trước khi làm việc, khuôn thường được nung sơ bộ. Với quá trình đúc nhôm, khuôn thường được nung sơ bộ với nhiệt độ 250^oC – 300^oC để làm giảm sốc nhiệt khi nhôm lỏng tiếp xúc với bề mặt khuôn và vì thế sẽ tăng tuổi thọ khuôn [6].

Mòn cơ học sinh ra do kim loại gia công tiếp xúc trực tiếp với bề mặt khuôn dưới tác dụng động (lực và chuyển động tương đối giữa khuôn và vật gia công). Ví dụ với khuôn đúc nhôm, áp lực trong quá trình điền đầy thường trong khoảng 20 – 70 MPa và tốc độ của kim loại lỏng khi tiếp xúc bề mặt khuôn vào khoảng 20-60m/s nên dể gây ra mòn [6]. Ngoài ra cũng cần một lực lớn để giữ khuôn luôn kín chặt, lực này phụ thuộc vào áp lực và diện tích bề mặt tiếp xúc của kim loại lỏng với khuôn.

Dính khuôn là do những phản ứng hoá học xảy ra giữa vật liệu làm khuôn và vật liệu gia công.

Vỡ khuôn sinh ra chủ yếu do quá sốc vì nhiệt hoặc do lực ép cơ học quá lớn, kết quả là khuôn bị phá vỡ hoàn toàn. Vì những lý do đó mà khuôn đúc đòi hỏi độ bền và độ dai cao ở nhiệt độ làm việc.

Tóm lại trong quá trình gia công nóng, khuôn chịu tác động của rất nhiều yếu tố, chủ yếu đó là sốc nhiệt, áp lực và sự mòn cơ học hoặc hoá học. Tất cả các cơ chế trên đều làm cho tuổi thọ của khuôn bị giảm và như thế sẽ phải tăng chí phí cho việc bảo dưỡng, duy trì hoặc sửa chữa khuôn, thậm chí phải loại bỏ khuôn hoặc loại bỏ những sản phẩm đã đúc, tóm lại là tăng chi phí sản xuất. Để hạn chế những chi phí tốn kém này khuôn phải đáp ứng được những yêu cầu đạt ra.

Ba đòi hỏi quan trọng nhất  đối với khuôn bền nóng là [10, 11, 14]: (1)Khả năng chống rạn nứt nóng, (2) độ bền ở nhiệt độ làm việc, (3) khả năng chịu mòn ở nhiệt độ làm việc.

Khả năng chống rạn nứt nóng tốt cho phép làm chậm lại hoặc chống lại sự hình thành các vết rạn trên mặt khuôn do sự thay đổi liên tục nhiệt độ trong quá trình khuôn làm việc. Khuôn thường làm việc trong điều kiện áp lực cao ở nhiệt độ cao nên cần thiết phải có độ bền cao ở nhiệt độ khuôn làm việc. Khả năng chịu mòn của khuôn phụ thuộc nhiều vào độ cứng, để khuôn ít mòn khi làm việc, yêu cầu độ cứng không giảm nhiều ở nhiệt độ làm việc.

2. Quy trình Nhiệt luyện

Trong nhiều yếu tố quyết định đến chất lượng và tuổi thọ của khuôn, thì yếu tố tính chất vật liệu là quan trọng nhất. Nói đến tính chất vật liệu là nói đến tổ chức tế vi và cơ tính của vật liệu đó. Cả hai tính chất, tổ chức tế vi và cơ tính của vật liệu, ngoài yếu tố đầu vào (mác vật liệu) thì phụ thuộc chủ yếu vào quá trình nhiệt luyện. Các công nghệ thường dùng để nhiệt luyện sản phẩm được chế tạo từ thép dụng cụ bền nóng là tôi, ram và hoá nhiệt luyện. Trong các công đoạn đó, tôi, ram khuôn thành phẩm là 2 công đoạn quan trọng nhất quyết định đến tuổi thọ và tính chất của khuôn, thực tế khi nói đến nhiệt luyện người ta cũng chỉ ám chỉ đến công đoạn tôi và ram.

Dưới đây chúng tôi sẽ đi sâu trình bày quá trình tôi và ram, phân tích các thông số của quá trình công nghệ này có ảnh hưởng như thế nào đến tính chất vật liệu của sản phẩm và để có được các tính chất vật liệu như ý muốn chúng ta phải thoả hiệp các điều kiện đó như thế nào

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

2.1. Nung nóng và tôi

Khuôn sau khi gia công hoàn chỉnh sẽ tiến hành nhiệt luyện. Đây là công đoạn cực kỳ quan trọng quyết định đến tính chất cuối cùng của sản phẩm. Khi nói đến nhiệt luyện, công đoạn khó khăn và phức tạp nhất là nung nóng và tôi (thường gọi là tôi).

Mỗi công đoạn của quá trình nhiệt luyện đều có ảnh hưởng đến chất lượng khuôn, vì vậy hiểu rõ từng công đoạn của quá trình này sẽ giúp chúng ta điều khiển được quá trình nhiệt luyện.

Quy trình công nghệ tổng quát để nhiệt luyện thép 40Cr5MoV được thể hiện trên hình 2-1 [12, 13, 14, 17,18, 19]

Thiết bị và môi trường nung

Trong quá trình nung tôi bề mặt của sản phẩm cần được bảo vệ để tránh thoát hoặc thấm C. Quá trình thấm C và thoát C bắt đầu xảy ra từ nhiệt độ khoảng trên 800^oC. Sự thấm hoặc thoát C sẽ dẫn đến hiện tượng bề mặt bị mềm, tạo ứng suất và gây nứt. Để tránh hiện tượng này, sản phẩm phải được nung trong môi trường trung tính, chân không.

Sản phẩm nhiệt luyện thường được nung bằng một trong các thiết bị sau:

• Lò chân không
• Lò muối nóng chảy
• Lò có múp kín khí được bảo vệ bằng khí trơ hoặc các chất có thể thu oxy trong lò (như than, phoi gang)
• Dùng giấy kim loại bọc kín bề mặt sản phẩm

Nung sơ bộ

Về mặt cấu trúc luyện kim, nung sơ bộ không có ý nghĩa gì, tuy nhiên nó có tác dụng hạn chế 2 loại ứng suất trong sản phẩm khi được tôi cứng. Loại thứ nhất, ứng suất do nhiệt, ứng suất này sinh ra do do thay đổi nhiệt độ, thay đổi càng đột ngột thì ứng suất này càng lớn. Loại thứ 2 sinh ra do biến đổi tổ chức khi thay đổi nhiệt độ (ví dụ từ ferit sang austenit). Nếu đồng thời sảy ra cả 2 ứng suất trên, thì ứng suất tổng sẽ rất lớn, có thể gây biến dạng thậm chí là nứt hoặc vỡ. Vì lý do đó, nung sơ bộ cần được quan tâm đúng mức.

Với thép khuôn dập nóng ví dụ như thép 40Cr5MoV, nên tiến hành 2 giai đoạn nung sơ bộ. Giai đoạn 1 giữ ở nhiệt độ khoảng 650^o – 700^oC với tốc độ nung không nên vược quá 220^oC /h, giai đoạn 2 là khoảng 810^oC – 870^oC. Tại 2 giai đoạn này, thời gian giữ nhiệt cần đủ để cân bằng nhiệt độ bề mặt và trong lõi (thời gian giữ nhiệt phụ thuộc vào chiều dày sản phẩm).

Nung đến nhiệt độ tôi và giử nhiệt để tôi

Nhiệt độ tôi và thời gian giữ nhiệt là 2 yếu tố quan trọng nhất của quá trình này, tuy nhiên nhiệt độ tôi đóng vai trò quan trọng hơn. Nhiệt độ và thời gian sẽ quyết định lượng carbide được hoà tan trong austenit và thành phần của nó. Sau khi được nung sơ bộ ở giai đoạn 2, nâng nhiệt đến nhiệt độ tôi càng nhanh càng tốt, tốc độ nung không nên nhỏ hơn 150^oC/h.

Nhiệt độ cao thì lượng carbide sẽ hoà tan nhiều hơn. Carbide được hoà tan sẽ làm giàu thêm C và các nguyên tố hợp kim cho austenit. Khi tôi lượng carbide này trong dung dịch sẽ có xu hướng kết tinh ở biên giới hạt làm giảm độ dẻo (toughness) của vật liệu. Trong trường hợp, nếu carbide không hoà tan được hoàn toàn và một lượng lớn carbide tồn tại dưới dạng các hạt tròn trong nền, và như thế sẽ không tạo thành lưới carbide xung quanh biên giới hạt. Carbide VC là bền vững nhất, phần lớn không bị hoà tan ở nhiệt độ tôi. Austenit được làm giàu C sẽ hình thành martensit giàu C và như thế sẽ tăng độ cứng và độ bền của sản phẩm. Tuy nhiên nếu nhiệt độ cao quá sẽ có hiện tượng thô hạt thậm chí chảy cục bộ rất nguy hiểm. Vì thế trong mọi trường hợp không nên để quá nhiệt để tránh sự thô hạt mà có thể dẫn đến nứt, nhiều austenits dư và kể cả biến dạng.

Nhiệt độ thấp, ngược lại, cho ta sản phẩm có độ dẻo cao hơn, tuy nhiên nếu thấp quá khi chưa hoà tan được carbide thì sẽ không nhận được sản phẩm có độ cứng cao để sau khi ram có được tính chất tốt hơn.

Với một mác vật liệu ứng với một thành phần nhất định nhà sản xuất sẽ đưa ra một nhiệt độ tôi hợp lý. Với loại vật liệu họ 40Cr5MoV thì nhiệt độ tôi được chọn trong khoảng 1020^oC -1050^oC. 

Nhiệt độ tôi đóng vai trò quan trọng nhất, rồi mới đến thời gian giữ nhiệt. Thời gian giữ nhiệt, ngoài yếu tố ảnh hưởng đến độ cứng và cơ tính, còn có nhiệm vụ làm đồng đều nhiệt độ hạn chế sự biến dạng trong quá trình làm nguội. Vùng nhiệt độ tôi của loại  thép này là tương đối cao nên hạt tinh thể lớn tương đối nhanh vì thế thời gian giữ nhiệt cần phải hạn chế, nên chọn thời gian ngắn nhất có thể.

Với nhiệt độ tôi trong khoảng 1020^oC -1050^oC, thời gian giữ nhiệt có thể các định như sau: t = (s + 39)/2 [28]

Trong đó t là thời gian giữ nhiệt (phút), s là chiều dày khuôn (mm)

 Môi trường tôi

Tôi là làm nguội sản phẩm từ nhiệt độ austenit hoá (nhiệt độ tôi) đến nhiệt độ chuyển biến martensit để chuyển austenit thành martensit. Tốc độ làm nguội, cũng giống như sự đồng đều nhiệt độ, có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc và tính chất cơ lý của sản phẩm. Trong trường hợp lý tưởng, quá trình tôi sẽ nhận được tổ chức martensite. Tổ chức này sau khi ram có thể cho ta sản phẩm có độ dai và độ chịu mài mòn tốt nhất. Để làm được điều này thì tốc độ làm nguội phải đủ lớn để tránh tạo ra tổ chức bainite, pearlite hay ferrite. Trong quá trình tôi, lõi sẽ được làm nguội chậm hơn và như thế khả năng không tạo thành martensite trong lõi là rất cao.

Giá trị độ dai va đập KV này là giá trị, mà theo NADCA, là giá trị trung bình bé nhất mà thép cần có được khi dùng để chế tạo khuôn đúc áp lực. Tất cả các mẫu này được nhiệt luyện để đạt cùng 1 mức độ cứng 44-46 HRC. Năm (5) quy trình công nghệ nhiệt luyện với tốc độ làm nguội khi tôi khác nhau, thấp nhất là không khí tĩnh và cao nhất là tôi trong dầu. Một số kết quả độ dai va đập KV ở nhiệt độ thường được ghi trong bảng 2-1[20].

2.2. Ram

Khi ram thép SKD61 cần lưu ý đồng đều nhiệt trong lò Ram

Sau khi tôi, tổ chức của thép là martensit, austenit dư và carbide, tổ chức này nhất thiết phải ram. Mục đích của ram là làm tăng độ bền và độ dai của vật liệu. Đối với thép H13, để duy trì tính chất chịu nhiệt cần phải có phản ứng tiết pha carbit như Mo₂C và VC. Quá trình này xảy ra khi ram ở nhiệt độ 500^oC – 650^oC [21, 30]. Chọn nhiệt độ ram thích hợp nên dựa vào yêu cầu về độ cứng.

Nên ram ngay sau khi dừng tôi ở nhiệt độ khoảng 50^oC – 70^oC, với các khuôn đúc nhôm, nên tiến hành ram 2-3 lần. Lần đầu ngay sau khi tôi xong và ram với nhiệt độ cao hơn nhiệt độ xuất hiện độ cứng thứ cấp khoảng 30^oC. Nhiệt độ ram lần 2 được xác định dựa vào yêu cầu về độ cứng cần đạt, đây là lần ram quan trọng nhất, đòi hỏi chính xác cao. Ram lần 3 chủ yếu để khử ứng suất và thường chọn nhiệt độ thấp hơn lần 2 khoảng 30^oC -50^oC. Ram lần 3 cũng chỉ nên tiến hành với những chi tiết cực kỳ phức tạp, thường thì người ta chỉ ram 2 lần.Trong mọi trường hợp tránh ram ở nhiệt độ có độ cứng thứ cấp 500^oC- 550^oC (tránh dòn ram).

Share4

Tweet

Share

Thành phần hóa học thép 1045 theo bảng 1 dưới đây:

Bảng 1. Thành phần hóa học thép 1045

Thép AISI 1045 được sử dụng để rèn, thường hóa, khử ứng suất, và chủ yếu sử dụng qua tôi và ram.

Nhiệt độ rèn trong khoảng 850°C – 1250°C (1562°F – 2282°F). Giữ nhiệt để đồng đều hóa sau đó làm nguội cùng lò.

Ủ – Nâng nhiệt tới 800°C – 850°C (1472°F – 1562°F). Giữ nhiệt để đồng đều hóa sau đó làm nguội cùng lò.

Thường hóa – Nâng nhiệt đến 870°C – 920°C (1598°F-1688°F). Giữ nhiệt khoảng 10 – 15 phút. Nguội ngoài không khí.

Khử ứng suất dư – Nung đến 550°C – 660°C (1022°F – 1220°F). Giữ nhiệt cho đồng đều. Nung 1 giờ trên 25mm chiều dày. Làm nguội tiếp tục trong không khí.

Tôi – Nung đến 820°C – 850°C (1508°F – 1562°F). Giữ nhiệt để đồng đều. Giữ  10 – 15 phút cho  25mm chiều dày. Tôi trong nước hoặc nước muối.

Ram – Nung nóng trở lại đến 400°C – 650°C (752°F – 1202°F). Giữ nhiệt đồng đều chi tiết. Thời gian được tính 1 giờ trên 25mm chiều dày của chi tiết. Làm nguội trong không khí.

So sánh độ cứng của thép 1045 và thép 4140 trong các trạng thái xử lý nhiệt theo đồ thị:

Share0

Tweet

Share

Giới thiệu về các phương pháp nhiệt luyện mới và hiện đại hiện nay như cơ nhiệt luyện, nhiệt luyện chu kỳ, nhiệt luyện mới như trong môi trường vật lý mạnh, điện trường, từ trường, trường siêu âm và chân không và tôi laser

Để phát huy hết tiềm lực của vật liệu kim loại, trong những năm gần đây người ta đã dùng nhiều phương pháp nhiệt luyện khác nhau. Những công nghệ nhiệt luyện này nhằm tăng hiệu quả của quá trình nhiệt luyện, rút ngắn thời gian nhưng lại nâng cao chất lượng của sản phẩm. Một số hình thức nhiệt luyện như:

– Cơ nhiệt luyện: Cơ nhiệt luyện là dạng nhiệt luyện kết hợp với biến dạng dẻo, nhưng không thể phối hợp tùy tiện giữa các nguyên công biến dạng, nung nóng và làm nguội. Nếu biến dạng dẻo xảy ra sau quá trình nhiệt luyện thì đó không phải là cơ nhiệt luyện mà là nhiệt luyện thông thường kết hợp với gia công áp lực.  Ví dụ cán nguội sau hóa già, có thể xảy ra biến cứng làm tăng các đặc tính bền nhưng không gây ảnh hưởng đến việc hình thành tổ chức khi chuyển biến pha.

Đồng thời biến dạng dẻo trước nhiệt luyện cũng không ảnh hưởng tới việc hình thành tổ chức cuối cùng, do vậy việc kết hợp này không gọi là cơ nhiệt luyện.

Quá  trình biến dạng dẻo và nhiệt luyện khi cơ nhiệt luyện có thể phối hợp  trong một nguyên công công nghê, nhưng có thể tiến hành trong các thời gian khác nhau. Điều quan trọng khi cơ nhiệt luyện là chuyển biến pha phải xảy ra trong điều kiện austenit có mật độ sai lệch mạng tinh thể cao mà các sai lệch này được tạo nên do biến dạng dẻo.

Dựa vào biến dạng dẻo người ta chia cơ nhiệt luyện thành cơ nhiệt luyện ở nhiệt độ thấp và cơ nhiệt luyện ở nhiệt độ cao. Khi cơ nhiệt luyện ở nhiệt độ thấp , biến dạng dẻo được thực hiện trong vùng austenit có tính ổn định cao, nhưng phải thấp hơn nhiệt độ kết tinh lại, sau đó làm nguội nhanh để chuyển biến mactenxit. Ngược lại cơ nhiệt luyện ở nhiệt độ cao xảy ra ở trong vùng austenit ổn định, sau đó tôi ra mactenxit. Sau khi cơ nhiệt luyện độ cao dung dịch rắn quá bão hòa có tổ chức chưa kết tinh lại, nghĩa là tổ chức chưa sai lệch mạng  tinh thể/ Việc tồn tại những siêu danh giới  trong austenit cũng làm tăng giới hạn bền và giới hạn chảy của kim loại.

– Nhiệt luyện chu kỳ: Nhiệt luyện chu kì là một trong những dạng nhiệt luyện mới nhằm nâng cao cơ tính của kim loại và hợp kim của nó. Dạng nhiệt luyện này khác với nhiệt luyện truyền thống ở chỗ không có thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ nung, đồng thời chuyển biến pha trong hợp kim xảy ra nhiều lần trong các chu kỳ nung nóng và làm nguội với tốc độ làm nguội thích hợp. Dùng các phương pháp nhiệt luyện thông thường có thể làm tăng các chỉ tiêu về độ bền nhưng lại làm giảm độ dẻo dai của kim loại. Nhiệt luyện chu kỳ tuy không có thời gian giữ nhiệt nhưng có thêm thông số mới là số lần nung nóng và làm nguội cần thiết (chu kỳ nhiệt).

– Nhiệt luyện khác: Ngoài cơ nhiệt luyện và nhiệt luyện chu kỳ, trong những năm gần đây còn có nhiều công nghệ nhiệt luyện mới như trong môi trường vật lý mạnh, điện trường, từ trường, trường siêu âm và chân không. Tuy nhiên kết quả nghiên cứu còn ít và phân tán.

Nếu làm nguội khi tôi hoặc ram tiến hành trong điện trường, từ trường sẽ làm cho chuyển biến mactenxit xảy ra dễ dàng hơn và số lượng austenit dư ít hơn, nhờ vậy mà độ cứng sau khi tôi đạt giá trị cao hơn. Kết quả nghiên cứu của một số công trình cho thấy rằng nhiệt luyện trong từ trường có thể làm tăng độ bền uấn của thép CrWMn lên 65%, của thép 80W18Cr4V tăng lên 35%. Nếu cơ nhiệt luyện xảy ra trong môi trường từ trường còn đem lại hiệu quả cao hơn.

