Phương pháp hóa bền bề mặt

1CH NG 7: CÁC PH NG PHÁP HOÁ B N B M TƯƠ ƯƠ Ề Ề Ặ 7.1. BI N C NG B M TẾ Ứ Ề Ặ 7.1.1. Nguyên lý - Là ph ng pháp bi n d ng l p b m t c a thép đ n m t ươ ế ạ ớ ề ặ ủ ế ộ chi u sâu nh t đ nh làm cho m ng tinh th c a l p này b xô l ch ề ấ ị ạ ể ủ ớ ị ệ ⇒ b bi n c ng, đ b n đ c ng tăng lên. Chi ti t có đ c ng b ị ế ứ ộ ề ộ ứ ế ộ ứ ề m t cao còn trong lõi v n gi đ c đ d o.ặ ẫ ữ ượ ộ ẻ a, Đ nh nghĩaị b, Đ c đi mặ ể - D i tác d ng c a ng su t khi bi n d ng ướ ụ ủ ứ ấ ế ạ γ d ư → M ⇒ làm tăng đ c ng và tính ch ng mài mòn cu b m t;ộ ứ ố ả ề ặ - L p b m t có ng su t nén d do v y tăng gi i g n b n m i;ớ ề ặ ứ ấ ư ậ ớ ạ ề ỏ - Làm m t đi khá nhi u các t t h ng b m t nh v t khía, r ấ ề ậ ỏ ở ề ặ ư ế ỗ làm gi m ngu n g c sinh ra các v t n t m i.ả ồ ố ế ứ ỏ 27.1. BI N C NG B M TẾ Ứ Ề Ặ a, Phun bi - Phun nh ng h t làm b ng thép lò xo đã qua tôi hay gang ữ ạ ằ tr ng v i kích th c 0,5 ắ ớ ướ ÷ 1,5mm lên b m t chi ti t v i t c đ ề ặ ế ớ ố ộ đ t đ n 50 ạ ế ÷ 100m/s, chi u sâu c a l p hoá b n đ t đ n 0,7mm.ề ủ ớ ề ạ ế - Áp d ng phun bi cho các chi ti t làm b ng thép c ng b ng ụ ế ằ ứ ằ h p kim nhôm: lò xo treo, nhíp ô tô, bánh răng h p t c đ và c u ợ ộ ố ộ ầ sau c a ô tô, các lo i tr c thanh truy n. .v.v..ủ ạ ụ ề 7.1.2. Các ph ng pháp bi n c ng b m tươ ế ứ ề ặ 37.1.2. Các ph ng pháp bi n c ng b m tươ ế ứ ề ặ c, D pậ - Là hình th c bi n d ng b m t kim lo i b ng va đ p đ c ứ ế ạ ề ặ ạ ằ ậ ượ gá l p trên máy ho c th c hi n b ng tay.ắ ặ ự ệ ằ - L p bi n c ng có th sâu t i 35mm, đ c áp d ng trong ớ ế ứ ể ớ ượ ụ ch t o máy đ hoá b n các chi ti t l n c a thi t b rèn ép, máy ế ạ ể ề ế ớ ủ ế ị nén thu l c.ỷ ự b, Lăn ép - Lăn ép đ c th c hi n trên máy cán có gá l p m t hay ượ ự ệ ở ắ ộ nhi u bi ho c con lăn ép l c lên chúng là nh lò xo hay h th ng ề ặ ự ờ ệ ố thu l cỷ ự . - Chi u sâu c a l p bi n c ng b m t t i 15mm, th ng áp ề ủ ớ ế ứ ề ặ ớ ườ d ng cho các chi ti t l n.ụ ế ớ 4CH NG 7: CÁC PH NG PHÁP HOÁ B N B M TƯƠ ƯƠ Ề Ề Ặ 7.2. TÔI B M T THÉPỀ Ặ 7.2.1. Nguyên lý chung - Là ph ng pháp nung nóng th t nhanh b m t v i chi u ươ ậ ề ặ ớ ề sâu nh t đ nh lên nhi t đ tôi, khi đó ph n l n ti t di n (lõi) ấ ị ệ ộ ầ ớ ế ệ không đ c nung nóng. Khi làm ngu i nhanh ch có b m t ượ ộ ỉ ề ặ đ c tôi c ng còn lõi v n m m.