Cho sóng siêu âm tác dụng vào môi trường tôi sẽ làm tăng khả năng làm nguội của môi trường do phá vỡ lớp màng hơi bám trên bề mặt chi tiết.

Người ta cũng nghiên cứu ảnh hưởng của siêu âm đến ảnh hưởng của tổ chức khi tôi và hóa già. Ram thép gió 75W9Cr4V2 và 80W18Cr4V trong trường siêu âm, độ cứng tăng lên rõ rệt; vì sóng siêu âm làm nhanh quá trình biến cứng phân tán, làm austenit dư phân hủy hoàn toàn hơn, nhờ vậy có thể rút ngắn thời gian ram thép gió. Khi hóa già, để làm ổn định kích thước của các chi tiết chính xác, song siêu âm có tác dụng tốt vì đảm bảo đạt được tổ chức ổn định kích thước cũng như rút ngắn.

Hóa nhiệt luyện trong môi trường siêu âm cũng tăng được chiều dày lớp khuếch tán, với cùng một thời gian có thể đạt được chiều sâu lớp thấm bằng hai lần lớn hơn khi hóa nhiệt luyện thông thường.

Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện trong lò chân sôi, trong chân không cũng được chú ý nghiên cứu

– Nhiệt luyện bằng dòng tia có năng lượng cao như tôi laser.   Tôi laser là dạng nhiệt luyện sử dụng năng lượng cao để tôi cục bộ chi tiết. Thép được nung rất nhanh sau đó làm nguội nhanh để xảy ra chuyển biến thành mactenxit. Ưu điểm của công nghệ tôi laser đầu tiên là giảm cong vênh và nứt vỡ bởi vì diện tích nung nóng rất nhỏ, diện tích này nhỏ hơn nhiều so với nhiệt luyện thể tích và tôi cảm ứng. Thứ hai, công nghệ này cho phép tôi cục bộ các chi tiết với hình dáng phức tạp mà các công nghệ khác không thực hiện được.

Cùng một mác thép sau tôi laser cho giới hạn chảy cao hơn 10-20% do với công nghệ nhiệt luyện truyền thống. Công nghệ tôi laser phù hơp cho các mác thép có thành phần cacbon từ 0,2% trở nên.

Share0

Tweet

Share

Để bảo vệ chi tiết và kết quả nhiệt luyện đúng như tính toán thì cần phải đảm bảo/hạn chế tối đa không xảy ra hiện tượng oxy hóa và thoát cacbon. Hiện nay trong công nghiệp sử dụng một số phương pháp để ngăn chặn hiện tượng này.

1. Nung nóng kim loại trong muối nóng chảy. Oxy hòa tan trong muối nóng chảy có thể khử một cách dễ dàng, vì thế mà nung trong muối nóng chảy đã khử oxy có thể coi là không xảy ra oxy hóa và thoát cacbon.
2. Chi tiết cần nung đựng trong hôp có phủ than gỗ. Lượng than bao quanh chi tiết phải đủ mới có tác dụng chống thoát cacbon, khi lượng than không đủ chỉ có tác dụng chống oxy hóa
3. Phủ lên chi tiết một chất bảo vệ, thí dụ hỗn hợp của các chất hữu cơ. Những hỗn hợp này phải thỏa mãn các yêu cầu như không có tác dụng hóa học với sắt, dễ làm sạch sau tôi và không độc
4. Nung nóng trong môi trường bảo vệ. Đây là biện pháp chống oxy hóa và thoát cacbon triệt để và có hiệu quả nhất, khi dùng môi trường bảo vệ đòi hỏi phải có những thiết bị đặc biệt. Môi trường khí bảo vệ: là môi trường các khí trơ như H2, H2, Ar

Tham khảo bài viết: Các dạng khuyết tật trong quá trình nhiệt luyện

Tài liệu tham khảo:

1. Phạm Thị Minh Phương, Tạ Văn Thất, Công nghệ nhiệt luyện
2. “ASM Handbook, Vol 04 – Heat Treating,” 1991
3. K.-E. Thelning, trong Steel and its Heat Treatment, 1984.

Share0

Tweet

Share

Quy trình nhiệt luyện theo nghĩa thông dụng nhất là quy trình nung tôi và ram thép, ngoài ra còn được sử dụng với quy trình ủ (thường hóa).  Một quy trình nhiệt luyện được xây dựng để nhiệt luyện một chi tiết chế tạo từ một mác thép cụ thể như X45, SKD61, SKD11..đạt độ cứng và cơ tính theo yêu cầu. Thông thường quá trình nung tôi và ram đều gồm có ba giai đoạn là nung thép, giữ nhiệt và làm nguội. Tuy nhiên với các mác thép chất lượng cao như thép dụng cụ, thép gió thì quy trình nhiệt luyện sẽ phức tạp hơn, bao gồm các nhiệt độ được phân cấp.

1.Những kiến thức cần thiết để xây dựng một quy trình nhiệt luyện

Thành phần nguyên tố và phân loại mác thép

Điều đầu tiên để xây dựng một quy trình nhiệt luyện là cần biết mác thép sử dụng chế tạo chi tiết cần để nhiệt luyện. Vì thông thường  thép cacbon, dụng cụ, thép gió …có các quy trình nhiệt luyện riêng. Nguyên nhân do hàm lượng cacbon và nguyên tố hợp kim trong các mác thép sẽ quyết định tới các thông số công nghệ nhiệt luyện. Ví dụ thép cacbon có hệ số dẫn nhiệt lớn do đó có thể nung nhanh và làm nguội trong môi trường có tốc độ nguội lớn như nước. Trái lại các thép hợp kim có hệ số dẫn nhiệt nhỏ do đó cần nung chậm và làm nguội trong môi trường có tốc độ tôi nhỏ hơn, ví dụ như dầu. Ngoài ra còn những yếu tố chuyên sâu hơn, như với các mác thép hợp kim cần nung phân cấp và giữ nhiệt trong khoảng thời gian dài hơn để đảm bảo quá trình hòa tan cacbon, cacbit.

Từ hiểu biết về thành phần hợp kim sẽ xây dựng được quy trình tôi ram phù hợp đáp ứng được đầu ra của quá trình nhiệt luyện. Ở Việt Nam hiện nay (năm 2021-2022) vẫn chủ yếu dừng lại ở độ cứng, và phần nào đó đó là độ cong vênh. Về nguyên nhân là do quá trình chuyển biến pha, ảnh hưởng của thành phần nguyên tố hợp kim sẽ quyết định tổ chức của thép sau tôi và ram. Từ tổ chức của vật liệu sẽ dự đoán cơ tính như độ cứng, độ dẻo dai…của thép sau quá trình nhiệt luyện.

Để tìm hiểu ảnh hưởng các nguyên tố hợp kim tới tính chất và quy trình nhiệt luyện thép bạn có thể tìm đọc bài viết: Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim

Những dạng nhiệt luyện cơ bản

Trong bài viết giới thiệu tổng quan về nhiệt luyện trước đó của chúng tôi, đã trình bày mục đích, phân loại của các dạng nhiệt luyện. Trong thực tế mục đích nhiệt luyện đến từ yêu cầu chế tạo mà quyết định dạng nhiệt luyện sử dụng. Ví dụ khi cần thép mền, dễ gia công thì nghĩ tới nhiệt luyện sơ bộ là Ủ thép. Trong khi đó từ yêu cầu về độ cứng, thông thường là độ cứng HRC mà quyết định chế độ ram thích hợp.

Có thể điểm tên một số dạng nhiệt luyện cơ bản gồm: Nhiệt luyện thể tích ( Ủ, thường hóa, tôi, ram), Hóa nhiệt luyện (Thấm cacbon, thấm Nito, thấm Bo..), Cơ nhiệt luyện…Tuy nhiên tỏng bài viết này chỉ đề cập xây dựng quy trình nhiệt luyện thể tích. Có nghĩa cho cả chi tiết vào lò nung (điện trở, chân không) sau đó tôi trong dầu, khí nén, nước.,..

 Những kiến thức cơ bản cần nắm được

Nghành nhiệt luyện là cả một nghành khoa học và giống như các nghành khác có những kiến thức phức tạp,riêng. Do đó với bạn đọc không nghiên cứu sâu về nghành này chỉ cần nắm được nguyên tắc quan trọng nhất trong nghành nhiệt luyện là ” Pha và sự biến đổi của pha sẽ quyết định đến tổ chức tế vi, từ đó quyết định tới cơ tính (độ cứng của vật liệu). Để hiểu được môi quan hệ này thì bạn (có thể là các bạn sinh viên) cần nắm được các kiến thức chính như:

• Giản đồ pha Fe-C:  Đây là giản đồ xây dựng ở trạng thái cân bằng mối quan hệ giữa sắt (Fe), Cacbon (C) và nhiệt độ. Giản đồ Fe-C gồm hai phần là sắt và gang. Đối tượng nhiệt luyện được hiểu là nhiệt luyện thép. Trong trang web này cũng đã trình bày bài về nhiệt luyện gang cầu hoặc gang crom cao, bạn có thể tham khảo. Để hiểu rõ hơn thì bạn có thể tìm đọc bài viết về giản đồ pha (click vào Giản đồ pha Fe-C). Tất cả sinh viên của nghành luyện kim nói chung và nghành nhiệt luyện nói riêng đều phải nắm được giản đồ này. Vai trò của giản đồ trong nghành nhiệt luyện có thể kể tới như xác định nhiệt độ ủ hoặc thường hóa với các thép cacbon. Và hiểu được quá trình chuyển hóa từ pha ferrit sang austenit trong quá trình nung tôi.
• Giản đồ T-T-T: Giản đồ này là viết tắt của ba chữ cái trong tiếng anh Temperature – Time – Tranformation. Từ thông dụng được một số sách của Việt Nam sử dụng là đường cong chữ C. Giản đồ này liên quan tới quá trình tôi, vì sau khi giữ nhiệt tổ chức của thép (cabon) gồm có austenit quá bão hòa, hoặc với thép hợp kim còn có thêm cácbit chưa hòa tan. Quá trình làm nguội với mục đích chuyển biến thành các tổ chức trung gian như Peclit, Bailit, Truxit..Nhưng tôi nhiệt luyện thức tế và hay sử dụng chỉ cần quan tâm tới chuyển biến mactenixt. Giản đồ T-T-T sẽ cho biết tốc độ tôi tới hạn của môi trường tôi mà thép xảy ra phản chuyển biến này. Từ đó lựa chọn môi trường tôi thích hợp. Trong thực tế, các nhà nhiệt luyện cũng chỉ dựa vào những kiến thức kinh nghiệm. Ví dụ mác thép cacbon thì tôi nước, thép SKD61 thì tôi dầu nóng. Nhưng thực tế để hiểu rõ và nâng cao năng lực, chất lượng nghành nhiệt luyện Việt Nam cần hiểu rõ và làm đúng quy trình tôi. Đảm bảo tốc độ làm nguội lớn hơn tốc độ tôi tới hạn. Trong thực tế công tác của tôi, nhiều đơn vị có lò tôi chân không hiện đại, nhưng khi tôi thép vẫn không chuẩn. Nguyên nhân họ làm theo kinh nghiệm, và khi thiết bị không còn ổn định hoặc mác thép mới. Họ không thể hiểu tại sao độ cứng không đạt chẳng hạn.

Kết hợp giản đồ pha và T-T-T sẽ giải thích được tổ chức của thép sau khi làm nguội với các tốc độ khác nhau như hình 1 dưới đây:

• Chuyển biến khi ram thép: Đối với những chuyên gia hoặc kỹ thuật có trình độ về nghành nhiệt luyện thì tôi thép không phải là khó. Vì mục đích của tôi chỉ là đạt được độ cứng tối đa (mỗi một mác thép sẽ có những độ cứng tối đa nhất định). Và thông thường đều đạt, còn quá trình ram mới là khâu cuối cùng quyết định chất lượng sản phẩm (độ cứng). Vì quá trình ram thép yêu cầu tính chính xác khi lựa chọn nhiệt độ, thời gian và lò ram. Đặc biệt với các mác thép dụng cụ chế tạo khuôn thì những yếu tố như đồng đều nhiệt trong lò ram cũng được tính đến. Về cơ bản sau khi tôi thép có tổ chức mactenxit rất cứng và giòn. Do đó để giảm ứng suất hoặc tăng độ dẻo dai, thép phải được ram ở các nhiệt độ thích hợp. Trong quá trình ram thép xảy ra chuyển biến mactenixit tôi thành mactenxit ram, hoặc quá trình austenit dư chuyển biến, tiết cacbit từ nền.
• Những khuyết tật khi nhiệt luyện: Trong quá trình nhiệt luyện thực tế cũng không thể tránh được những sai xót. Tuy nhiên người kỹ sư nhiệt luyện cần tránh những yếu tố đến từ thiếu hiểu biết. Có những khuyết tật có thê khắc phục như độ cứng không đạt, nhưng những khuyết tật như nứt vỡ hoặc cong vênh là những khuyết tật không thể khắc phục được.
• Thiết bị nhiệt luyện: Hiện nay thiết bị nhiệt luyện rất đa dạng. Với các loại lò nhiệt luyện như điện trở, lò muối, lò liên tục, lò chân không…Tuy nhiên hiểu biết về thiết bị là vo cùng cần thiết trong quá trình nhiệt luyện thép. Ví dụ với các thép cacbon cao hoặc hợp kim thì cần phải nung và giữ nhiệt trong môi trường bảo vệ. Với mục đích nhằm tránh quá trình thoát C hoặc oxy hóa. Có những chi tiết đơn giản cho dù chế tạo từ thép dụng cụ như SKD61 thì không nhất thiết phải nhiệt luyện chân không đắt tiền, mà có thể nhiệt luyện trong dầu nóng. Trong xây dựng quy trình nhiệt luyện, với mỗi lò nhiệt luyện (dây truyền nhiệt luyện) sẽ quyết định các thông số nhiệt luyện. Ví dụ, khi xây dựng lò tôi chân không thì môi trường tôi phải là khí nén, áp suất bao nhiêu bar. Hoặc với lò điện trở có giao động nhiệt lớn thì phải cho giao động nhiệt lớn hơn. Tuy nhiên tôi thấy thực tế vẫn chưa chú ý và quy chuẩn quá trình nhiệt luyện này.
• Những yếu tố khác: nhiều thông số khác như tốc độ nâng nhiệt, hệ số giãn nở nhiệt của thép, độ cong vênh…đều cần nắm được khi xây dựng. Ví dụ nhiều bản vẽ cơ khí yêu cầu cong vênh <2 zem nghĩa là thế nào? Và xác định ra sao. Nếu người kỹ sư hoặc công nhân nhiệt luyện không để ý thì mặc dù độ cứng đạt, nhưng vẫn không được chấp nhận.
• Dạng quy trình: Như đề cập ở trên quy trình nhiệt luyện có thể ở dạng đơn giản hoặc phân cấp. Cụ thể chúng tôi sẽ trình bày ở phần sau.

2. Xây dựng quy trình nhiệt luyện

Trong quá trình nhiệt luyện gồm ba giai đoạn:

Giai đoạn 1 – Nung nóng thép đến một nhiệt độ nhất định

Giai đoạn 2- Giữ nhiệt trong một khoảng thời gian xác định

Giai đoạn 3– Làm nguội/tôi

Để đạt được cơ tính mong muốn (độ cứng cao) thép phải được nung nóng đến nhiệt độ chuyển biến austenit, sau đó làm nguội thích hợp để thu được tổ chức mactenxit bão hòa cacbon và các nguyên tố hợp kim. Quá trình nung nóng và làm nguội chịu ảnh hưởng của hai yếu tố chính là nhiệt độ tôi, thời gian giữ nhiệt và môi trường tôi. Ngoài ra trong thực tế sản xuất yếu tố kích thước của chi tiết cũng là yếu tố rất quan trọng. Để xây dụng quy trình nung tôi cần xác định các thông số chính:

• Nhiệt độ austenit hóa (nhiệt độ tôi)
• Thời gian giữ nhiệt (thời gian austenit hóa)
• Môi trường tôi.

Sau khi tôi thép thông thường được ram nhằm đạt độ cứng mong muốn. Thông số chính của quá trình ram:

• Nhiệt độ ram
• Thời gian giữ nhiệt

Cảnh báo !: Trong một vài trường hợp khi Ram thép có thể xảy ra hiện tượng giòn Ram. Đây có thể được coi là một dạng sai hỏng trong quá trình nhiệt luyện. Có hai loại giòn ram loại 1 và loại hai.

Giòn ram loại 1: Xảy ra đồng thời thép cacbon và thép hợp kim thấp, khi làm nguội chậm từ nhiệt độ trên 575°C, và giữ nhiệt quá dài trong khoảng nhiệt độ 375 đến 575 °C. Giòn ram loại 1 có thể tránh được bằng cách làm nguội nhanh từ nhiệt độ 575°C

Giòn ram loại 2: Giòn ram loại 2 (Blue Brittleness ) xảy ra đối với thép cacbon và một số thép hợp kim khi ram thép trong khoảng 230 đến 370 °C. Loại giòn ram này không tránh được và nhạy cảm với các ứng dụng chịu va đập.

a.Xây dựng quy trình nhiệt thép cacbon

Với các mác thép cacbon như C45 thì quá trình nung tôi thông thường được thực hiện trong lò điện trở và theo một giai đoạn như giản đồ nung tôi hình 2. Với thép cacbon có hệ số dẫn nhiệt lớn, nên tốc độ nung nóng phụ thuộc vào số lượng (kg) của một mẻ (lần) nhiệt luyện. Với chi tiết có kích thước lớn thì cũng không nên nung quá nhanh.

Mối quan hệ giữa nhiệt độ austenit hóa (nhiệt độ tôi) với giản đồ pha được thể hiện như hình 3. Có thể xác định được nhiệt độ austenit hóa của thép cacbon, và từ đó xác định được nhiệt độ tôi qua công thức Ttoi = Ac3 + 30-50 °C với thép trước cùng tích và Toi = Ac1 + 30-50 °C với thép sau cùng tích.  Hoặc nhiệt độ này tra từ sổ tay nhiệt luyện, hoặc tài liệu từ nhà cung cấp thép.

Vật nung trong các môi trường nung khác nhau sẽ có định mức tính thời gian nung khác nhau. Ví dụ trong lò muối khi nhiệt độ làm việc 600 °C có thể tính định mức là 36s/mm chiều dày, ở nhiệt độ làm việc 750-850 °C có thể chọn 24 s/mm và khi làm việc trong điều kiện 1200-1300 °C có thể nung 12 s/mm. Tương tự trong lò điện trở ở nhiệt độ 600 °C có thể nung với tốc độ lên tới 240 s/mm. Nhưng đến khoảng 900-1000 °C thì tốc độ nung giảm xuống khoảng 50 s/mm.

Thời gian giữ nhiệt đơn giản nhất là tính theo công thức kinh nghiệm với thép cacbon có thể tính 1 phút cho 1 mm đường kính.

Tùy vào hình dáng chi tiết mà chọn môi trường tôi trong nước hay dầu hoặc tôi hai môi trường (tôi dầu sau phun sương).