ượ ứ ẫ ề - Áp d ng đ i v i thép Cacbon trung bình 0,35 ụ ố ớ ÷ 0,55%C G m các ph ng pháp sauồ ươ : - Nung nóng b ng dòng đi n c m ng có t n s cao; ằ ệ ả ứ ầ ố - Nung nóng b ng b ng ng n l a h n h p khí ằ ằ ọ ử ỗ ợ Axetylen – Oxy; - Nung nóng trong ch t đi n phân; ấ ệ - Nung nóng trong mu i ho c kim lo i nóng ch y.ố ặ ạ ả 57.2. TÔI B M T THÉPỀ Ặ 7.2.2. Tôi b ng dòng đi n c m ng có t n s caoằ ệ ả ứ ầ ố - D a trên hi n t ng c m ng đi n tự ệ ượ ả ứ ệ ừ a, Nguyên lý nung nóng b m tề ặ Hình 4.21 - Chi u sâu c a l p b m t có dòng ề ủ ớ ề ặ đi n ch y qua ệ ạ ∆ t l ngh ch v i t n s f ỉ ệ ị ớ ầ ố c a nó theo công th c: ủ ứ ∆: chi u sâu l p b m t có m t đ dòng đi n c m ng cao, cm;ề ớ ề ặ ậ ộ ệ ả ứ ρ : đi n tr su t c a kim lo i nung, ệ ở ấ ủ ạ Ω.cm; µ: đ t th m c a kim lo i nung m/A;ộ ừ ẩ ủ ạ f: t n s c a dòng đi n Hz.ầ ố ủ ệ f. 5030 µ ρ =∆ 67.2.2. Tôi b ng dòng đi n c m ng có t n s caoằ ệ ả ứ ầ ố b, Ch n t n s và thi t bọ ầ ố ế ị - T n s dòng đi n quy t đ nh chi u dày l p nung nóng do ầ ố ệ ế ị ề ớ đó quy t đ nh chi u sâu l p tôi c ng;ế ị ề ớ ứ - Th ng ch n di n tích l p tôi c ng b ng 20% ti t di n;ườ ọ ệ ớ ứ ằ ế ệ - Chi u dày l p tôi t ng ng v i thi t b có t n s và ề ớ ươ ứ ớ ế ị ầ ố công su t nh sau:ấ ư ∆ = 4 ÷ 5mm c n ầ f = 2500 ÷ 8000Hz, P ≥ 100kW; ∆ = 1 ÷ 2mm c n ầ f = 66000 ÷ 250000Hz, P = 50 ÷ 100kW. 77.2.2. Tôi b ng dòng đi n c m ng có t n s caoằ ệ ả ứ ầ ố c, Các ph ng pháp tôiươ - Nung nóng r i làm ngu i toàn b m t, áp d ng cho các ồ ộ ề ặ ụ b m t tôi nh ;ề ặ ỏ - Nung nóng r i làm ngu i tu n t t ng ph n riêng bi t, áp ồ ộ ầ ự ừ ầ ệ d ng khi tôi bánh răng, tr c kh u;ụ ụ ử - Nung nóng r i làm ngu i liên t c liên ti p, áp d ng đ i ồ ộ ụ ế ụ ố v i các chi ti t dài.ớ ế 87.2.2. Tôi b ng dòng đi n c m ng có t n s caoằ ệ ả ứ ầ ố d, T ch c và tính ch t c a thép sau khi tôi c m ngổ ứ ấ ủ ả ứ * T ch cổ ứ - Nhi t đ chuy n bi n pha Acệ ộ ể ế 1, Ac3 nâng cao lên do v y ậ đ tôi ph i l y cao h n so v i tôi th tích thông th ng là 100 ộ ả ấ ơ ớ ể ườ ÷ 2000C; - Đ quá nhi t cao nên t c đ chuy n bi n pha khi nung ộ ệ ố ộ ể ế r t nhanh, th i gian chuy n ng n h t ấ ờ ể ắ ạ γ nh m n nên sau khi ỏ ị tôi đ c ượ M r t nh m n;ấ ỏ ị - Đ đ m b o h t nh sau khi tôi c m ng tr c đó thép ể ả ả ạ ỏ ả ứ ướ ph i đ c nhi t luy n tôi + ram cao thành ả ượ ệ ệ X ram t ch c sau ổ ứ khi tôi