Quá trình Ram thép sau tôi được thực hiện khi nung nóng thép trở lại nhiệt độ thấp hơn A1. Tốc độ làm nguội cần lưu ý để tránh hiện tượng giòn ram như đề cập ở trên. Mỗi một nhiệt độ, thời gian ram sẽ có độ cứng tùy thuộc vào mác thép. Khi tăng nhiệt độ ram thì độ cứng giảm, tuy nhiên độ dẻo dai có thể tăng. Do mactenxit tôi chuyển biến thành cấu trúc bao gồm xementit hình cầu và nền ferrit.

Để đạt độ cứng như thiết kế, thì yêu cầu tính toán chính xác thời gian ram. Thời gian ram ngắn sẽ không đạt hiệu quả đáng kể. Thông thường ram thép cacbon thực hiện trong khoảng 30 đến 2 giờ là hợp lý.

Cần phải ram ngay sau khi tôi. Nếu chi tiết sau tôi đã nguội đến nhiệt độ phòng có thể gây ra hiện tượng nứt vỡ. Thép cacbon và hầu hết thép hợp kim thấp cần được ram ngay xung quanh nhiệt độ 40-50 °C. Một điểm cần lưu ý là thép không được ram thép trước khoảng nhiệt độ này bởi vì một số thép có điểm bắt đầu chuyển biến mactenxit Mf khá thấp và austenit chưa chuyển biến có thể xảy ra. Một phận hoặc toàn bộ austenit chuyển biến thành mactenxit khi tôi (làm nguội) ở nhiệt độ ram cuối cùng sẽ bao gồm mactenxit ram và mactenxit không ram.

Bạn có thể tham khảo nhiệt luyện các mác thép cabon và hợp kim đơn giản trong trang web này. Ví dụ:

• Nhiệt luyện thép S50c
• Nhiệt luyện S55c
• Nhiệt luyện SCM440

b. Với thép hợp kim hoặc chi tiết có hình dáng phức tạp, lớn

Đối với thép hợp kim thì quy trình nhiệt luyện phải bao gồm nhiệt độ phân cấp và ram nhiều lần. Ví dụ về quy trình (giản đồ) nhiệt luyện của thép SKD61 được thể hiện như hình 4 dưới đây:

Tôi thép: Với thép hợp kim cao như SKD61, trong quá trình nung tôi bề mặt của sản phẩm cần được bảo vệ để tránh thoát hoặc thấm C. Quá trình thấm C và thoát C bắt đầu xảy ra từ nhiệt độ khoảng trên 800^oC. Sự thấm hoặc thoát C sẽ dẫn đến hiện tượng bề mặt bị mềm, tạo ứng suất và gây nứt. Để tránh hiện tượng này, sản phẩm phải được nung trong môi trường trung tính, chân không.

Như đã biết thép SKD61 có hệ số dẫn nhiệt và giãn nở nhiệt nhỏ, hệ số giãn nở nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ của thép. Khi nung, ứng suất nhiệt sinh ra do thay đổi nhiệt độ và ứng suất sinh ra do thay đổi tổ chức, khi tốc độ nung càng cao, ứng suất sinh ra càng lớn, khi đó chi tiết có thể bị biến dạng hoặc nứt vỡ. Vì thế trong quá trình nung nóng đến nhiệt độ tôi, tuỳ theo hình dáng sản phẩm, nên tiến hành 2 giai đoạn nung sơ bộ nhằm mục đích khử các ứng suất sinh ra trong quá trình gia công cơ khí. Giai đoạn 1 ở nhiệt độ khoảng 650– 700^oC với tốc độ nung không nên vược quá 220^oC/h, giai đoạn 2 là khoảng 810- 870^oC. Tại 2 giai đoạn này, thời gian giữ nhiệt cần đủ để cân bằng nhiệt độ bề mặt và trong lõi (thời gian giữ nhiệt phụ thuộc vào kích thước, chiều dày của chi tiết).

Austenit hóa là quá trình hoà tan đến mức độ cần thiết cacbon và các nguyên tố hợp kim để nền có khả năng cứng sau tôi nhưng không làm thô hạt và giòn. Ở nhiệt độ austenit hoá, cacbit được hoà tan và nền thì chuyển từ ferit sang austenit. Như vậy, C và các nguyên tố hợp kim từ cacbit có thể hoà tan được vào nền austenit, do khả năng hòa tan C và các nguyên tố hợp kim khác của austenit cao hơn nhiều so với ferit. Nhiệt độ Austenit thông dụng sử dụng cho thép SKD61 khoảng (1850-2050) F hay  (1010-1060) ^oC. Thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ autenit hóa khoảng 15-40 phút, với chi tiết dày hơn có thể kéo dài thời gian giữ nhiệt.

Khi tăng nhiệt độ austenit hóa, tất cả các mẫu đều có độ cứng tăng, nguyên nhân do cacbit được hòa tan vào nền austenit làm nâng cao độ cứng của mactenxit sau tôi. Với chi tiết có kích thước nhỏ dễ tôi thấu hơn, khi tăng kích thước mẫu lên 6 in (152,4 mm) và 12 in (304,8 mm) độ cứng mẫu bị giảm. Nguyên nhân do với môi trường tôi sử dụng, tốc độ làm nguội trên mẫu nhỏ cao hơn trên mẫu lớn sẽ trình bày phần sau.

Đối với thép SKD61, môi trường tôi thông dụng hiện nay là dầu và khí nén (trong lò tôi chân không). Khi tôi dầu, tốc độ làm nguội cao nên dễ dàng đạt được độ cứng tối đa và dễ dàng tôi thấu, độ cứng nhận được tương đối đồng đều kể cả chi tiết có kích thước lớn. Tuy nhiên khả năng cong vênh và biến dạng lớn, rủi ro sản phẩm bị biến dạng hoặc thậm chí nứt vỡ là rất cao. Khi tôi trong dầu cần đặc biệt lưu ý không nên để lâu trong dầu mà phải ram ngay khi nhiệt độ chi tiết còn khoảng 70^oC. Tôi bằng không khí (quạt, hoặc không khí tĩnh) rất khó đạt được độ cứng tối đa và đặc biệt là rất khó tôi thấu. Hơn nữa, quá trình làm nguội không được đều nên độ cứng không đồng đều và như thế cũng gây biến dạng lớn, mặc dù sự thay đổi kích thước tôi không khí thấp hơn so với tôi dầu.
Sau khi tôi, tổ chức của thép là mactenxit, austenit dư và cácbit, tổ chức này nhất thiết phải ram. Mục đích của ram là chuyển biến tối đa austenit dư thành mactenxit và tiết một phần cacbit chịu mài mòn làm tăng độ bền và độ dai của vật liệu. Đối với thép SKD61, để duy trì tính chất chịu nhiệt cần phải có phản ứng tiết pha cácbit như Mo₂C.

Ram thép: Quá trình này xảy ra khi ram ở nhiệt độ (550-600)^oC, trong khoảng nhiệt độ này độ cứng rất nhạy cảm với nhiệt độ và thời gian ram. Chọn nhiệt độ ram thích hợp nên và thường dựa vào yêu cầu về độ cứng. Trong thực tế sản xuất, khách hàng cũng yêu cầu kiểm tra độ cứng sau nhiệt luyện phải nằm trong khoảng sai số ±1HRC, ví dụ các khuôn rèn của Disoco yêu cầu độ cứng 44-46HRC, khuôn đúc áp lực của HTMP yêu cầu độ cứng 46-48 HRC.

Do sự thay đổi thành phần austenite sau tôi nên nhiệt độ có ảnh hưởng tới tới kích thước chi tiết.  Do đó, cần lựa chọn, khống chế nhiệt độ ram phù hợp để tránh hiện tượng giòn ram loại 2, tránh cong vênh, đảm bảo lượng dư theo thiết kế gia công sau nhiệt luyện.

Hiệp hội thép Bắc Mỹ khuyến cáo khi ram SKD61 nên ram ngay sau khi dừng tôi ở nhiệt độ khoảng (50-70)^oC, vì nếu làm nguội xuống nhiệt độ phòng trước khi ram thép có thể gây nứt vỡ. Với các khuôn đúc nhôm, nên tiến hành ram 2÷3 lần. Lần đầu, ngay sau khi tôi xong và ram với nhiệt độ cao hơn nhiệt độ xuất hiện độ cứng thứ cấp khoảng 30^oC. Nhiệt độ ram lần 2 được xác định dựa vào yêu cầu về độ cứng cần đạt, đây là lần ram quan trọng nhất, nhiệt độ ram yêu cầu tính chính xác cao. Ram lần 3 chủ yếu để khử ứng suất và thường chọn nhiệt độ thấp hơn lần 2 khoảng (30-50)^oC. Ram lần 3 cũng chỉ nên tiến hành với những chi tiết phức tạp, thường thì người ta chỉ ram 2 lần.

Bạn có thể tham khảo bài viết liên quan tới nhiệt luyện và quy trình các mác thép hợp kim cao, dụng cụ:

• Nhiệt luyện thép SKD61
• Nhiệt luyện thép SKD11
• Nhiệt luyện thép gió

Cảm ơn bạn đã theo dõi, xin vui lòng để lại bình luận hoặc gửi qua mail: nhietluyen.vn@gmail.com để chúng tôi hoàn thiện hơn. Xin trân thành cám ơn

Share0

Tweet

Share

Thép không gỉ Austenit là thép hợp kim của sắt, cacbon, crom và niken. Thép không gỉ Austenit có thể chia ra làm nhóm: nhóm thép không gỉ 300 và 200. Nhóm thép 300 có ít nhất 8% Niken trong khi đó nhóm thép 200 nguyên tố Niken đắt tiền được thay thế bằng nguyên tố rẻ tiền hơn là nito và mangan. Thép không gỉ Austenit có khả năng năng chống ăn mòn cao nhất do đó chúng thường được sử dụng trong những lĩnh vực của thép không gỉ. Chiếm trên 70% sản lượng thép không gỉ, với mác 304 là mác thép được ưu chuộng nhất trong các ứng dụng.

Đặc tính

Thép không gỉ austenit là thép mà trong tổ chức tế vi chỉ chứa một pha γ với mạng lập phương tâm mặt ở ngay nhiệt độ phòng do đây là loại thép có chứa lượng Cr và Ni rất cao (Cr: 16-25%; Ni: lên đến 35%). Ni là nguyên tố có khả năng mở rộng vùng γ rất mạnh. Ngoài ra, trong thành phần của thép này còn chứa các nguyên tố nhằm ổn định γ như C, N, Mn. Thép không gỉ austenit là thép không gỉ có tính chất tốt ở cả nhiệt độ cao và nhiệt độ thường. Do vùng γ được mở rộng nên để tăng độ cứng cho thép này không hóa bền bằng cách xử lý nhiệt. Với lượng cacbon như thép này có thể sẽ hình thành cacbit crôm ở ranh giới hạt trong quá trình gia công lạnh, đây có thể là điểm dễ gây ăn mòn vì trong thép này và điểm dễ ăn mòn nhất chính là ở biên giới hạt.

• Loại 300 thì mác thép tiêu chuẩn (cơ sở) phổ biến nhất là inox 304 với thành phần bao gồm 8%Niken và 18%Crom. Sự thay đổi các nguyên tố hợp kim khác sẽ dẫn đến thay đổi tính chất đầu ra của thép. Trong mác 302, có thành phần cacbon cao hơn, tăng độ bền nhưng giảm khả năng tạo hình của vật liệu. Để nâng cao khả năng chống ăn mòn, từ thành phần mác cơ bản 304 sẽ được hợp kim hóa thêm Molipđen (Mác 316 và mác 317).
• Loại thép 200 có thành phần niken thấp hơn như đã đề cập ban đầu. Bởi vì nguyên tố  Niken là nguyên tố đắt tiền, do đó hợp kim hóa với các nguyên tố như Nito và mangan sẽ giúp giảm giá thành của sản phẩm. Các nguyên tố mở rộng vùng austenit ngoài nito và mangan thì còn được hợp kim hóa với đồng. Nguyên tố phổ biến nhất được sử dụng là nitơ, nhưng việc hợp kim hóa với nito có thể gây ra các lỗ xốp và giảm độ dẻo. Nguyên nhân cho crom có thể tác dụng với nitơ để tạo crom nitrit.

Sự khác nhau giữa loại thép 300 và 200 Astenit ?

Thép 300 và 200 đều là thép không gỉ austenit. Sự khác biệt giữa chúng là ở tỷ lệ nguyên tố niken. Loại thép 300 thể hiện khả năng chống ăn mòn cao hơn bởi vì có thành phần niken cao hơn. Ngoài ra, loại thép 200 có độ dẻo thấp hơn so với các loại thép 200. Tuy nhiên, tăng hàm lượng nito là tăng khả năng chống va đập và độ bền. Quá trình gia công nguội có thể cải thiện độ cứng, khả năng chống ứng suất và độ bền cho thép.

Phạm vi ứng dụng

Thép không gỉ Austenit được ứng dụng trong phạm vi rộng, bao gồm:

• Chi tiết oto
• Kỹ thuật cơ khí
• Dụng cụ năng lượng
• Máy nông cụ
• Van
• Kỹ thuật nhà máy điện
• Dao kéo
• Dụng cụ nấu ăn

Cảm ơn bạn đã theo dõi. Liên kết với chúng tôi:

• Facebook: NhietluyenTHT
• Youtube: NhietluyenTHT
• Printerest: Nhiệt luyenTHT
• TWitter: Thanh51042753
• Instagram: nhietluyen.vn

Share0

Tweet

Share

Thép bền nóng (heat – resistant Steel) là họ thép có khả năng chịu tải lâu dài ở nhiệt độ trên 500 oC. Đây là họ thép sử dụng trong nồi hơi, tuabin khí, động cơ phản lực, tên lửa…Trong bài viết này chúng tôi sẽ trình bày về thép bền nóng và nhiệt luyện họ thép này

THT chuyên xử lý nhiệt cho thép bền nóng. Liên hệ : 0984892487

Bài viết liên quan:

– Thép và hợp kim chịu nhiệt

– Tổng hợp về vật liệu chịu nhiệt

1.Yêu cầu đối với thép làm việc ở nhiệt độ cao

So với nhiệt độ thường, khi làm việc ở nhiệt độ cao, thép có sự suy giảm rõ rệt cơ tính và tính chống ăn mòn.

Khi làm việc ở nhiệt độ cao, kim loại bị biến dạng dẻo chậm chạp theo thời gian gọi là dão. Đánh giá độ bền của thép làm việc của thép ở nhiệt độ cao bằng chỉ tiêu riêng gọi là giới hạn và độ bền dão. Độ bền dão ứng với ứng suất gây ra phá hủy dão sau một thời gian nhất định (ví dụ 1000h).

Nâng cao nhiệt độ cũng làm giảm tính bền hóa học do sự ăn mòn hóa học -oxy hóa thép trong khí chát khô. Sự tạo thành lớp vảy oxit và sự phát triển nhanh của nó sẽ làm giảm tiết diện chịu tải và làm giảm độ bền. Khi làm việc ở nhiệt độ lớn hơn 570 oC sự tạo thành vảy oxit trở nên đột ngột do cấu trúc chủ yếu FeO xốp, không có tính bảo vệ. Vì vậy cần hợp kim hóa thép bằng crom, molipden, silic để tạo nên các oxit tương ứng với cấu trúc xít chặt có tính bảo vệ cao, nhiệt độ làm việc càng cao lượng các nguyên tố hợp kim đặc biệt là crom càng phải cao. Xét trên khía cạnh này, các thép không gỉ cũng là thép bền nóng

Một trong những ứng dụng của thép bền nhiệt là chế tạo  xupap xả trong động cơ đốt trong. Xupap xả là chi tiết làm việc trong các điều kiện nặng nhất: tải trọng cao, chịu nhiệt độ cao 650-700 oC do khí chát thải ra và bị ăn mòn ở đuôi và cạnh vát khi va đập. Để chế tạo nó người ta dùng hai loại mác thép mactenxit và austenit với lượng cacbon khoảng 0,4-0,5% để đảm bảo tính chống mài mòn nhất định.

2. Thành phần và tính chất và nhiệt luyện thép bền nhiệt

Thép bền nhiệt theo tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Mỹ SAE: HNV-1 (0.5-0.6% C, 7.5-8.5%Cr, 0.2-0.6Mn, 1.25-1.75 Si, 0.6-0.9%Mo). NHV-3  (0.4-0.5% C, 8-9%Cr,0.2- 0.6Mn, 3-3.5% Si). EV-9 (0.35-0.5%C, 12-15%Cr, 1%Mn, 0.3-0.8%Si, 0.2-0.5%Mo, 12-15%Ni, 1.5-3%W).

Nhưng trong bài viết này chúng tôi sẽ trình bày theo tiêu chuẩn Nhật, hiện nay đang được dùng phổ biến ở Việt Nam. Vì đây là mác thép thường để chế tạo xupap do đó sẽ được phân loại theo loại xupap

2.1. Thép bền nhiệt chế tạo đầu nạp

Thành phần mác thép chế tạo van nạp theo bảng 1 dưới đây

Bảng 1.Thành phần thép bền nhiệt chế tạo van nạp theo tiêu chuẩn Nhật

Đây là các mác Thép chứa crom cao 8-11% và silic 2%, ngoài ra có thể thêm molipđen, đó là các nguyên tố vừa nâng cao tính chống ăn mòn hóa học (tạo lớp oxit Cr2O3 và SiO2 bền, xít chặt) vừa có tính chống ram tốt để không bị giảm độ bền, độ cứng khi làm việc ở nhiệt độ cao.

Thép chứa crom cao 8-11% và 2%Si, ngoài ra có thể thêm Molipden, đó là các nguyên tố vừa nâng cao tính chống ăn mòn hóa học (tạo lớp vảy oxit Cr2O3, SiO2 xit chặt) vừa có khả năng chống Ram tốt để không làm giảm độ bền, độ cứng khi làm việc ở nhiệt độ cao-tính cứng nóng. Các mác này theo tiêu chuẩn Hoa Kỳ là HNV-1 và HNV-3, tương đương mác thép theo tiêu chuẩn nhật bản là SUH-1 và SUH-3, đây là các mác thép tự tôi. Nhiệt luyện bao gồm tôi (1000-1100 oC) + ram (700-750 oC) với các lưu ý sau:

-Nhiệt độ ram cao hơn nhiệt độ làm việc, do đó khi làm việc cơ tính không bị xấu đi

-Mác théo HNV-1 (SUH1) bị giòn ram loại II khá mạnh, sau khi ram phải làm nguội trong nước

2.2.Thép bền nhiệt chế tạo van xả

Thép làm xupap phải có cacbon trung bình 0.35-0.5%, Crom cao và niken cao mở rộng vùng Austenit. Thé này có nhược điểm là độ cứng thấp HB 160-200 và không thể nâng cao bằng cách tôi, nên đầu mút xupap được thấm nito, cạnh vát được hàn đắp bằng stêlit (loại hợp kim cứng nấu chảy có 35%Cr, 1-2%C, còn lại Co)

Tài liệu Tham khảo:

1.Vật liệu học Nghiên Hùng -Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 2002

2.http://www.tohokusteel.com/en/business/product/specialsteel/specialsteel_04.html

Share0

Tweet

Share

Bên cạnh những loại thép thông thường làm việc trong điều kiện nhiệt độ không cao. Thì còn có các loại thép làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao. Đòi hỏi thép phải có độ bền nhiệt và các đặc tính phù hợp. Trong bài viết này chúng tôi sẽ trình bày nhóm thép đặc biệt này

1.Thép chế tạo tuabin, nồi hơi

Hiện nay các nồi hơi của các nhà máy nhiệt điện thường hoạt động với các thông số: nhiệt độ hơi nước 540⁰C với áp suất 250at hoặc nhiệt độ 560⁰C với áp suất 160at. Sự hạn chế này không phải do kỹ thuật mà do không có thép bền nóng tương đối rẻ để nồi hơi có thể làm việc lâu dài (hơn 100000h) ở nhiệt độ và áp suất cao hơn.