c m ng là b m t M hình kim nh m n lõi ả ứ ề ặ ỏ ị X ram. 97.2.2. Tôi b ng dòng đi n c m ng có t n s caoằ ệ ả ứ ầ ố * C tínhơ - Sau khi tôi c m ng thép có c tính là:ả ứ ơ + B m t đ c ng đ t 55 ề ặ ộ ứ ạ ÷ 62HRC; + Lõi d o dai kho ng 20 ẻ ả ÷ 30HRC; + L p b m t ch u ng su t nén d có th t i 800N/mmớ ề ặ ị ứ ấ ư ể ớ 2. ⇒ Do đó chi ti t sau tôi có nh ng đ c đi m dau:ế ữ ặ ể + V a ch u đ c ma sát, mài mòn v a ch u t i tr ng tĩnh ừ ị ượ ừ ị ả ọ và va d p cao, r t thích h p v i bánh răng tr c truy n, ch t ậ ấ ợ ớ ụ ề ố tr c khu u,…ụ ỷ + Ch u m i cao;ị ỏ + Ch u u n, xo n t t.ị ố ắ ố 10 7.2.2. Tôi b ng dòng đi n c m ng có t n s caoằ ệ ả ứ ầ ố e, u, nh c đi mƯ ượ ể * u đi mƯ ể - Năng su tấ cao do th i gian nóng ng n;ờ ắ - Ch t l ng t tấ ượ ố : tránh đ c các khuy t t t nh Ôxy hoá, ượ ế ậ ư thoát cacbon, đ bi n d ng th p;ộ ế ạ ấ - D c khí hoá, t đ ng hoá.ễ ơ ự ộ ⇒ Tôi c m ng đ c đáp ng r ng rãi trong s n xu t hàng ả ứ ượ ứ ộ ả ấ lo t l n cho các chi ti t mà b m t không quá ph c t p.ạ ớ ế ề ặ ứ ạ * Nh c đi mượ ể - Khó áp d ng cho các chi ti t có hình dáng ph c t p, ti t ụ ế ứ ạ ế di n thay đ i đ t ng t; ệ ổ ộ ộ - Khi s n xu t đ n chi c hàng lo t nh , tính kinh t th p.ả ấ ơ ế ạ ỏ ế ấ 7.2.3. Tôi b ng ng n l aằ ọ ử - Tham kh oả 11 CH NG 7: CÁC PH NG PHÁP HOÁ B N B M TƯƠ ƯƠ Ề Ề Ặ 7.3. HOÁ NHI T LU NỆ Ệ 7.3.1. Nguyên lý chung - Hoá nhi t luy n là ph ng pháp nhi t luy n nh th m, bão ệ ệ ươ ệ ệ ư ấ hoà nguyên t hoá h c vào b m t c a thép b ng cách khu ch ố ọ ề ặ ủ ằ ế tán tr ng thái nguyên t t môi tr ng bên ngoài vào và ở ạ ử ừ ườ ở nhi t đ cao, đ làm thay đ i thành ph n hoá h c do đó làm ệ ộ ể ổ ầ ọ bi n đ i t ch c và tính ch t c a l p b m t theo m c đích đã ế ổ ổ ứ ấ ủ ớ ề ặ ụ đ nh. ị a, Đ nh nghĩa và m c đíchị ụ 12 7.3.1. Nguyên lý chung M c đích:ụ + Nâng cao đ c ng, tính tr ng mài mòn và đ b n m i c a ộ ứ ố ộ ề ỏ ủ chi ti t v i hi u qu cao so v i tôi b m t nh th m Cacbon, ế ớ ệ ả ớ ề ặ ư ấ Ni-t , Cacbon – Nit ;ơ ơ + Nâng cao tính ch ng ăn mòn đi n hoá và hoá h c nh ố ệ ọ ư th m Crôm, Al, Si.