Về công dụng, các thép này chia làm hai nhóm: nhóm thép nồi hơi và thép bắt chặt.

Nhóm thép nồi hơi: Với nồi hơi áp suất tring bình và thấp (dưới 60at) với nhiệt độ làm việc không vượt quá 450⁰C có thể dùng thép cacbon thấp CT34, CT38, C15, C20. Các ống quá nung hơi, ống dẫn hơi làm việc ở nhiệt độ cao hơn 540⁰C phải dùng thép hợp kim cacbon thấp loại peclit như 12CrMo, 12CrMoV. Đuôi cánh tuốc bin hơi làm việc ở (540-560)⁰C phải dùng thép hợp kim cao hơn như mactenxit, như 15Cr12WniMoV. 12Cr1315Cr11MoV. Các nồi hơi áp suất phải dùng thép austenit như 9Cr14Ni19W2NbB.

Nhóm thép bắt chặt: Loại thép này dùng để làm các chi tiết bắt chặt thiết bị nồi hơi tuoocbin như bulong, vít cấy… chúng có tác dụng làm kín mặt bích. Yêu cầu cơ bản là có giới hạn chảy cao. Thường dùng các mác sau: 30CrMo, 35CrNi3MoA, 38CrMoAlA, 25Cr2MoVA, 40CrNi2MoA

2. Thép xupap xả

Trong các động cơ đốt trong, xupap xả là chi tiết làm việc trong các điều kiện nặng nhất: chịu tải trọng cao, chịu nhiệt độ cao tới 650-700⁰C, bị ăn mòn và mài mòn trong sản phẩm cháy.

Để chế tạo các xupap xả cho các động cơ oto máy kéo loại nhỏ và vừa, thường dùng thép Cr-Si như các số hiệu 40Cr9Si2, 40Cr10Si2Mo.

Để chế tạo xupap xả cho các động cơ công suất lớn hơn có thể dùng mác 30Cr13Ni7Si2 và tốt nhất là dùng thép bền nóng austenit với mác 45Cr14Ni14W2Mo do độ cứng thấp nên thép phải thấm N cạnh vát xupap được đắp bằng hợp kim stelit.

Xupap nạp có nhiệt độ làm việc không cao nên có thể chế tạo bằng thép 40CrNi

3.  Một số hợp kim chịu nhiệt trên cơ sở không phải nền Fe

+ Hợp kim Nicrom là hợp kim Ni – Cr:    Cr20Ni80 …

+ Nimonic là hợp kim 4 nguyên Ni-Cr-Ti-Al

Tổ chức: nền dung dịch rắn của Cr trong Ni

Pha phân tán: pha liên kết loại  Cr – Ni chịu được nhiệt độ rất cao biến dạng 300⁰C, r lớn dùng làm dây đốt cho các lò nung kim loại Q = I²Rt

Nhược điểm: Sau một thời gian làm việc bị dòn, không chịu được tải trọng va đập.

+ Hợp kim Co: chủ yếu là Co có hợp kim hoà tan bởi Ni, Cr, t⁰ làm việc ~ 1400⁰C  không ổn định hình dáng khi làm việc.

+ Hợp kim Mo

+ Hợp kim W hoặc W nguyên chất: có t⁰ làm việc cao nhất

+ Vật liệu chịu nhiệt phi kim loại

Dùng dưới dạng SiC có r lớn, T⁰ làm việc ~ 1300⁰C dùng làm các thanh đốt cho lò nung kim loại công suất lớn.

Có thể bạn quan tâm: Nhiệt luyện thép bền nóng

Share0

Tweet

Share

Thép SCM440 là thép cacbon trung bình hệ hợp kim crom và molipđen. Thép được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo các chi tiết cơ khí như bánh răng, trục nhỏ, bulog…Thép được sử dụng sau nhiệt luyện do đó hiểu được nhiệt luyện thép SCM440 là điều rất quan trọng để ứng dụng mác thép này.

Thép SCM440 hay (AISI 4140) thông thường được nung nóng đến 845°C (1550°F) sau đó tôi trong dầu. Trước khi tôi, nên thương hóa thép ở 913°C (1675°F) trong thời gian dài sau, sau đó làm nguội trong không khí. Nhưng đây là những khuyến cao thông thường, và để thực sự nhiệt luyện tốt mác thép này. Bạn nên tham khảo hoặc thuê chuyên gia chuyển giao công nghệ. Chúng tôi có đội ngũ chuyên gia chuyển giao các công nghệ nhiệt luyện và xử lý bề mặt. Liên hệ: 0984892487

Câu hỏi:

Trong quá trình tư vấn cho khách hàng, chúng tôi đã tổng hợp các câu hỏi liên quan. Và nhận thấy có hai Câu hỏi về nhiệt luyện thép SCM420 (thép 4140). Thứ nhất là sự khác nhau giữa thép SCM420 (4130) và SCM440 (4140/4142) ? Nhiệt luyện thép SCM440 ? Tôi cần tôi thép SCM440 đạt độ cứng trong khoảng 25-32 HRC.

Trả lời: 

Đây là một vài thông tin về loại thép này có thể nó sẽ hữu ích cho bạn. Đồn thời bạn nên cân nhắc xem lại tài liệu tham khảo trước khi có nhiều thông tin hơn về những loại vật liệu này.
Thép SCM420 (4130) là thép với thành phần cacbon trung bình trên danh nghĩa là 0,3% và hợp kim hóa vói crom và molipđen. Bởi vì nó có thành phần cacbon của nó là 0,3% nên khi tôi nước đạt độ cứng tối đa chỉ 48 HRC.

Ngược lại, thép SCM440 hay 4140 là thép có phần trăm cao hơn chiếm 0,4% thường tôi trong dầu và độ cứng sau tôi khoannr 54-59 HRC, phụ thuộc vào thành phần chính xác của cacbon.

Kết quả nhiệt luyện (độ cứng, tổ chức tế vi và tính chất) phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần hóa học chính xác, chiều dày của kích thước và phương pháp xử lý nhiệt.

Đối với thép SCM 420  (4140) nên austenit hóa thép ở nhiệt độ khoảng 870°C (1600°F ), sau đó tôi trong nước. Tôi nước với tốc độ làm nguội lớn hơn sẽ giúp thép đạt độ cứng cao hơn tôi dầu. Tham khảo: đường cong TTT (đường cong chữ C) để có thể hiểu yêu cầu tốc độ làm nguội..Ram thép (nâng nhiệt trở lại sau tôi) sẽ đạt đọ cứng mong muốn.  Từ thực nghiệm tôi của chúng tôi khi tôi nước với trụ có đường kính khoảng 12 cm (1/2 in) thì sẽ Ram ở nhiệt độ 550-650°C để đạt độ cứng khoảng  25-32 HRC. Tôi khuyến cao nên ram ở nhiệt độ thấp, kiểm tra độ cứng sau ram và ram lại nếu độ cứng vẫn cao.

Đối với thép SCM440 (4140), nên nâng nhiệt đến nhiệt độ austenit hóa thông thường ở 855°C ( 1570°F) sau ddoss tôi trong dầu. Ram thép (nung nóng lại) để đạt độ cứng theo yêu cầu. Với dữ liệu tôi dầu của chúng tôi, chi tiết trụ có đường kính 12 cm (1/2 in) sau ram sẽ đạt độ cứng khoảng 25-32 HRC. Một lần nữa, tôi khuyến cáo nên ram ở nhiệt độ thấp kiểm tra độc cứng và ram lại nếu cần thiết.

Bạn có câu hỏi nào liên quan tới nhiệt luyện mác SCM440 hay SCM420 xin để lại dưới phần bình luận !

Share0

Tweet

Share

Trong bài viết này sẽ trình bày về những kiến thức liên quan tới nhip oto. Đặc biệt lựa chọn và nhiệt luyện thép chế tạo nhíp oto. Bạn có thể quan tâm tới: nhiệt luyện thép lò xo

Liên hệ nhiệt luyện nhip oto: 0984892487 hoặc để lại bình luận dưới bài viết. Hotmail: nhietluyen.vn@gmail.com

1. Giới thiệu về nhip oto

– Toàn bộ tải trọng phần trên của xe được đặt lên khung nhờ các nhíp này.

– Nhờ có tính đàn hồi tốt nên giảm được chấn động lên phần trên của xe nhất là khi đi trên đoạn đường gồ ghề .

– Trong điều kiện làm việc nhíp chịu ứng suất nén và kéo thay đổi theo chu kì .

-Chịu tải trọng tĩnh của xe và chịu va đập mạnh nhưng không cho phép biến dạng dẻo

3. Yêu cầu về cơ tính nhip oto

Nếu không khống chế sự dao động của lò xo, nó không những làm cho xe chạy không êm mà còn có thể ảnh hưởng đến sự ổn định hoạt động. Để ngăn ngừa hiện tượng này cần phải sử dụng bộ giảm chấn

-Giới hạn đàn hồi cao.

-Độ dẻo , độ dai thấp dể không xảy ra biến dạng dư trong quá trình làm việc,nhưng nếu quá thấp thì chi tiết dễ bị phá hỏng do quá giòn.

– Giới hạn mỏi phải cao để thích ứng với điều kiện làm việc có tải trọng thay đổi theo chu kỳ

– Độ cứng đạt khoảng (40-50) HRC tùy loại

4. Lựa chọn mác thép chế tạo nhip oto

   Mác thép sử dụng chế tạo nhíp là thép đàn hồi tuân theo tiêu chuẩn TCVN 1767-75 .Tiêu chuẩn này áp dụng cho thép đàn hồi cán nóng dưới dạng thanh tròn, vuông, định hình và băng. Về thành phần hóa học, tiêu chuẩn này cũng áp dụng cho thỏi đúc, phôi tấm, phôi cán thô, băng và dây.  Mác thép và thành phần hóa học của thép khi phân tích mẫu ở thùng rót phải đáp ứng các chỉ tiêu ghi trong bảng 1.

Bảng 1 Thành phần mác thép đàn hồi theo TCVN 1767-75

Nhóm thép	Mác thép	Thành phần hóc học
		cacbon	silic	mangan	crôm	vanadi	vonfram	Niken	bo
Thép cacbon	C65	0,62 – 0,70	0,17 – 0,37	0,50 – 0,80	≥ 0,25	–	–	–	–
	C70	0,67 – 0,75	0,17 – 0,37
	C75	0,72 – 0,80	0,17 – 0,37
	C85	0,82 – 0,90	0,17 – 0,37
Thép mangan	60Mn	0,57 – 0,65	0,17 – 0,37	0,70-1,00	≥ 0,25	–	–	–	–
	65Mn	0,62 – 0,70		0,90-1,20
	70Mn	0,67 – 0,75		0,90-1,20
	55MnSi	0,52 – 0,60	0,50 – 0,80	0,60-0,90	≥ 0,30
Thép silic	50Si2	0,47 – 0,55	1,50 – 2,00	0,60-0,90	≥ 0,30	–	–	–	–
	55Si2	0,52 – 0,60
	55Si2A	0,53 – 0,58
	60Si2	0,57 – 0,65
	60Si2A	0,58 – 0,63	1,60- 2,00
	70Si3A	0,66 – 0,74	2,40-2,80
Thép crôman	50CrMnA	0,46 – 0,54	0,17-0,37	0,70-1,00	0,90-1,20
	50CrMnA	0,47 – 0,52		0,80-1,00	0,95-1,20
	55CrMnB	0,52 – 0,60		0,90-1,20	0,90-1,20	0,01-0,03
Thép crôva	50CrVA	0,46 – 0,54	0,17-0,37	0,50-0,80	0,80-1,10	0,10-0,20	–	–	–
Thép crômanva	50CrMnVA	0,48-0,55	0,17-0,37	0,80-1,00	0,95-1,20	0,15-0,25	–	–	–
Thép sicrôva	60Si2CrVA	0,56-0,64	1,40-1,80	0,40-0,70	0,90-1,20	0,10-0,20	–	–	–
Thép crôsi	60Si2CrA	0,56-0,64	1,40-1,80	0,40-0,70	0,70-1,00	–	–	–	–
	50CrSiA	0,45-0,55	0,80-1,20	0,30-0,50	0,90-1,20	–	–	–	–
Thép sivôn	65Si2WA	0,61-0,69	1,50-2,00	0,70-1,00	³0,30	–	0,80-1,20	–	–
Thép nisi	60Si2Ni2A	0,56-0,64	1,40-1,80	0,40-0,70	³0,30	–	–	1,40-0,70	–
Thép siman	60SiMnA	0,56-0,64	1,30-1,80	0,80-1,00	³0,30	–	–	–	–
Thép sicrô	70Si2CrA	0,65-0,75	0,40-1,70	0,40-0,60	0,20-0,40	–	–	–	–

Chú thích:
– Trong tất cả các mác thép, hàm lượng đồng dư không được vượt quá 0,20%; hàm lượng niken dư không được vượt quá 0,25%.
– Khi sản xuất thép theo phương pháp sắt vụn, hàm lượng đồng và niken dư không được phép lớn hơn 0,30% mỗi nguyên tố.
Trong đó các mác hay sử dụng là: 55Si2; 60Si2; 50CrMnA; 50CrMnVA 

5. Chế độ nhiệt luyện mác thép tiêu biểu chế tạo nhíp oto

-Mác thép 60Si2 có nhiệt độ tôi khoảng (840-870) oC, môi trường tôi trong dầu. Ram ở (400-500) oC đạt độ cứng (40-48) HRC. Khi tôi nhíp bằng thép 60 C2 phải đặc biệt chú ý chống thoát cacbon, vì như đã biết, trong thép có silic là nguyên tố thúc đẩy quá trình thoát cacbon. Để khắc phục hiện tượng này, sử dụng khí bảo vệ khi nung. 

-Quá trình tôi các thành nhíp ôtô bao giờ cũng đi kèm quá trình uấn cong chúng tới hình dạng và kích thước xác định. Sau khi đã đạt tới nhiệt độ tôi, các lá thép được ép vào gá định hình rồi nhúng vào bể dầu để làm nguội với tốc độ lớn để toàn bộ tiết diện lá thép có tổ chức mactenxit. Sau đó lá thép được lấy ra khỏi khuôn ép để nguội hoàn toàn trong bể dầu, còn gá ép lại nâng lên khỏi mặt dầu để tiếp tục tôi lá nhíp khác. Mỗi chu trình như vậy chỉ mất vài chục giây. Tuy nhiên với các nhíp lớn có tiết diện 102X14 hoặc 102X16, làm nguội trong dầu thường không đạt độ cứng quy định, lúc đó phải dùng thiết bị bơm phun dầu với áp suất p=20 at vào ngay chỗ đối diện với khuôn ép sẽ tăng được tốc độ nguội và nâng cao độ cứng khi tôi. 
-Sau khi tôi, các lá nhíp được đem ram trong các gá đình hình để giữ cho nhíp không bị biến dạng tiếp theo, nhờ đó không cần đến nguyên công sửa chữa trước khi lắp ráp.
-Sau khi ram cần làm nguội trong nước để tránh ròn ram
-Ngoài cách tôi như trên trong công nghệ chế tạo nhíp otô còn áp dụng các biện pháp mới như sau:
+Tôi cảm ứng sẽ rút ngắn được thời gian nhiệt luyện và nâng cao được giới hạn mỏi
+Sau khi Austenit hóa, làm nguội đẳng nhiệt để có tổ chức bainit, làm tăng rất mạnh tính đàn hồi
+Công nghiệp chế tạo nhíp oto hiện nay sử dụng cơ nhiệt luyện, có thể dùng cơ nhiệt luyện luyện ở nhiệt độ thấp hoặc cơ nhiệt luyện ở nhiệt độ cao. Ví dụ dùng các lá thép 55CrMnB với kích thước 7.5×63 mm và 9.5×76 mm, cán sơ bộ trên máy cán với lượng ép 75% ở nhiệt độ cao hơn 950 oC rồi tôi ngay để không cho kết tinh lại và phân hóa trung gian, sau đó ram ở các nhiệt độ khác nhau, như vậy giới hạn bền và giới hạn đàn hồi tăng lên gấp đôi so với tôi bình thường không đi kèm biến dạng, nhờ đó có thể giảm số lượng lá nhíp trong mỗi bộ từ 16 xuống còn 9 mà vẫn tăng được thời gian sử dụng.
-Trong chế tạo nhíp người ta áp dụng biện pháp truyền thống là sau sau khi nhiệt luyện thì tiến hành biến cứng bề mặt bằng phương pháp phun bi có thể nâng cao rất mạnh giới hạn mỏi. Đối với nhíp oto và lò xo xupap người ta thường dùng loại bi có đường kính 0,3 mm. Do kết quả của va đập, trên bề mặt của bi có ứng suất nén dư cao tới hơn 100 kG/mm2 trên chiều dày 5 mm. Phun bi là công nghệ tốt nhất để làm chai bề mặt chi tiết, từ đó nâng cao được sức bền mỏi của nhíp.
-Để nâng cao giới hạn bền mỏi, ngoài biện pháp phun bi có thể dùng cách mài bóng, bởi vì mài bóng làm mất các vết nứt tế vi là nguồn gốc đầu tiên gây các vết nứt mỏi. Vì vậy trong một số trường hợp yêu cầu đặc biệt cao, nhíp oto cũng được mài bóng cấp 9-10 sau khi tôi. Song, làm như vậy sẽ làm tăng giá thành rõ rệt.
     Các loại thép silic 55Si2 và 60Si2 đã dần không đáp ứng được yêu cầu cần thiết của oto hiện đại. các mác thép này tồn tại một vài nhược điểm như: độ bền không đủ cao, dễ bị quá nung. Trong thời gian gần đây người ta bắt đầu sử dụng các loại thép đàn hồi như 50CrMnA, 50CrMnVA và 60SiCrMnA. Các mác này có ưu điểm hơn thép silic ở chỗ có độ thấm tôi cao hơn và nhất là không bị quá nung khi tôi.

Share0

Tweet

Share

Thép SKD11 là loại thép được sử dụng phổ biến trong ngành cơ khí chế tạo với ứng dụng chủ yếu cho các loại dụng cụ biến dạng nguội mà điển hình là khuôn dập. Đây là loại hình dụng cụ sử dụng để biến dạng dẻo thép ở nhiệt độ thường; có kích thước lớn, hình dạng khuôn phức tạp. Tuổi thọ của khuôn làm bằng mác thép này nếu xử lý nhiệt đúng quy cách và áp dụng các phương pháp xử lý bề mặt phù hợp có đạt đến hàng triệu sản phẩm hoặc hơn nữa trên một đầu khuôn.

1.Giới thiệu về thép SKD11

Thành phần hóa học của thép SKD11 và một số mác thép tương đương (D2, X12M) được trình bày ở bảng 1.1.