ấ b, Các giai đo n hoá nhi t luy nạ ệ ệ Khi ti n hành hoá nhi t luy n ng i ta đ t chi ti t thép vào ế ệ ệ ườ ặ ế môi tr ng (r n, l ng, ho c khí) có kh năng phân hoá ra ườ ắ ỏ ặ ả nguyên t ho c nguyên t c n th m (khuy ch tán) r i nung ử ặ ố ầ ấ ế ồ nóng đ n nhi t đ thích h p. Các giai đo n n i ti p nhau x y ế ệ ộ ợ ạ ố ế ả ra nh sau:ư 13 7.3.1. Nguyên lý chung + Phân hoá: - Là quá trình phân tích phân t , t o nên nguyên t ho t ử ạ ử ạ c a nguyên t c n đ nh th mủ ố ầ ị ấ . + H p th : ấ ụ - Là giai đo n nguyên t ho t đ c h p th vào b m t ạ ử ạ ượ ấ ụ ề ặ thép v i n ng đ cao, t o ra đ chênh l ch n ng đ gi a b ớ ồ ộ ạ ộ ệ ồ ộ ữ ề m t và lõiặ . + Khuy ch tán:ế - Là giai đo nạ nguyên t ho t l p h p th s đi sâu vào ử ạ ở ớ ấ ụ ẽ bên trong theo c ch khuy ch tán, t o nên l p th m v i chi u ơ ế ế ạ ớ ấ ớ ề sâu nh t đ nh. ấ ị 14 7.3.1. Nguyên lý chung c, nh h ng c a nhi t đ và th i gianẢ ưở ủ ệ ộ ờ + Nhi t đệ ộ - Nhi t đ càng cao, chuy n đ ng nhi t c a nguyên t ệ ộ ể ộ ệ ủ ử càng m nh, t c đ khuy ch tán càng l n, l p th m càng ạ ố ộ ế ớ ớ ấ chóng đ t chi u sâu quy đ nh.ạ ề ị + Th i gianờ - nhi t đ c đ nh, kéo dài th i gian cũng giúp nâng cao Ở ệ ộ ố ị ờ chi u sâu l p th m;ề ớ ấ - Chi u sâu l p th m ph thu c vào th i gian theo quan ề ớ ấ ụ ộ ờ h :ệ 15 7.3. HOÁ NHI T LU NỆ Ệ 7.3.2. Th m Cacbonấ + Đ nh nghĩaị - Là ph ng pháp hoá nhi t luy n làm bão hoà (th m, ươ ệ ệ ấ khuy ch tán) Cacbon vào b m t c a thép Cacbon th p (0,1 ế ề ặ ủ ấ ÷ 0,25%C) làm b m t có thành ph n Cacbon cao t i 1,2%Cề ặ ầ ớ . a, Đ nh nghĩa và m c đích – Yêu c u đ i v i l p th mị ụ ầ ố ớ ớ ấ + M c đíchụ - Làm cho b m t đ t đ c ng t i HRC 60 ề ặ ạ ộ ứ ớ ÷ 64 v i tính ớ ch ng mài mòn cao, ch u m i t t, còn lõi v n d o và daiố ị ỏ ố ẫ ẻ v i đ ớ ộ c ng HRC 30 ứ ÷ 40. + Yêu c u đ i v i l p th mầ ố ớ ớ ấ - Đ i v i b m t: L ng Cacbon đ t đ c t 0,8 ố ớ ề ặ ượ ạ ượ ừ ÷ 1,0%; - Đ i v i lõi có t ch c h t nh , không có ố ớ ổ ứ ạ ỏ F t do, HRC 30 ự ÷ 40. 16 7.3.2. Th m Cacbonấ b, Nhi t đ và th i gian th m Cacbonệ ộ ờ ấ * Nhi t đ th mệ ộ ấ Thông th ng l y nhi t đ th m Cacbon là 900 ườ ấ ệ ộ ấ ÷ 9500C: + Đ i v i thép b n ch t h t nh Tố ớ ả ấ ạ ỏ 0t = 930 ÷ 9500C; + Đ i v i thép b n ch t h t to Tố ớ ả ấ ạ 0t = 900 ÷ 9200C. * Th i gian th mờ ấ Th i gian th m ph thu c vào hai y u t sau:ờ ấ ụ ộ ế ố + Chi u sâu th m;ề ấ - Các m c th m: 0,5 ứ ấ ÷ 0,8; 0,9 ÷ 1,4; 1,5 ÷ 1,8; - Đ i v i bánh răng chi u sâu l p th m đ c tính nh sau:ố ớ ề ớ ấ ượ ư 3,02,0 ÷= m x m- mô đunc a răngủ 17 7.3.2. Th m Cacbonấ + T c đ th m;ố ộ ấ - Ph thu c vào môi