Ảnh hưởng của các nguyên tố trong thép SKD11:

Qua bảng 1.1, ta thấy thép SKD11 là thép hợp kim cao do có tổng hàm lượng các nguyên tố trong thép là 14,35-17,35%. Đây là thép thuộc họ thép lêđêburit với lượng cacbit lớn, sau xử lý nhiệt có thể đạt độ cứng cao, khả năng chống mài mòn tốt. Các nguyên tố hợp kim có tác dụng tạo ra cacbit hợp kim giúp cho thép nâng cao khả năng chống mài mòn; ngoài ra chúng làm austenit trong thép ổn định hơn, vì vậy làm cho đường cong chữ C dịch chuyển sang phải, làm giảm tốc độ nguội tới hạn đồng thời làm tăng độ thấm tôi cho thép. Nhìn chung, khi hàm lượng các nguyên tố hợp kim tăng thì độ bền, độ cứng của thép tăng còn độ dẻo, độ dai va đập giảm. Ảnh hưởng cụ thể của các nguyên tố được nêu ra sau đây:

Cacbon: là nguyên tố quan trọng nhất quyết định để tổ chức và tính chất của thép. Cacbon tồn tại trong thép dưới hai dạng: dung dịch rắn xen kẽ trong mạng tinh thể sắt và dạng liên kết trong hợp chất Fe₃C (Xêmentit). Các pha dung dịch rắn có độ dẻo cao, độ bền thấp trong khi pha xêmentit là pha cứng và giòn. Sự kết hợp pha này sẽ cho các tổ chức khác nhau của thép ứng với từng thành phần và trạng thái cụ thể. Với yêu cầu thép làm khuôn dập nguội cần có độ cứng và tính chống mài mòn cao, thép SKD11 có thành phần C cao ≈1,5%.

Crôm: Trong thép, Cr liên kết với cacbon tạo cacbit phức tạp dễ hòa tan vào autenit khi nung lên trên 900 ^oC. Giống như Mn và Si, Cr cũng có tác dụng tăng độ thấm tôi với hệ số 3,2. Do tạo các loại cacbit phân tán nhỏ mịn nên Cr có tác dụng chống ram, nâng cao độ bền nóng cho thép. Cũng với nguyên nhân này, Cr có tác dụng làm tăng mạnh khả năng chống mài mòn cho thép, do đó được đưa vào thành phần thép SKD11 với hàm lượng ≈ 12%.

Molypden: Mo tăng mạnh độ thấm tôi, cải thiện tính chống ram do nguyên tố này tạo cacbit nhỏ mịn phân tán khi ram ở nhiệt độ cao, làm giảm sự nhạy cảm đối với giòn ram. Molypden cùng với Crom có ái lực hóa học mạnh với C, tạo cacbit dạng Me₆C, giữ cacbit lại bên trong mactenxit làm cho thép nâng cao tính chịu nhiệt độ cao, tính bền nóng và tính cứng nóng. Ngoài ra, Mo còn giúp tránh giòn ram loại 2 cho thép.

 Mangan : Mangan hoà tan vào Ferrit và hoá bền pha này. Mangan có tác dụng hạ thấp nhiệt độ chuyển biến dẻo – giòn khi hàm lượng nhỏ (<0,2 %) và làm tăng nhiệt độ này khi hàm lượng tương đối cao (>0,5 %). Mn có tác dụng tăng độ thấm tôi mạnh với hệ số tăng độ thấm tôi là 4 (nghĩa là đường kính tôi tới hạn lý thuyết khi cho thêm 1% Mn tăng gấp 4 lần khi thép không có Mn), do đó làm khuôn có cơ tính cao và đồng nhất trong tiết diện. Mn là nguyên tố tạo cacbit yếu, không tạo cácbit riêng biệt mà thay thế Fe tạo thành xêmentit hợp kim. Nhược điểm của Mn là nếu nung trong thời gian dài, nhiệt độ cao dễ làm lớn hạt, dễ làm thép giòn và giảm độ dai. Trong thép SKD11, lượng Mn nhỏ, có thể coi là tạp chất.

Silic: Silic không tạo cacbit và có xu hướng làm thoát cácbon có trong thép. Khi nung thép có chứa Si, cần chú ý các biện pháp bảo vệ tránh thoát Cacbon. Si có tác dụng làm tăng độ thấm tôi là 1,7, đảm bảo cho thép được tôi thấu trong dầu. Si có tác dụng làm tính ổn định ram. Si còn có tác dụng chống ôxi hóa cho thép ở nhiệt độ cao và tăng độ bền chống dão cho thép crôm, đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật của vật liệu thép làm khuôn.

Vanadi: Vanadi 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. Vanadi 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 độ austenit hóa, khi lượng Vanadi tăng tính chống mài mòn tăng và tính mài giảm.

Phôtpho và Lưu huỳnh:

Hai nguyên tố này đi vào thành phần của thép qua con đường quặng sắt và nhiên liệu (than cốc khi luyện gang).

Phôtpho là nguyên tố có khả năng hòa tan vào Ferit và làm xô lệch rất mạnh mạng tinh thể pha này làm tăng mạnh tính giòn. Khi lượng phôtpho vượt quá giới hạn hòa tan nó sẽ tạo nên Fe₃P cứng và giòn, do đó P là nguyên tố gây ra hiện tượng giòn nguội hay bở nguội (ở nhiệt độ thường). []

Do P là nguyên tố thiên tích rất mạnh nên lượng P trong thép phải nhỏ hơn 0.04% để tránh giòn.

Khác với P, S hoàn toàn không hòa tan trong Fe (cả Fe-α và Fe-γ) mà tạo nên hợp chất FeS. Cùng tinh (Fe+ FeS) tạo thành ở nhiệt độ thấp (998 ^oC), kết tinh lại sau cùng do đó nằm ở biên giới hạt, khi nung thép để gia công biến dạng (cán, rèn, dập) biên giới hạt bị chảy ra, làm thép dễ bị đứt, gãy  gây giòn thép. Người ta gọi đây là hiện tượng giòn nóng hay bở nóng.

Với mác thép SKD11, để đảm bảo cơ tính đồng nhất trên toàn bộ chi tiết, các nguyên tố P và S được hạn chế ở mức rất thấp (≤0.03) do chúng tạo ra những pha mềm hoặc các phần tử giòn làm giảm độ bền mỏi.

Để khắc phục hiện tượng này người ta đưa thêm Mn vào để tạo nên hợp chất MnS để tạo nên hợp chất MnS (pha này kết tinh ở nhiệt độ cao, có tính dẻo nhất định nên không bị chảy hoặc đứt gãy):

Các tạp chất khí : H₂, O₂, N₂,… có mặt trong thép với lượng chứa rất nhỏ mà các phương pháp phân tích thông thường không thể phát hiện ra. Các tạp chất này nói chung là có hại.

Tính chất vật lý của thép SKD11

Qua bảng 1.2 có thể nhận thấy rằng, thép SKD11 có hệ số giãn nở nhiệt và hệ số dẫn nhiệt nhỏ, vì vậy cần lưu ý trong quá trình nung và làm nguội, cần áp dụng nung phân cấp với tốc độ nâng nhiệt chậm khi tôi; làm nguội thép trong môi trường có tốc độ nguội nhỏ để tránh hiện tượng biến dạng hoặc nứt.

Các chỉ tiêu cơ tính cho thép làm khuôn:

 Độ cứng

Độ cứng là tính chất quan trọng của vật liệu kim loại nói chung và vật liệu làm khuôn dập nguội nói riêng. Độ cứng có những đặc điểm sau:

– Biểu thị khả năng chống mài mòn của vật liệu: độ cứng càng cao thì khả năng chống mài mòn càng tốt.

– Đối với vật liệu đồng nhất, độ cứng có quan hệ xác định với độ bền và khả năng gia công cắt: độ cứng càng cao giới hạn bền càng cao và khả năng gia công cắt càng kém.

– Đo độ cứng có thể dễ dàng thực hiện trên mẫu nhỏ và đơn giản, nhiều trường hợp có thể đo trực tiếp trên sản phẩm.

– Độ cứng phản ánh khá đầy đủ và trung thực tính chất vật liệu của sản phẩm, do đó thường được lấy làm chỉ tiêu đánh giá chất lượng sản phẩm sau xử lý nhiệt và xử lý bề mặt.

Ở trạng thái ủ, vật liệu thép SKD11 có độ cứng trung bình khoảng 40 HRC, đây là độ cứng cho phép gia công cơ khí thuận lợi. Thông thường sau khi tôi, người ta tiến hành ram để điều chỉnh độ cứng trong khoảng 58-62 HRC với đa số các loại khuôn, vượt quá 62 HRC vật liệu sẽ trở nên giòn. Với những khuôn có yêu cầu mẻ dập lớn (lên đến hàng triệu sản phẩm) thì cần áp dụng các công nghệ xử lý bề mặt như phủ màng cứng, thấm nitơ hay phun phủ cacbit để nâng cao độ cứng cũng như tính chất của khuôn.

 Độ bền

Độ bền là tập hợp các đặc trưng cơ học phản ánh sức chịu đựng tải trọng cơ học tĩnh của vật liệu. Độ bền cao sẽ đảm bảo cho khuôn có khả năng chịu ứng suất lớn mà không bị phá hủy. Độ bền và độ cứng có quan hệ với nhau, thông thường độ cứng cao thì độ bền cũng cao, tuy nhiên nếu độ cứng cao quá thì vật liệu sẽ trở nên giòn. Thường thì độ cứng và độ dai va đập là hai thông số được kiểm tra sau khi xử lý nhiệt; trong khi độ bền phải xác định trên mẫu thử, độ cứng là thông số kiểm tra thường xuyên nhất do dễ dàng thực hiện.

 Đô dai va đập

Khuôn dập nguội cần có độ dai va đập nhất định, nhất là các khuôn đột dập, các khuôn này yêu cầu độ dai va đập cao hơn, trong khi các khuôn dập vuốt, dập sâu yêu cầu độ dai va đập thấp hơn. Thép được coi là chịu va đập khi có độ dai va đập ≥ 1000N.m/cm². Cũng như độ bền, độ dai va đập phụ thuộc nhiều vào độ cứng. Trong khoảng độ cứng thường sử dụng, vật liệu làm khuôn có độ dai đáp ứng yêu cầu làm việc. Độ cứng càng cao thì độ dai va đập càng thấp []. Đây là một đặc điểm quan trọng, cần phải biết thỏa hiệp giữa độ cứng và độ dai va đập để vật liệu có được tính chất tổng hợp tốt nhất phù hợp với yêu cầu sử dụng.

Khả năng chống mòn

Mòn là tính chất rất quan trọng của vật liệu chế tạo khuôn, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và tuổi thọ của khuôn dập nguội. Khuôn có thể bị mòn abrasive (mài mòn), mòn adhesive (mòn dính) hoặc đồng thời cả hai cơ chế [2].

Mòn Abrasive

Cơ chế mòn này xuất hiện chủ yếu khi vật liệu gia công cứng hoặc chứa các hạt cứng như hạt cacbit hay oxit. Các hạt cứng này mài mòn bề mặt khuôn. Trong trường hợp này, để đảm bảo tuổi thọ cao, khuôn phải có các tính chất chống lại sự mài mòn này như:

• Độ cứng bề mặt cao
• Hàm lượng % cacbit cao, độ cứng cacbit cao và kích thước lớn

Mòn adhesive

Nguồn gốc của cơ chế mài mòn này là do vật liệu gia công dính vào bề mặt khuôn. Khi có sự chuyển động tương đối giữa khuôn và vật liệu gia công sẽ xẩy ra hiện tượng bong tróc khuôn. Cơ chế này xuất hiện khi gia công các loại vật liệu mềm như nhôm, đồng, thép không gỉ và thép cacbon thấp. Để hạn chế độ mài mòn này khuôn cần phải có các tính chất sau:

• Độ cứng bề mặt cao
• Hệ số ma sát giữa bề mặt khuôn với vật liệu gia công thấp
• Độ dẻo dai cao

Một trong những phương pháp phổ biến để hạn chế mòn với khuôn là sử dụng lớp phủ cứng tổng hợp bằng công nghệ PVD. Với những đặc tính ưu việt như độ cứng bề mặt cao, hệ số ma sát nhỏ, tính trơ hóa học cao, các loại màng này tỏ ra hiệu quả trong việc nâng cao cơ tính, từ đó tăng tuổi thọ làm việc của khuôn dập nguội.

2.Xử lý nhiệt thép SKD11

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

Tùy theo mỗi chế độ làm việc của khuôn dập mà vật liệu làm khuôn có những yêu cầu cơ tính khác nhau, từ đó thép SKD11 cũng có nhiều chế độ xử lý nhiệt khác nhau. Việc chọn đúng chế độ xử lý nhiệt là rất quan trọng: nó quyết định chất lượng chi tiết sản xuất ra trên khuôn, chất lượng khuôn cũng như tuổi thọ làm việc của khuôn. Thông thường muốn xác định chế độ xử lý nhiệt cho thép cần căn cứ vào các yếu tố như hình dạng, kích thước của chi tiết và sự phân bố cacbit trong tổ chức của thép ban đầu. Khuôn dập làm bằng thép SKD11 nếu áp dụng chế độ xử lý nhiệt tôi và ram hợp lý có thể đạt độ cứng cao (nhưng vẫn giữ được độ dai nhất định) trong khoảng từ 58 – 60 HRC.

Xử lý nhiệt sơ bộ

Rèn nóng: Ở trạng thái cung cấp, tổ chức của thép SKD11 có thể có nhiều cacbit dạng xương cá rất thô, giòn khó hòa tan trong quá trình tôi. Ranh giới giữa vùng tập trung nhiều và ít cacbit dễ xuất hiện nhiều vết nứt. Trong trường hợp này cần tiến hành rèn để phá vỡ cacbit hình xương cá thành các hạt đa cạnh và phân bố đều. Điều này đảm bảo cho thời gian giữ nhệt khi tôi ngắn mà vẫn hòa tan được phần lớn cacbit, tránh được hiện tượng lớn hạt do phải nâng cao nhiệt độ tôi hoặc giữ nhiệt với thời gian dài mà vẫn không thể hòa tan được cacbit sơ cấp.

Ủ: sau khi rèn nếu chế độ giữ nhiệt tốt có thể đem gia công cơ ngay, nếu phôi bị biến cứng phải tiến hành ủ để làm mềm thép, đồng thời khử triệt để ứng suất sau rèn. Phương pháp thực hiện là ủ đẳng nhiệt để nhận được tổ chức cân bằng.

2.2. Quá trình tôi

            Tôi thép nhằm mục tiêu đạt được cơ tính cao sau tôi, có nghĩa là mactenxit bão hòa cacbon và các nguyên tố hợp kim nhưng không làm thô hạt và giòn. Lượng cacbon và các nguyên tố hợp kim trong thép SKD11 cao, do vậy có nhiều cách tôi. Các thông số cần quan tâm trong quá trình tôi bao gồm: nhiệt độ tôi, thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ tôi và môi trường tôi

Phương pháp nung, nhiệt độ tôi

Thép được nung đến nhiệt độ austenit hóa (1020 – 1050 ^oC). Ở nhiệt độ này, cacbit được hòa tan thành mactenxit, ferit cũng chuyển biến thành austenit. Khi tôi, austenit chuyển biến thành mactenxit đồng thời cũng tồn tại một phần austenit chưa chuyển biến (austenit dư). Trong quá trình nung thường xuất hiện 2 loại ứng suất: loại thứ nhất là ứng suất nhiệt sinh ra do do thay đổi nhiệt độ, thay đổi càng đột ngột thì ứng suất này càng lớn; loại thứ hai là ứng suất tổ chức sinh ra do biến đổi tổ chức khi thay đổi nhiệt độ. Ứng suất lớn có khả năng làm mẫu bị biến dạng, thậm chí có thể dẫn tới nứt vỡ, do đó cần tiến hành nung phân cấp nhằm hạn chế ảnh hưởng của ứng suất trong thép. Ngoài ra nung phân cấp cũng giúp tránh lớn hạt khi tôi.

Thép SKD11 được nung phân cấp 2 lần, lần 1 ở 650-700 ^oC, lần 2 ở 850-900 ^oC bởi đây là 2 khoảng nhiệt độ nhạy cảm của thép.

Ở nhiệt độ phân cấp thứ nhất 650^oC là vùng nhiệt độ thép có tính đàn hồi cao mà tính dẻo lại thấp nên chi tiết rất dễ bị nứt. Thép cần được nung với tốc độ chậm đến nhiệt độ 650 ^oC, giữ nhiệt đủ lâu để đồng đều nhiệt trên toàn bộ chi tiết.

Khi nâng đến nhiệt độ phân cấp lần 2, có thể nung với tốc độ lớn hơn do ở nhiệt độ cao, thép có hệ số dẫn nhiệt tốt hơn nên dễ đồng đều nhiệt trên toàn bộ mẫu. Thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ phân cấp thứ 2 thường là 2 phút/ mm chiều dày vật nung. Khi giữ nhiệt ở 850 ^oC cacbit ở dạng (Fe, Cr)₃C bắt đầu được hòa tan, điều này có ý nghĩa là giảm bớt được thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ tôi (để hòa tan cacbit), tránh được hiện tượng lớn hạt.

Nhiệt độ tôi được chọn để hòa tan phần lớn cacbit vào austenit, cacbit trong SKD11 chủ yếu là cacbit ở dạng (Fe,Cr)₇C₃ và (Cr,Fe)₂₃C₆, do vậy nhiệt độ tôi phải được chọn trên 1000 ^oC , tốt nhất trong khoảng 1020-1100 ^oC, không nên lớn hơn. Tốc độ nung từ lần phân cấp thứ 2 tới nhiệt độ tôi có thể lớn hơn chút ít; chú ý cần nung với tốc độ đủ lớn tránh tạo điều kiện cho hạt lớn lên.

Thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ tôi

Không có công thức chính xác về thời gian này vì nó phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ tôi, kích thước, số lượng sản phẩm. Thông thường thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ tôi (1000-1100 ^oC) của thép SKD11 được chọn dựa trên kinh nghiệm: khi đạt được nhiệt độ tôi trên trên toàn bộ sản phẩm, tiến hành giữ nhiệt 30 phút rồi mới tôi. Tuy nhiên đối với các sản phẩm mỏng hay nhiệt độ tôi cao thì thời gian này có thể giảm xuống còn 15 phút hay thậm chí ít hơn

Quá trình làm nguội và môi trường tôi

Làm nguội thép cần căn cứ vào giản đồ C-C-T của thép đó. Tốc độ làm nguội, cũng giống như sự đồng đều nhiệt độ, có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc và tính chất cơ lý của sản phẩm. Khi biết được tốc độ nguội tới hạn, có thể chọn được môi trường tôi thích hợp để thu được tổ chức tế vi đáp ứng yêu cầu làm việc.

Với thép SKD11, từ giản đồ C-C-T có thể thấy đường cong chữ C dịch chuyển nhiều sang phải vì vậy tốc độ nguội tới hạn nhỏ. Cần chọn tốc độ nguội hợp lý để tránh tạo ra tổ chức một phần peclit có độ cứng thấp, làm giảm chất lượng sản phẩm.

Môi trường tôi sử dụng với thép hợp kim thông thường là dầu. Để có được khả năng làm nguội tốt nhất, dầu tôi nên có nhiệt độ 60 – 80 ^oC để tăng độ linh động của dầu đồng thời làm giảm bớt ứng suất nhiệt trong chi tiết tôi.

Quá trình ram

Sau khi tôi thông thường chi tiết được đưa vào ram ngay để tránh nứt vỡ và ổn định tổ chức sau tôi. Trong quá trình ram sẽ xảy ra sự phân hủy mactenxit tôi, chuyển biến austenit dư, giảm bớt ứng suất sinh ra khi tôi, tùy thuộc vào nhiệt độ tiến hành có thể đạt được các yêu cầu cơ tính khác nhau phù hợp với điều kiện làm việc của chi tiết.

Tùy theo mục đích và yêu cầu nghiên cứu sau nhiệt luyện mà có thể có các chế độ ram khác nhau. Đồi với thép SKD11, có thể chọn nhiệt độ ram để đạt được độ cứng yêu cầu (hình 1.5).