tr ng th m và nhi t đ th mụ ộ ườ ấ ệ ộ ấ Nhi t đ th m ệ ộ ấ Cacbon 0C Th i gian gi nhi t (gi ) theo chi u d y l p th mờ ữ ệ ờ ề ầ ớ ấ 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 870 900 930 950 980 3,5 3,0 2,75 2,0 1,5 7 6 5 4 3 10 8 6,5 5 4 13 10 8 6 5 16 12 9,5 7 6 19 14 11 8,5 7 - Theo kinh nghi m, n u th m 900ệ ế ấ ở 0C thì th i gian th m ờ ấ (g m c th i gian nâng và gi nhi t) đ c tính theo m c 1 gi ồ ả ờ ữ ệ ượ ứ ờ cho 0,1 mm chi u sâu l p th m.ề ớ ấ 18 7.3.2. Th m Cacbonấ c, Ch t th m và quá trình x y ra ấ ấ ả * Ch t th m th r nấ ấ ở ể ắ - Ch t th m ch y u là than g .ấ ấ ủ ế ỗ 2C +O2 → 2CO 2CO → CO2 + Cng.tử C nguyên t đ c h p th và khuy ch tán vào b m t thép đ ử ượ ấ ụ ế ề ặ ể t o thành l p th mạ ớ ấ . Cng.t ử+ Feγ (C) → Feγ (C)0,1→0,8→(1,2÷ 1,3) Đ c đi m:ặ ể + Th i gian dài, khó c khí hoá;ờ ơ + Ch t l ng th p, h t l n, giòn, d tróc.ấ ượ ấ ạ ớ ễ 19 7.3.2. Th m Cacbonấ * Ch t th m th khíấ ấ ở ể - Ch t th m ch y u là CO và CHấ ấ ủ ế 4, C2H6 ho c d u ho ,...ặ ầ ả CH4 → 2H4+ Cng.tử C nguyên t đ c h p th và khuy ch tán vào b m t thép đ ử ượ ấ ụ ế ề ặ ể t o thành l p th mạ ớ ấ . Đ c đi m:ặ ể + C khí hoá và t đ ng hoá cao;ơ ự ộ + Ch t l ng t t, năng su t cao.ấ ượ ố ấ * Ch t th m th l ngấ ấ ở ể ỏ - Ch t th m ch y u là các mu i Naấ ấ ủ ế ố 2CO3, NaCl, SiC. Hi n nay ph ng pháp này ít dùng vì SiC đ c, khó thao tác, ệ ươ ộ năng su t th p.ấ ấ 20 7.3.2. Th m Cacbonấ d, Nhi t luy n sau th mệ ệ ấ - Chi ti t sau khi th m Cacbon có thành ph n Cacbon b ế ấ ầ ở ề m t cao nh ng đ c ng và tính ch ng mài mòn ch a cao h t l n, ặ ư ộ ứ ố ư ạ ớ thép giòn. - Sau khi th m Cacbon c n ph i qua các d ng nhi t luy n ấ ầ ả ạ ệ ệ sau: + Tôi hai l n và ram m t th p; ầ ộ ấ + Tôi m t l n và ram th p;ộ ầ ấ + Th ng hoá r i tôi m t. ườ ồ ộ 21 7.3.2. Th m Cacbonấ e, Công d ngụ - Chi ti t th m qua Cacbon có s khác nhau l n v c tính ế ấ ự ớ ề ơ gi a b m t và lõi nên ch áp d ng cho các chi ti t quan tr ng;ữ ề ặ ỉ ụ ế ọ - Th m Cacbon làm thay đ i v thành ph n l p b m t;ấ ổ ề ầ ở ớ ề ặ - Áp d ng cho các chi ti t có hinh dáng b t kỳ và l p th m nói ụ ế ấ ớ ấ chung đ u;ề - T o ra ng su t nén d b m t nên nâng cao gi i h n m i. ạ ứ ấ ư ở ề ặ ớ ạ ỏ 7.3.3. Các ph ng pháp th m khácươ ấ - Th m Nitấ ơ - Th m Nit - Cacbonấ ơ - Th m khác: Th m Bo, Cr, Al, Si.ấ ấ