Do áp dụng chế độ tôi ở 1020-1100 ^oC, thời gian giữ nhiệt không đủ dài để hoà tan phần lớn cacbit sơ cấp (cacbit ban đầu), lượng austenit dư sau tôi ít, độ cứng cao, nếu sau đó tiến hành ram ở nhiệt độ thấp (150-200 ^oC) thì sẽ nhận được độ cứng cao gần như không thay đổi so với sau khi tôi (chỉ giảm 1-2 HRC) do nhiệt độ thấp chỉ khử bỏ một phần ứng suất, còn mactenxit và austenit dư hầu như chưa chuyển biến. Với yêu cầu của vật liệu làm khuôn, có thể chọn nhiệt độ ram trong khoảng 540 – 560 ^oC để đạt giá trị độ cứng cực đại (độ cứng thứ 2), độ cứng này do cacbit tiết ra khi ram ở dạng phân tán, nhỏ mịn. Đồng thời ở nhiệt độ này austenit dư phân hủy gần như hoàn toàn thành mactenxit ram nên độ cứng thô đại tăng lên

Tìm đọc bài viết về thép SKD11 của chúng tôi:

• Sản phẩm thép SKD11 của THT
• Nhiệt luyện thép SKD11
• Sử dụng thép SKD11 chế tạo khuôn mẫu
• Sử dụng thép SKD11 chế tạo dao
• So sánh thép SKD11 và thép S45C
• Độ cứng và cơ tính của thé SKD11
• Ứng dụng chính của thép SKD11

Share0

Tweet

Share

Trong bài viết này chúng tôi sẽ trình bày cơ sở lý thuyết và nghiên cứu về thép dụng cụ chế tạo khuôn dập nguôi SKD11 hay D2. THT nhận nhiệt luyện khuôn và bán thép SKD11 và các mác thép chế tạo khuôn khác. Liên hệ: 0984892487

Tìm đọc bài viết về thép SKD11 của chúng tôi:

• Sản phẩm thép SKD11 của THT
• Nhiệt luyện thép SKD11
• Sử dụng thép SKD11 chế tạo khuôn mẫu
• Sử dụng thép SKD11 chế tạo dao
• So sánh thép SKD11 và thép S45C

Phần I: Cơ sở lý thuyết

1. Nhiệt luyện thép SKD11

Thành phần mác thép tính chất của mác thép SKD11 (D2) được chúng tôi trình bày trong các bài trước. Bạn có thể xem Tại đây

Quá trình nhiệt luyện có ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của vật liệu, tuy nhiên đối với thép dụng cụ, các chuyên gia nhiệt luyện đều thống nhất rằng, độ cứng, độ bền và biến dạng là các chỉ tiêu cần quan tâm nhất.  Mỗi công đoạn của quá trình nhiệt luyện đều có ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, vì vậy hiểu rõ từng công đoạn của quá trình này sẽ giúp chúng ta điều khiển được quá trình nhiệt luyện. Mỗi một loại thép với một ứng dụng cụ thể sẽ có một quy trình nhiệt luyện riêng phù hợp với  ứng dụng đó (sẽ trình bày chi tiết cho từng loại vật liệu cụ thể).

Thông thường thép dụng cụ cung cấp trên thị trường ở trạng thái ủ hoàn toàn có tổ chức là nền mềm và carbide phân bố trong đó. Trong trạng thái như vậy thép dể dàng gia công cắt gọt đồng thời tổ chức này cũng phù hợp cho quá trình tôi tiếp theo.

Khi thép được nung nóng để tôi, mục đích lý tưởng nhất là làm sao hoà tan đến mức độ cần thiết các nguyên tố hợp kim để nền có khả năng cứng sau tôi nhưng không làm thô hạt và dòn. Ở nhiệt độ austenite hoá, carbide được hoà tan và nền thì chuyển từ ferrite sang austenite, như vậy C và các nguyên tố hợp kim từ carbide có thể hoà tan được vào nền austenite.

Sau khi tôi, nền không chuyển đổi hoàn toàn thành martensite, một số austenite vẫn còn gọi là austenite dư. Lượng austenite dư tăng khi hàm lượng nguyên tố hợp kim tăng,  nhiệt độ tôi tăng và thời gian giử nhiệt kéo dài. Như vậy sau tôi thép có tổ chức tế vi bao gồm martensite, austenite dư và carbide. Tổ chức này không ổn định và tạo ra ứng suất dể gây nứt. Vì thế cần phải xử lý bằng cách nung nóng đến một nhiệt độ nhất định để khử ứng suất và chuyển đổi austenite dư, công đoạn này gọi là ram. Với thép dụng cụ, ram phải được tiến hành ngay sau khi tôi.

Sau khi ram tổ chức bao gồm martenite ram, martensite mới, austenite dư còn sót lại và carbide (sơ cấp và thứ cấp). Carbide thứ cấp và martensite mới tạo thành sẽ làm tăng độ cứng, gọi là độ cứng thứ cấp. Độ cứng thứ cấp được tạo thành khi ram cao.

Quá nhiệt luyện các sản phẩm từ thép dụng cụ, ngoài các hiện tượng vừa nêu, vấn đề biến dạng cũng cần được đặc biệt quan tâm. Trong thực tế khi trình nhiệt luyện khuôn và dụng cụ cần lưu ý các công đoạn sau:

Nung khử ứng suất

Các dụng cụ như khuôn, dụng cụ cắt gọt sau khi gia công thường tồn tại ứng suất do vật liệu gia công bị nung nóng cục bộ hoặc do biến dạng nguội trong quá trình gia công. Ứng suất này sẽ gây ra biến dạng vì thế cần phải loại bỏ chúng. Để làm điều này sản phẩm thường được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 550-650 giử nhiệt với thời gian đủ dài để đồn đều nhiệt sau đó làm nguội chậm, tốt nhất là làm nguội cùng lò. Quá trình này được tiến hành sau khi gia công thô, trước khi tôi ram và gia công tinh.

Nung đến nhiệt độ tôi

Nguyên tắc cơ bản của quá trình này là nung chậm và nung trong môi trường trung tính tránh thoát hoặc thấm C hoặc bị oxy hoá. Nhiệt luyện chân không, nhiệt luyện trong môi trường có khí bảo vệ hoặc nhiệt luyện trong lò muối nóng chảy là lựa chọn cần thiết

Nhiệt độ tôi có tầm quan trọng đặc biệt khi tôi thép dụng cụ, nhiệt độ này sẽ quyết định hàm lượng %C cũng như % các nguyên tố hợp kim trong austenite và cuối cùng là quyết định đến độ cứng sau khi tôi. Khi nung đến nhiệt độ tôi, một phần carbide được hoà tan vào austenite. Lượng carbide không hoà tan không những đóng vai trò quan trọng đến tính chịu mài mòn của thép mà còn có vai trò kiểm soát độ lớn của hạt austenite. Carbide này càng mịn và càng nhiều thì cấu trúc của thép càng mịn.

Nhiệt độ cao thì lượng carbide sẽ hoà tan nhiều hơn. Carbides được hoà tan sẽ làm giàu thêm C và các nguyên tố hợp kim cho austenit. Khi tôi lượng carbides này trong dung dịch sẽ có xu hướng kết tinh ở biên giới hạt làm giảm độ dẻo (toughness) của vật liệu. Khi nhiệt độ tôi cao sẽ tăng hàm lượng %C và nguyên tố hợp kim và như thế sẽ tăng độ cứng martensite sau tôi, tuy nhiên cũng đồng thời tăng lượng austenite dư Trong trường hợp, nếu carbide không hoà tan được hoàn toàn và một lượng lớn carbide tồn tại dưới dạng các hạt tròn trong nền, và như thế sẽ không tạo thành lưới carbide xung quanh biên giới hạt. Carbide VC là bền vững nhất, phần lớn không  bị hoà tan ở nhiệt độ tôi. Austenit được làm giàu C sẽ hình thành martenit giàu C và như thế sẽ tăng độ cứng và độ bền của sản phẩm. Tuy nhiên nếu nhiệt độ cao quá sẽ có hiện tượng thô hạt thậm chí chảy cục bộ rất nguy hiểm. Vì thế trong mọi trường hợp không nên để quá nhiệt để tránh sự thô hạt mà có thể dẫn đến nứt, nhiều austenite dư làm giảm độ cứng (hình…) và kể cả biến dang.

Nhiệt độ thấp, ngược lại, cho ta sản phẩm có độ dẻo cao hơn, tuy nhiên nếu thấp quá khi chưa hoà tan được carbit thì sẽ không nhận được sản phẩm có độ cứng cao để sau khi ram có được tính chất tốt hơn.

Thời gian giử nhiệt ở nhiệt độ tôi

Rất khó để đưa ra một công thức chính xác về thời gian này vì nó phụ thuộc nhiều vào thiết bị nung, nhiệt độ tôi, kích thước, số lượng sản phẩm. Có thể đưa ra một gợi ý như sau: sau khi đạt được nhiệt độ tôi trên toàn bộ chiều dày của sản phẩm (thấu nhiệt), nên giử nhiệt khoảng 30 phút rồi mới tôi. Tuy nhiên đối với các sản phẩm mỏng hay nhiệt độ tôi cao như thép gió thì thời gian đó có thể giảm xuống còn 15 phút hay chỉ vài phút. Trong thực tế, thông thường với nhiệt độ tôi khoảng 1000-1100 người ta thường tính thời gian giử nhiệt khi bắt đầu đạt nhiệt độ tôi là 1h/25mm chiều dày sản phẩm.

Tôi (làm nguội)

Chọn tốc độ nguội nhanh hay chậm thông thường là một sự thoả hiệp, để cố tố chức tế vi tốt nhất cho tính chất của khuôn thì phải nguội nhanh, nhưng để hạn chế biến dạng thì cần nguội chậm.

Nguội chậm sẽ làm cho quá trình nguội đồng đều hơn, đặc biệt là các chi tiết dày và phức tạp. Điều này đặc biệt quan trọng nhất là quá trình nguội qua vùng chuyển biến martensite Ms. Sự hình thành martensite kéo theo sự tăng thể tích và tăng ứng suất trong vật liệu. Vì thế với thép dụng cụ không nên làm nguội đến nhiệt độ phòng mà nên dừng và chuyển sang ram khi nhiệt độ đạt đến 50-70 [150].Tuy nhiên nếu nguội quá chậm, các pha không mong muốn như bainite hay ferrite hình thành làm giảm chất lượng sản phẩm.

Nước là môi trường làm nguội nhanh nhất, vì thế thường dùng để tôi các thép dụng cụ không hợp kim hay hợp kim thấp. Có thể cho thêm 8-10% muối sodium chloride để có thể có được tốc độ nguội tối ưu [150]. Do nguội nhanh, sự biến dạng và nguy cơ nứt vỡ là rất lớn.

Dầu có tốc độ nguội chậm hơn nước, và thường để tôi thép hợp kim trung bình và cao. Để có được khả năng làm nguội tốt nhất, dầu tôi nên có nhiệt độ khoảng 50-70. Một dạng của quá trình tội trong dầu là martempering. Trong trường hợp này, sản phẩm được làm nguội qua 2 giai đoạn. Giai đoạn 1, sản phẩm được làm nguội trong dầu đến nhiệt độ trên Ms một ít, giử để đồng đề nhiệt sau đó làm nguội ngoài không khí qua quá trình chuyển martensite. Khi sử dụng phương pháp tôi này cần lưu ý là quá trình chuyển biến pha rất nhanh vì thế không được giử ở nhiệt độ trên Ms ở giai đoạn 1 lâu dễ có hiện tượng chuyển biến bainite làm giảm độ cứng.

Không khí tĩnh về khí nén có tốc độ nguội thấp hơn 2 môi trường trên, thường được dùng để tôi thép hợp kim cao. Tôi không khí cho ta độ biến dạng thấp nhất, tuy nhiên cần lưu ý đến nguy cơ bị o xy hoá bề mặt

Những năm gần đây khi mà công nghệ nhiệt luyện chân không được ứng dụng rộng rãi , khí trơ (N2, Ar) dưới áp suất cao được sử như là môi trường tôi lý tưởng cho thép dụng cụ hợp kim cao.

Ram

Thép dụng cụ cần được ram ngay sau khi sản phẩm tôi. Cần nhắc lại là quá trình tôi kết thúc khi sản phẩm đạt nhiệt độ khoảng 50-70. Lựa chọn nhiệt độ tôi hợp lý là rất quan trọng, kinh nghiệm có vai trò rất lớn. Cũng giống như tôi, 3 thông số quan trọng nhất để quyết định nhiệt độ ram là độ cứng, độ dai và biến dạng. Cần lưu ý khi ram thép dụng cụ ram cao để có độ cứng thấp không nhất thiết có được độ dai cao. Cần lưu ý tránh ram ở vùng mà ở đó độ dai giảm.

Số lần ram và thời gian ram cũng đóng vai trò quan trọng, thường thì thép dụng cụ nên ram ít nhất 2 lần, một số thép nên ram 3 lần. Lần đầu ram ngay sau tôi, thông thường là ram thấp, sau đó dựa vào các thông số về độ cứng, độ dai để xác định nhiệt độ ram lần 2, lần 3. Khi ram ít nhất phải giử thời gian khoảng 2h sau khi đồng đều nhiệt

Biến dạng trong quá trình nhiệt luyện

Sau khi nhiệt luyện, không nhiều thì ít, các sản phẩm đều bị biến dạng, nguyên nhân của nó là do các ứng suất được tạo ra trong quá trình chế tạo nó. Các ứng suất đó có thể được chia ra 3 nhóm chính đó là ứng suất do gia công cơ khí, ứng suất nhiệt và ứng suất chuyển biến pha

Biến dạng do ứng suất do gia công cơ khí

Trong quá trình gia công, ở một mức độ nào đó ứng suất được hình thành ngay trong lòng chi tiết.

Biến dạng do ứng suất nhiệt

Khi một vật được làm nguội, lớp ngoài cùng sẽ nguội trước và co lại. Trong quá trình này, phần phía trong cố gắng giữ hình dáng hình cầu, hình dáng chịu lực căng bé nhất trong quá trình biến dạng. Tuy nhiên, hình dáng của vật thể tương đối đa dạng chứ không phải hình cầu. Cũng cần phải lưu ý rằng khi nhiệt luyện vật thể có hình dáng khác với hình cầu thì trong quá trình làm nguội nhanh vật thể này sẽ có xu hướng cố gắng có được hình dạng hình cầu [6].

Tốc độ nguội càng nhanh thì biến dạng càng lớn. Ngoài yếu tố về tốc độ làm nguội, nhiệt độ bắt đầu của quá trình nguội cũng có ảnh hưởng đến sự diến dạng, nhiệt độ càng cao thì biến dạng càng lớn (hình 1.3) [6].

Biến dạng do ứng suất chuyển biến pha

Trong quá trình nung nóng và làm nguội thép được trải qua nhiều quá trình chuyển biến pha. Các pha khác nhau có các tỷ trọng khác nhau và như thế có thể tích cũng khác nhau. Lượng C hoà tan trong austenite hoặc trong martensite có ảnh hưởng rất lớn đến thể tích riêng. Khi tính toán sự thay đổi thể tích trong quá trình tôi, hàm lượng C cần đặc biệt quan tâm. Sự thay đổi thể tích khi chuyển từ pha này sang pha khác được tính toán như trong bảng … [6].

Bảng ….: Thay đổi kích thước trong quá trình chuyển biến pha

Khi tôi với tốc độ nguội đủ để có sự chuyển biến martensite, trong quá trình chuyển biến này, kích thước thường tăng. Sau khi nguội đến nhiệt độ môi trường, phần lớn còn có một lượng austenite dư, hàm lượng này tăng với lượng các nguyên tố hợp kim được hoà tan trong quá trình austenite hoá tăng. Lượng austenite dư càng lớn thì sự tăng thể tích của sản phẩm càng bé. Nếu lượng austenite dư đủ lớn, thậm chí còn xẩy ra tình trạng giảm thể tích.

Trong quá trình ram, sự thay đổi về cấu trúc vật liệu sẽ làm thay đổi thể tích và trạng thái ứng suất của chúng. Có sự liên quan giữa nhiệt độ ram, thể tích và trạng thái ứng suất. Để hiểu rõ thêm về sự thay đổi này chúng ta sẽ đề cập đến sự thay đổi thể tích và sự thay đổi về trạng thái ứng suất.

Hình 1.8. Thay  đổi thể tích trong quá trình Ram

Khi ram ở nhiệt độ cao, theo hình 1.8, thì thể tích sẽ trở lại giá trị ban đầu khi chưa tôi (ở đây loại trừ biến dạng plastic). Sự tăng thể tích diễn ra theo từng giai đoạn khác nhau (đường —-). Với thép hợp kim cao, khi ram ở nhiệt độ 500 – 600⁰C, các hạt mịn carbide được tiết ra và như thế sẽ dẫn đến tăng ứng suất và làm tăng độ cứng và tăng thể tích.

2. Nhiệt luyện khuôn bền nguội

2.1. Cơ chế hỏng hóc khuôn bền nguội

Khuôn bền nguội thường dùng để chế tạo (gia công) kim loại, chúng thường làm việc trong điều kiện chịu áp lực lớn và độ mài mòn cao. Trong điều kiện làm việc như vậy chúng cần có độ cứng cao nhưng phải đảm bảo độ dẻo dai nhất định để chịu va đập. Đây là 2 tính chất có thể nói là trái ngược nhau, vì thế cân bằng 2 tính chất này là điều quan trọng khi lựa chọn vật liệu và chế độ nhiệt luyện thích hợp.

Khuôn bền nguội thường bị hỏng theo các cơ chế sau:

Mòn

Mòn là hiện tượng xuất hiện thường xuyên nhất, khuôn có thể bị mòn abrasive hoặc mòn Adhesive hoặc đồng thời cả hai cơ chế

Mòn Abrasive

Cơ chế mòn này xuất hiện chủ đạo khi vật liệu gia công cứng hoặc chứa các hạt cứng như hạt carbide hay oxide. Các hạt cứng này mài mòn bề mặt khuôn. Trong trường hợp này, để đảm bảo tuổi thọ cao, khuôn phải có các tính chất chống lại sự mài mòn này như:

• Độ cứng bề mặt cao
• Hàm lượng % carbide cao, độ cứng carbide cao và kích thước lớn

Mài mòn adhesive

Nguồn gốc của cơ chế mài mòn này là do vật liệu gia công dinhs vào bề mặt khuôn. Khi có sự chuyển động tương đối giữa khuôn và vật liệu gia công sẽ xẩy ra hiện tượng bong tróc khuôn. Cơ chế này xuất hiện khi gia công các loại vật liệu mềm như nhôm, đồng, thép không rỉ và thép cacbon thấp. Để hạn chế độ mài mòn này khuôn cần phải có các tính chất sau:

• Độ cứng bề mặt cao
• Hệ số ma sát giữa bề mặt khuôn với vật liệu gia công thấp,
• Độ dẻo dai cao (ductility)

2.2. Yêu cầu đối với thép chế tạo khuôn bền nguội

Khuôn bền nguội thường dùng để chế tạo (gia công) kim loại, chúng thường làm việc trong điều kiện chịu áp lực lớn và độ mài mòn cao. Trong điều kiện làm việc như vậy vật liệu chế tạo cần có độ cứng cao nhưng phải đảm bảo độ dẻo dai nhất định để chịu va đập. Đây là 2 tính chất có thể nói là trái ngược nhau, vì thế cân bằng 2 tính chất này là điều quan trọng khi lựa chọn vật liệu và chế độ nhiệt luyện thích hợp.

Thép chế tạo khuôn bền nguội cần có các tính chất sau [viale]:

– Độ bền cao để có thể chịu được tải trọng liên tục trong quá trình làm việc

– Khả năng chống mòn cao trong quá trình làm việc bao gồm mòn abrasive, mòn adhesive và mỏi bề mặt

– Dẻo dai (khả năng chống phá huỷ và chống mỏi)

– Ổn định kích thước trong quá trình làm việc

– Tổ chức đồng đều và đẳng hướng

– Khả năng gia công tốt, tối thiểu ở trạng thái ủ

– Khả năng chống ăn mòn chấp nhận được

– Khả năng nhạy cảm hạn chế chấp nhận được với sự làm cứng nhanh như trong quá trình cắt dây hoặc hàn.

Tính chất vật liệu của của loại thép này phụ thuộc nhiều vào công nghệ chế tạo cũng như phương pháp nhiệt luyện chúng. Thép bền nguội, đặc biệt là thép hợp kim Cr cao được sử dụng khá phổ biến để chế tạo khuôn bền nguội, dụng cụ cắt bởi chúng kết hợp giữa độ bền cao đồng thời khả năng chịu mòn cao. Trong số các thép dụng cụ hợp kim Cr cao, thép Cr12MoV (AISI D2 hay JIS-SKD11) được sử dụng nhiều nhất để chế tạo khuôn khi đòi hỏi khuôn có độ bền và độ dai cao như khuôn dập nguội.

Thông thường sau khi đúc thép này được gia công nóng để phá huỷ cấu trúc carbide sơ cấp. Lượng carbide chiếm khoảng 10-15% thể tích và kích thước khoảng 15 -20 µm [111]. Theo [98], tổ chức của thép sau tôi 1150C/15’ có chứa 11% carbide, trong đó 90,6% Cr7C3 và 9,4% (CrFe)7C3.

Tính chất của thép phụ thuộc chủ yếu vào tổ chức của thép sau nhiệt luyện. Tổ chức của thép sau nhiệt luyện có thể đánh giá theo giản đồ Fe-Cr-C ở 1000C (hình..) [Att]. Giãn đồ này có thể dùng để tham khảo trong quá trình thiết kế quy trình  nhiệt luyện thép SKD11.

2. Quy trình nhiệt luyện thép chế tạo khuôn bền nguội SKD11

Khuôn  phải làm việc trong điều kiện khắc nghiệt với áp suất và mài mòn cao và thay đổi liên tục. Vì thế vật liệu làm khuôn đòi hỏi phải có độ bền, độ dai, độ chịu mòn cao. Đây là tổ hợp các tính chất nhiều khi trái ngược nhau như muốn có độ cứng cao thì độ dai lại giảm. Vì thế để chọn được các thông số công nghệ nhiệt luyện hợp lý, việc lựa chọn các tính chất vật liệu hợp lý là rất quan trọng có ý nghĩa cả về mặt công nghệ lẫn kinh tế.

Trong nhiều yếu tố quyết định đến chất lượng và tuổi thọ của khuôn, thì yếu tố tính chất vật liệu là quan trọng nhất. Nói đến tính chất vật liệu là nói đến tổ chức tế vi và cơ tính của vật liệu đó. Cả hai tính chất, tổ chức tế vi và cơ tính của vật liệu,  ngoài yếu tố đầu vào (mác vật liệu) thì phụ thuộc chủ yếu vào quá trình nhiệt luyện. Các công nghệ thường dùng để nhiệt luyện sản phẩm được chế tạo từ thép dụng cụ bền nguội là tôi, ram và hoá nhiệt luyện. Trong các công đoạn đó, tôi, ram khuôn thành phẩm là 2 công đoạn quan trọng nhất quyết định đến tuổi thọ và tính chất của khuôn, thực tế khi nói đến nhiệt luyện người ta cũng chỉ ám chỉ đến công đoạn tôi và ram.

Dưới đây chúng tôi sẽ đi sâu trình bày quá trình tôi và ram, phân tích các thông số của quá trình công nghệ này có ảnh hưởng như thế nào đến tính chất vật liệu của sản phẩm và để có được các tính chất vật liệu như ý muốn chúng ta phải thoả hiệp các điều kiện đó như thế nào.

Khuôn sau khi gia công hoàn chỉnh sẽ tiến hành nhiệt luyện. Đây là công đoạn cực kỳ quan trọng quyết định đến tính chất cuối cùng của sản phẩm. Khi nói đến nhiệt luyện, công đoạn khó khăn và phức tạp nhất là nung nóng và tôi (thường gọi là tôi).

Mỗi công đoạn của quá trình nhiệt luyện đều có ảnh hưởng đến chất lượng khuôn, vì vậy hiểu rõ từng công đoạn của quá trình này sẽ giúp chúng ta điều khiển được quá trình nhiệt luyện.

Quy trình công nghệ tổng quát để nhiệt luyện thép SKD11 được thể hiện trên hình 2.1

Nung nóng  và giử nhiệt

Thiết bị và môi trường nung

Trong quá trình nung tôi bề mặt của sản phẩm cần được bảo vệ để tránh thoát hoặc thấm C. Quá trình thấm C và thoát C bắt đầu xẩy ra từ nhiệt độ khoảng trên 800^oC. Sự thấm hoặc thoát C sẽ dẫn đến hiện tượng bề mặt bị mềm, tạo ứng suất và gây nứt. Để tránh hiện tượng này, sản phẩm phải được nung trong môi trường trung tính, chân không.

Sản phẩm nhiệt luyện thường được nung bằng một trong các thiết bị sau:

• Lò chân không
• Lò muối nóng chảy
• Lò có múp kín khí được bảo vệ bằng khí trơ hoặc các chất có thể thu oxy trong lò (như than, phoi gang)
• Dùng giấy kim loại bọc kín bề mặt sản phẩm

Nung sơ bộ

Về mặt cấu trúc luyện kim, nung sơ bộ không có ý nghĩa gì, tuy nhiên nó có tác dụng hạn chế 2 loại ứng suất trong sản phẩm khi được tôi cứng. Loại thứ nhất, ứng suất do nhiệt, ứng suất này sinh ra do do thay đổi nhiệt độ, thay đổi càng đột ngột thì ứng suất này càng lớn. Loại thứ 2 sinh ra do biến đổi tổ chức khi thay đổi nhiệt độ (ví dụ từ ferit sang austenit). Nếu đồng thời sảy ra cả 2 ứng suất trên, thì ứng suất tổng sẽ rất lớn, có thể gây biến dạng thậm chí là nứt hoặc vỡ. Vì lý do đó, nung sơ bộ cần được quan tâm đúng mức.

Với thép khuôn bền nguội ví dụ như thép SKD11, nên tiến hành 2 giai đoạn nung sơ bộ. Giai đoạn 1 giử ở nhiệt độ khoảng 650 – 700  với tốc độ nung không nên vược quá 220^oC /h, giai đoạn 2 là  khoảng 810^oC – 870^oC. Tại 2 giai đoạn này, thời gian giử nhiệt cần đủ để cân bằng nhiệt độ bề mặt và trong lõi (thời gian giử nhiệt phụ thuộc vào chiều dày sản phẩm).

Nung đến nhiệt độ tôi và giử nhiệt để tôi

Nhiệt độ tôi và thời gian giử nhiệt là 2 yếu tố quan trọng nhất của quá trình này, tuy nhiên nhiệt độ tôi đóng vai trò quan trọng hơn. Nhiệt độ và thời gian sẽ quyết định lượng carbide được hoà tan trong austenit và thành phần của nó. Sau khi được nung sơ bộ ở giai đoạn 2, nâng nhiệt đến nhiệt độ tôi càng nhanh càng tốt, tốc độ nung không nên nhỏ hơn 150^oC/h.

Với một mác vật liệu ứng với một thành phần nhất định nhà sản xuất sẽ đưa ra một nhiệt độ tôi hợp lý. Với loại vật liệu SKD11 thì nhiệt độ tôi được chọn trong khoảng 1020^oC -1050^oC. Nhiệt độ tôi được chọn dựa vào yêu cầu cụ thể của từng loại khuôn có tính chất nào được coi là quan trọng hơn cả. 

Để chọn được nhiệt độ tôi thích hợp người ta thường dựa vào độ cứng cần đạt sau khi tôi. Đường cong tôi biểu thị sự phụ thuộc của độ cứng sau tôi với nhiệt độ tôi, đối với thép D2 (SKD11) đường cong tôi được thể hiện trên hình 6.18  Đây là yếu tố rất quan trọng giúp người nhiệt luyện xác định nhiệt độ tôi hợp lý.

Ngoài nhiệt độ tôi có tính chất quyết định đến chất lượng sản phẩm, thời gian giử nhiệt cũng là một yếu tố cần quan tâm. Thời gian giử nhiệt, ngoài yếu tố ảnh hưởng đến độ cứng và cơ tính, còn có nhiệm vụ làm đồng đều nhiệt độ hạn chế sự biến dạng trong quá trình làm nguội. Vùng nhiệt độ tôi của loại  thép này là tương đối cao nên hạt tinh thể lớn tương đối nhanh vì thế thời gian giử nhiệt cần phải hạn chế, nên chọn thời gian ngắn nhất có thể.

Với nhiệt độ tôi trong khoảng 1020^oC -1050^oC, thời gian giử nhiệt có thể các định như sau: t = (x + 39)/2 [28]

Trong đó t là thời gian giử nhiệt (phút), s là chiều dày khuôn (mm)

Làm nguội

Tôi là làm nguội sản phẩm từ nhiệt độ austenit hoá (nhiệt độ tôi) đến nhiệt độ chuyển biến martensit để chuyển austenit thành martensit. Tốc độ làm nguội, cũng giống như sự đồng đều nhiệt độ, có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc và tính chất cơ lý của sản phẩm. Trong trường hợp lý tưởng, quá trình tôi sẽ nhận được tổ chức martensite. Tổ chức này sau khi ram có thể cho ta sản phẩm có độ dai và độ chịu mài mòn tốt nhất. Để làm được điều này thì tốc độ làm nguội phải đủ lớn để tránh tạo ra tổ chức bainite, pearlite hay ferrite. Trong quá trình tôi, lõi sẽ được làm nguội chậm hơn và như thế khả năng không tạo thành martensite trong lõi là rất cao.

Mỗi một mác vật liệu sẽ có một đường cong làm nguội đặc trưng. Với thép SKD11, đường cong làm nguội với nhiệt độ tôi 1030 ^oC được thể hiện trên hình…

Ram

Cho đến nay ,một số chi tiết lớn được làm từ các loai thép này ,nhiệt độ ram từ 180_120 ^oC,cho độ cứng 61_63HRC miễn là sử dụng nhiệt độ tôi thông dụng và các phần không quá dày.

Độ cứng giảm xuống khi nhiệt độ ram tăng lên nhưng nếu  nhiệt độ tôi  tăng lên đáng kể có thể sinh ra  những peak độ cứng thứ cấp trên đường cong ram. Nhiệt độ  tại thời điểm xuất hiện các peak độ cứng thứ cấp khi nhiệt tôi tăng lên.Kết quả thu được chỉ ra ở hình 6.21

*Ram ở 450  ^oC,

Lương austenit dư  giống như sau khi tôi(hình 6.19),gia công lạnh trước khi ram lượng austenit dư giảm,kêt quả là độ cứng tăng.

*Ram ở 500 ^oC,

Lượng austenit dư trong mẫu tôi ở 1000 ^oC, giảm từ 30% xuống 10%.Có sự phân hủy  khi tôi đến 1200 ^oC,.Tôi ở 1100 ^oC, độ cứng cao nhất .Gia công lạnh không ảnh hưởng đến độ cứng cho tới 115 ^oC,0 và độ cứng tăng lên khi nhiệt độ cao hơn.

*Ram ở 550 ^oC,

Tất cả lượng austenit dư thu được khi tôi ở 1000 ^oC, bi phân hủy.Độ cứng lớn nhất có thể đạt được 62HRC,bằng cách tôi phân cấp tới 1175 ^oC,,lượng austenit dư còn khoảng 50% sau tôi.Nếu gia công lạnh trước khi ram độ cứng chỉ còn 57HRC

*Ram ở 600 ^oC,

Lượng austenit dư bị phân hủy ở tất cả các mẫu .Tôi ở nhiệt độ 1150 ^oC, cho độ cứng lớn nhất ,khi đó có thể bỏ qua gia công lạnh.

Độ cứng cao,khoảng 64HRC ở các phần mỏng sau tôi và ram ở 180,hiếm khi đạt được ở vật dày ở đường kính >75mm,khi tôi trong dầu hay trong bể tôi mactenxit

Nếu D2 được tôi ở nhiệt độ cao hơn 1050 ^oC và ram ở 525 ^oC ,độ cứng sẽ giảm không phụ thuộc vào kích thước mẫu. Ưu điểm của cách xử lý này là lượng austenit dư sẽ phân hủy trong suốt quá trình ram.Do đó làm việc dưới áp suất cao co thể được áp dụng đối với loại thép này có thể tránh được các rủi ro và các ảnh hưởng bất lợi khi mactenxit chưa ram được hình thành [Thel].

Sự thay đổi kích thước trong quá trình tôi, ram

Share0

Tweet

Share

Giản đồ TTT của thép được cân nhắc là một giản đồ quan trọng của chuyển biến không cân bằng. Giản đồ TTT là rất quan trọng được ứng dụng trong công nghệ nhiệt luyện đẳng nhiệt, xác định tốc độ tôi tới hạn. Ở Việt Nam hay dùng thuật ngữ đường cong chữ C vì hình dạng của giản đồ TTT có dạng chữ C.

Giản đồ TTT được gọi là giản đồ biến đổi đẳng nhiệt hoặc giản đồ chuyển biến – thời gian -nhiệt độ. Nó thể hiện hàm logarit giữa nhiệt độ và thời gian. Ứng dụng thông dụng của giản đồ TTT là hiểu chuyển biến của thép hợp kim từ nhiệt độ cao với điều kiện làm nguội không cân bằng và yêu cầu đặc điểm cấu trúc quan trọng.

– Những điểm chú ý quan trọng của giản đồ TTT của thép là:

1. Giản đồ thép TTT  được xây dựng cho từng mác thép. Do đó với mỗi mác thép cần xây dựng các giản đồ TTT khác nhau.
2. Giản đồ này chỉ được hiểu khi thép được làm nguội ngay lập tức từ nhiệt độ austenit hóa đến nhiệt độ chuyển biến (pha) và giữ cố định để chuyển biến xảy ra hoàn toàn.
3. Giản đồ thép TTT được sử dụng để giải thích những khái niệm liên quan tới động học cân bằng và không cân bằng trong thay đổi của thép.

Hình vẽ mô tả giản đồ TTT cho thép cùng tinh.

Như trình bày ở trên, giản đồ TTT cho thép cùng tinh. Với mỗi thành phần, ở đó sẽ có sự khác nhau nhỏ trên đường cong giản đồ. Giản đồ chuyển biến TTT thể hiện mỗi quan hệ giữ nhiệt độ (Temperature) – Thời gian (Time) – Đường chong Chuyển biến pha (Tranformation). Điều này có nghĩa chuyển biến pha phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian và cơ chế làm nguội.

– Sử dụng giản đồ TTT để xác định?

1. Chế độ nhiệt luyện đẳng nhiệt, ví dụ thời gia giữ khi tôi phân cấp và tôi đẳng nhiệt.
2. Tốc độ làm nguội tới hạn, đây chính là cơ sở để xác định độ thấm tôi và chọn môi trường tôi thích hợp cho mỗi loại thép
3. Tổ chức và cơ tính của thép ứng với các chế độ nhiệt luyện khác nhau

-Các yếu tố ảnh hưởng tói giản đồ TTT (đường cong chữ C)?

1. Hàm lượng C: Tăng hàm lượng cacbon đường cong chữ C dịch sang phải, có nghĩa tăng tính ổn định của austenit
2. Nguyên tố hợp kim: các nguyên tố hợp kim không chỉ ảnh hưởng đến vị trí mà còn ảnh hưởng tới hình dáng của đường cong chữ C. Khi hòa tan vào austenit, tấ cả các nguyên tố hợp kim trừ Coban làm chậm tốc độ phân hóa đẳng nhiệt của austenit, tức làm đường cong chữ C dịch sang phải. Nguyên nhân do nguyên tố hợp kim làm chậm quá trình khuếch tán, do chuyển biến austenit thành ferrit + cacbit cần thời gian dài hơn. Lượng nguyên tố hợp kim trong austenit càng cao, tính ổn định của austenit quá nguội càng cao. Trong đó các nguyên tố tố hợp kim không tạo thành cacbit chỉ làm đường cong chữ C dịch sang phải mà không làm thay đổi hình dáng của đường cong chữ C. Trái lại nhũng nguyên tố tạo thành cacbit mạnh như Cr, Mo, W và V khôn chỉ dịch chuyể đường cong chữ C sang phải mà còn chia đường cong chữ C làm hai trên và dưới. Đường cong chữ C ở trên chuyển biến thành tổ chức Peclit, Xoocbit, trustit. Còn đường cong dưới chuyển thành Bainit.
3. Nhiệt độ và thời gian austenit hóa: hai thông số này ảnh hưởng tới thành phần và sự đồng nhất của austenit nên cũng ảnh hưởng đến tính ổn định của nó cũng như vị trí đường cong chữ C.

Share0

Tweet

Share

Giới thiệu về nhiệt luyện của thép C45 và thép 40Cr

Xử lý nhiệt luyện cho thép: đây là quá trình xử lý thép ở trạng thái rắn, thép được nâng nhiệt, giữ nhiệt và làm nguội trong môi trường thích hợp nhằm thu được cấu trúc và tính chất mong muốn. Thông thường ở Việt Nam độ cứng là tính chất qua trọng nhất khi nhiệt luyện một mác thép. Khách hàng sẽ kiểm tra độ cứng, sau đó các tính chất khác được được kiểm chứng trong quá trình làm việc của chi tiết. Thông thường quá trình nhiệt luyện chỉ làm thay đổi cấu trúc bên trong mà không thay đổi hình dạng của chi tiết.

Quá trình xử lý nhiệt cải thiện đáng kể cơ tính của thép, tăng độ bền, độ dai và tuổi thọ của chi tiết, tăng độ cứng và khả năng chống mài mòn. Do đó hầu hết các chi tiết cơ khí đều phải qua nhiệt luyện.
Xử lý nhiệt có thể đồng thời thời tăng hiệu suất/năng suất sử dụng của chi tiết, do đó nhiệt luyện đóng vai trò qua quan trọng trong công nghiệp chế tạo cơ khí. Hai mác thép C45 và 45Cr là hai mác thép phổ biến trong sản xuất cơ khí.

Quá trình sau tôi xong ram cao ngay gọi là nhiệt luyện hóa tốt. Dạng nhiệt luyện này được sử dụng rộng rãi trong các chi tiết quan trọng, đặc biệt đối với trục, bánh răng, bulong…làm việc trong điều kiện tải thay đổi.

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

1. Thép 45– Thép kết cấu cacbon trung bình chất lượng cao

Mác thép 45 là theo tiêu chuẩn GB, còn theo tiêu chuẩn nhật là S45C, tiêu chuẩn Mỹ ASTM là 1045080m46, theo tiêu chuẩn Đức Din là mác C45. Mác thép 45 có thành phần các bon trung bình, thành phần cacbon từ 0.42-0.45%, thành phần Si khoảng 0.17-0.37%, thành phần Mn trong khoảng 0.5-0.8%, thành phần Cr khoảng 0.25%.

Đây là mác thép có cơ tính nhất định, giá thấp và nguồn cung ứng nhiều, do đó được sử dụng rộng rãi trong sản xuất. Nhưng một trong những điểm yếu lớn nhất của thép là độ cứng thấp, những chi tiết lớn và yêu cầu cao không nên sử dụng.
Chế độ nhiệt luyện khuến cáo cho mác thép 45 như sau: thường hóa ở 850 ℃, tôi ở 840 ℃ và ram ở 600 ℃.
1. Thép 45 chất lượng khi tôi có độ cứng cao hơn HRC55 (trên HRC62) sau khi tôi và trước khi ram. Độ cứng sử dụng là HRC55 (thông thường sau tôi HRC58)
2. Thép 45 không thích hợp cho qua trình thấm cacbon và tôi
Nhiệt độ tôi và ram của thép 45:

Nhiệt độ tôi của thép C45 có giá trị A3 + (30-50) ℃. Trong thực tế, nhiệt độ cao hơn nhiệt độ giới hạn được thực hiện. Nhiệt độ tôi cao hơn có thể tăng tốc độ nâng nhiệt, giảm quá trình hình thành oxit trên bề mặt và tăng năng suất công việc. Với mục đích đồng nhất pha austenit toàn chi tiết, nhiệt độ giữ phải đủ. Đối với chi tiết dày và lớn, thời gian giữ nhiệt được tính dài hơn.
Nói các khác, độ cứng có thể không đạt nếu thời gian giữ nhiệt ngắn. Tuy nhiên, nếu thời gian giữ nhiệt quá dài, khuyết tật như hạt thô và quá trình thoát các bon có thể xảy ra, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm tôi.  Theo y kiến của chúng tôi, nếu mẻ nhiệt luyện lớn hơn yêu cầu trinh các tài liệu, thời gian nâng và giữ nhiệt cần thêm 1/5 lần thời gian theo quy trình.  Bởi vì độ cứng thép 45 thấp, do đó dung dịch 10% nước muối nên đc sử dụng vì có tốc độ làm nguội nhanh.

Sau khi nhiệt luyện thép 45 nên có độ cứng 56-59 HRC, và trên toàn chi tiết, độ cứng lõi có thể thấp hơn, nhưng không thể thấp hơn 48 HRC. Nếu không, điều đó có nghĩa chi tiết không được tôi hoàn toàn, và có thể tồn tại cấu trúc ferrit. Và cấu trúc này sẽ tiếp tục tồn tại sau khi ram, và do đó mục đích của nhiệt luyện không đạt được. Thép 45 thông thường được ram cao, nhiệt độ sử dụng trong khoảng 560 ~ 600 ℃, và độ cứng yêu cầu 22 ~ 34 HRC. Bởi vì mục đích của ram thép thu được cơ tính tổng hợp, do đó khoảng độ cứng biến thiên trong một khoảng rộng. Tuy nhiên, nếu độ cứng trong bản vẽ được yêu cầu, nhiệt độ ram nên được điều chỉnh theo bản bản vẽ để chắc chắn thu được độ cứng. Ví dụ, đối với các trục yêu cầu độ bền và độ cứng cao, trong khi một vài loại bánh răng và chi tiết trục cần phay và sẻ rãnh sau khi ram, cho nên yêu cầu độ cứng thấp hơn.

Đối với thời gian giữ nhiệt, phụ thuộc và độ cứng yêu cầu và hình dạng của chi tiết. Chúng tôi cho rằng độ cứng sau khi ram phụ thuộc vào nhiệt độ ram, thời gian ram ảnh hưởng ít hơn, nhưng phải đủ thời gian chuyển biến. Thông thường thời gian giữ nhiệt nhiều hơn một giờ,

Thép 45 đã từng được sử dụng để thấm cacbon, pha mactenxit cứng và giòn hơn sẽ suất hiện trong lõi sau tôi, điều này làm giảm ưu điểm của quá trình thấm cacbon. Hiện nay các mác thép thấm có thành phần cacbon không cao. Thành phần cacbon cho lõi khoảng 0.3% cho những ứng dụng yêu cầu độ bền. Quá trình tôi + ram và tôi bề mặt được sử dụng một phần thay thế cho công nghệ thấm cacbon

2. Thép 40 Cr – Thép hợp Kim kết cấu

Thép 40Cr là thép hợp kim theo tiêu chuẩn GB3077. Thành phần cacbon trong mác thép khoảng 0.37% ~ 0.44%, thành phần cacbon thấp hơn trong mác thép 45 một chút. Thành phần Si và Mn cân bằng, và thành phần Cr khoảng 0.80% ~ 1.10%. Thành phần hóa học mác thép cho trong bảng dưới đây:

Bởi vì giá của thép 40Cr hơn một nửa so với thép 45, do đó thép 40Cr chỉ nên dùng với chi tiết yêu cầu độ thấm tôi lớn.

Cơ tính thép 40Cr

Độ cứng mác thép 40Cr sau nhiệt luyện

Sau nhiệt luyện (tôi + ram), độ cứng của mác 40Cr trong khoảng 32-36 HRC, tương đương 301-340 HB. Một số độ cứng sau các chế độ nhiệt luyện:

• Sau tôi dầu ở nhiệt độ 830℃-860℃: 55HRC
• Sau ram ở 150℃: 55HRC
• Sau ram ở 200℃: 53HRC
• Sau ram ở 300℃: 51HRC
• Sau ram ở 400℃: 43HRC
• Sau ram ở 500℃: 34HRC
• Sau ram ở 550℃: 32HRC
• Sau ram ở 600℃: 28HRC
• Sau ram ở 650℃: 24HRC
• Sau ram ở 700℃ tempering: 20HRC

Tham khảo: Nhiệt luyện thép S50c và nhiệt luyện thép S55c

Share0

Tweet

Share

Nhiệt luyện khử ứng suất được dùng để giải phóng ứng suất còn tích trữ trong cấu trúc vật liệu sau các khâu gia công trước đó. Định nghĩa này giúp phân biệt nhiệt luyện khử ứng suất và nhiệt luyện sau khi hàn vì nhiệt luyện sau khi hàn, ngoài mục đích giảm ứng suất còn có mục đích khác là cải thiện tổ chức tế vi hoặc tính chất của vùng mối hàn. Ví dụ, các sản phẩm hàn bằng thép ferrite được nhiệt luyện tiếp theo để nâng cao độ dai va đập cho vùng-ảnh-hưởng-nhiệt (Heat affected zones – HAZ). Ngoài ra, các sản phẩm làm bằng thép austenite hoặc hợp kim màu cũng được nhiệt luyện sau hàn để nâng cao khả năng chống ăn mòn trong môi trường.

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

Nhiệt luyện khử ứng suất là sự nung nóng đồng nhất trên toàn bộ hoặc một phần của chi tiết đến một nhiệt độ thích hợp ở dưới khoảng nhiệt độ chuyển biến (nhiệt độ Ac1 với thép ferrite), giữ tại nhiệt độ đó trong thời gian xác định và làm nguội đồng nhất sau đó. Với hình thức nhiệt luyện này, cần chú ý khi làm nguội để đảm bảo chi tiết được làm nguội được đồng nhất, đặc biệt là với các chi tiết có kích thước thay đổi. Nếu tốc độ làm nguội không được kiểm soát tốt (không ổn định hoặc không đồng nhất tại các vị trí khác nhau) thì có thể sinh ra ứng suất mới tương đương hoặc thậm chí còn lớn hơn ứng suất trước nhiệt luyện.

Nhiệt luyện khử ứng suất cũng có thể làm giảm độ sai lệch hình dạng và ứng suất lớn xuất hiện sau khi hàn, những nhân tố có thể ảnh hưởng đến khả năng làm việc của chi tiết. Các ứng suất dư loại này có thể dẫn đến hiện tượng nứt vỡ do ăn mòn ứng suất (Stress Corrosion Cracking – SCC) ở gần mối hàn hay tại những phần chi tiết đã trải qua biến dạng nguội. Bên cạnh đó, bản thân biến dạng nguội cũng làm giảm đáng kể độ bền chống dão tại nhiệt độ cao của vật liệu.

Các loại ứng suất dư trong thép ferrite làm giảm khả năng chống phá hủy giòn của thép. Kể cả đối với các loại vật liệu không có xu hướng phá hủy giòn, như thép không gỉ austenite chẳng hạn, ứng suất dư làm tăng độ nhạy cảm với phá hủy do ăn mòn ứng suất ngay cả trong các môi trường tưởng như tương đối “an toàn” cho loại thép này.

Có rất nhiều nguyên nhân sinh ra ứng suất dư. Ứng suất dư có thể sinh ra trong quá trình gia công vật phẩm từ thỏi đúc đến thành phẩm. Các khâu gia công có thể tạo thành ứng suất dư có thể kể đến: cán, đúc, rèn hoặc cắt, uốn, kéo, gia công cơ (tiện, phay,…) và nguyên công hàn. Trong các quá trình gia công này, ứng suất dư sẽ xuất hiện khi vật liệu chịu áp lực vượt quá giới hạn đàn hồi và quá trình chảy dẻo xảy ra.

Thao tác uốn các chi tiết dạng thanh tại nhiệt độ mà vật liệu chế tạo chi tiết đó không thể hồi phục (quá trình hồi phục – recovery – không xảy ra được) sẽ dẫn đến kết quả là trên bề mặt chi tiết xuất hiện các vùng ứng suất dư khác nhau, một bên bị ứng suất kéo và bên đối diện chịu ứng suất nén.

Thao tác tôi các chi tiết có chiều dày lớn sẽ dẫn đến kết quả là lớp bề mặt có ứng suất nén dư. Ứng suất nén dư này được cân bằng bởi ứng suất kéo dư bên trong thể tích khối vật liệu.

Mài cũng là một nguồn sinh ra ứng suất dư. Ứng suất dư đó có thể là dạng kéo hay dạng nén tùy thuộc vào thao tác mài như thế nào. Mặc dù các ứng suất dư sau mài chỉ xuất hiện ở lớp rất mỏng trên mặt chi tiết nhưng chúng cũng có thể làm cho các chi tiết mỏng bị cong vênh.

Hàn: Ứng suất dư sau Hàn rất được quan tâm nghiên cứu. Ứng suất dư do quá trình nâng hạ nhiệt quá nhanh khi hàn có thể phát triển trên diện rộng, trải khắp chiều dài của chi tiết hoặc cũng có thể chỉ co cụm ở một số vùng tế vi. Các ứng suất dư tập trung kiểu này đôi khi có thể vượt quá giới hạn chảy của vật liệu tại nhiệt độ thường.

Share0

Tweet

Share

Xử lý nhiệt đã có một lịch sử lâu dài của sự phát triển và được coi công nghệ đã hoàn thiện .Nhưng thực tế trong sản xuất chúng ta đã sử lý nhiệt thông minh chưa? .Để xây dựng hoàn thiện một quy trình sử lý nhiệt thông minh dựa trên nguyên tắc , và cơ sở gì…Trong bài viết này chúng tôi sẽ trình bày khái quát về những nội dung này

1.Xử lý nhiệt thông minh được hiểu như thế nào

• Chi phí sản xuất là thấp nhất mà đạt được chất lượng cao sản phẩm (thỏa mãn yêu cầu khắt khe của khách hàng). Giảm phế phẩm và tiết kiệm nguyên vật liệu đầu vào.Tiết kiệm năng lượng và nguyên vật liệu trong sản xuất. Cần nhấn mạnh phải đạt được chất lượng cao của sản phầm.
• Tối ưu hóa hoạt động của thiết bị, tăng năng suất sản xuất
• Thân thiện với người lao động và môi trường

2.Công cụ hỗ trợ xây dựng quy trình xử lý nhiệt luyện thông minh

-Cảm biên đo và thiết bị đo : Trong công nghệ xử lý nhiệt những sensor đo nhiệt độ ,áp suất, nồng độ khí thấm…Những thông số này có quan hệ trực tiếp đến kết quả của quá trình thấm. Sau đó những thiết bị đo kết quả xử lý nhiệt như độ cứng, chiều dày lớp thấm tôi…liên quan tới chất lượng (yêu cầu của khách hàng). Sự chính xác của kết quả đo là hết sức quan trong xây dựng các mô hình , thử nghiệm và kiểm soát quá trình xử lý nhiệt trong sản xuất.

-Máy tính và các phần mền: Công nghệ thông tin phát triển cho phép máy tính trở thành công cụ thiết yếu cho xử lý nhiệt.

+Máy tính giúp kiểm soát quá trình sử lý nhiệt : Nhờ các thông số đo được chính xác từ thiết bị cảm ứng , các chương trình sẽ giúp nhân viên theo dõi các diễn biến xảy ra đối với vật liệu và các thành phần khác.

+ Các phần mền mô phỏng : Cũng chính nhờ các thiết bị cảm biến chính xác đã nâng cao tính chính xác của dữ liệu. Kết hợp với những hiểu biết về phản ứng của vật liệu . Giúp cho chúng ta xây dựng các phần mền mô phỏng lại hoặc dự đoán các phản ứng của vật liệu với các thông số, mà từ đó cho phép xác định tính chất của sản phẩm. Mô phỏng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng vì xử lý nhiệt thường làm việc với nhiệt độ cao. Do đó chi phí cho các thí nghiệm thực tế thường lớn hoặc kho thực hiện.Thực tế các kết quả mô phỏng đã rất sát với quá trình thực tế.

Sử dụng mô phỏng giúp tối ưu quá trình sản xuất từ đó giảm phế liệu, tỷ lệ sai hỏng. Giảm thử và sai khi thử nghiệm các thông số mới.Ngoài ra cho phép dung sai chặt chẽ hơn đạt được thông qua xử lý nhiệt

 3.Nguyên tắc Just-in-Time trong xử lý nhiệt

Nội dung nguyên tắc: Xử lý công việc ngay trong thời gian hợp lý nhất của nó,bắt đầu từ nguyên liệu đến thành phẩm sao cho hiệu suất sản xuất là cao nhất. Cụ thể là sử dụng các nguồn nhân lực ( con người , năng lượng,thiết bị..) sao cho đạt được yêu cầu sản phẩm.Muốn đạt mục tiêu này cần ghi nhớ những khía cạnh quan trọng của xử lý nhiệt cần thiết cho thành cong của JIT :

+ Để biết, luyện kim, những gì cần thiết để hoàn thành.

+ Có thể dự đoán kết quả của một hoạt động xử lý nhiệt.

+Để có thể lặp lại được và  xây dựng trong quá trình này.

+ Sử dụng nhiệt của khí nóng.

+Để nhận thức được thay đổi để hoạt động sản xuất khác.

+Không thỏa hiệp về chất lượng.

+Tính được chi phí sản xuất

+Thiết kế thiết bị và tự động hóa

*JIT và CPC ( quá trình kiểm soát kỹ thuật) làm cho chất lượng và chi phí của các sản phẩm cạnh tranh

4.Quản lý Total quality mângement (TQM)

Bao gồm :

Xử lý nhiệt+Just In time+kiểm soát quá trình chặt chẽ+ Thu thập dữ liệu

để có thê cung cấp những thông tin cần thiết cho khách hàng

Xử lý nhiệt thông minh

-Quy trình giám sát và kiểm soát máy tính thực hiện đúng cách có thể giúp xử lý, nhiệt:

• Để kiểm soát chi phí.
• Cải thiện kế hoạch.
• Năng suất Boost.
• Tối ưu hóa hoạt động của thiết bị.
• Nâng cao Chất lượng của sản phẩm.

-Trong xử lý nhiệt đòi hỏi việc thu thập và phân tích số liệu lớn , bao gồm quá trình biến đổi theo thời gian và nhiệt độ ví dụ như trong thấm cacbon.Thu thập dữ liệu cần phải thực hiện theo thứ tự và chính xác. Việc thu thập dữ liệu đúng là cơ sở cho kiểm soát và mô tả đúng.

5.Ứng dụng về xử lý nhiệt thông minh

Kỹ thuật này được sử dụng cho hầu như tất cả các quá trình bề mặt sửa đổi xử lý nhiệt và chủ yếu để sản xuất các bộ phận quan trọng. Các quy trình bao gồm thấm cacbon, thấm nitơ, ủ , ủ khử ứng suất … Ngoài ra, nó cũng được áp dụng cho một phạm vi rất rộng với các hình dạng chi tiết  và vật liệu. Đến nay, hầu hết các các bộ phận làm bằng thép hợp kim thấp khác nhau, chẳng hạn như AISI 4140, 4335 và 4340, vv Tuy nhiên, kỹ thuật này cũng có thể được áp dụng cho các kim loại khác và hợp kim

6.Kết luận

-Thiết kế các quy trình xử lý nhiệt có thể được cải thiện và thực hiện hiệu quả hơn thông qua mô phỏng số .

-Việc kiểm soát máy tính đã  hỗ trợ cung cấp xử lý nhiệt do đó  đáp ứng yêu cầu khắt khe nhất của khách hàng về yêu cầu vật liêu

– Nhiệt độ trong quá trình xử lý nhiệt đã được kiểm soát tốt hơn nhờ cảm biến nhiệt và phần mền máy tính phát triển hơn .

– Với quy trình kiểm soát chặt chẽ hơn đã  làm giảm phế liệu , sản phẩm hỏng

-Điều khiển máy tính cho phép công nhân làm việc trong môi trường thân thiện  và thoải mái . Để hoạt động hiệu quả và duy trì thiết bị tiên tiến này , người lao động sẽ là một trong những công nghệ có khả năng cho năng suất cao  nhất trong sản xuất .

-Yêu cầu về công nghệ đòi hỏi người lao động phải được đào tạo và trang bị kiến thức –đây là một khó khăn với sự phát triển công nghệ xử lý nhiệt thông minh.

-Tầm quan trọng của mối quan hệ  chặt chẽ giữa  khách hàng với nhà cung cấp là vô cùng quan trọng. Từ đó cải thiện lợi nhuận của doanh nghiệp và nâng cao chất lượng của sản phẩm

-Để giải quết những thách thức trong tương lai đòi hỏi sự hợp tác giữa  các ngành , chính phủ, và các học viện

7.Bàn luận về ứng dụng xử lý nhiệt thông minh ở Việt Nam

-Hiện nay ngành nhiệt luyện của chúng ta gặp khó khăn trong việc phát triển đầy đủ những nội dung trong nhiệt luyện thông minh.  Về trang thiết bị hầu hết các doanh nghiệp Việt không đồng nhất và không đáp ứng được những yêu cầu cao của điều khiển tự động. Việc nghiên cứu đào tạo của các trường viện còn ít và thiếu liên kết với các doanh nghiệp. Đội ngũ nhân lực đáp ứng được yêu cầu tự động hóa còn thấp. Ngoài ra sự tiêu chuẩn hóa cho vật liệu đầu vào là tương đối khó khăn.

-Tuy vậy chúng ta có thể áp dụng phần nào những nội dung trong xử lý nhiệt thông minh. Có thể các quy trình của chúng ta khó đạt tối ưu nhưng nó sẽ giúp các doanh nghiệp đạt hiệu quả cao hơn trong sản xuất kinh doanh, nâng cao chất lượng sản phẩm

-Để có thể xử lý nhiệt một các thông minh cũng như các ngành công nghiệp khác đòi hỏi  chính phủ phải có định hướng rõ ràng.Tạo điều kiện cho các Trường , Viện và cơ sở sản xuất nghiên cứu và ứng dụng cho sản xuất. Tại xưởng Nhiệt Luyện của  ĐHBKHN có thiết bị cho phép điều khiển quá trình thấm cacbon chính xác. Nếu hệ thống thiết bị đo được liên kết với máy tính sẽ giúp cho quá trình xử lý nhiệt được chính xác hơn, đạt hiệu quả cao hơn.

Share0

Tweet

Share