Nhữngtínhchấtcuốicùngcủathépchịuảnhhưởngmạnhbởicáchthứcsảnxuất.Một sốphươngphápđòihỏiphảigiacôngcơ,vídụnhưcánhoặckéoquakhuônđểđượcmộthình dạngcụthể.Trongthiết kếcơkhí,nhiềuchi tiếtnhưthanhđịnhhình,trục,dây,vàcáccấukiện đượctạoratheocáchnày.Nhưnghầuhếtcácbộphậnmáyđặcbiệthoặcbộphậnmangtải nặngđềuđượcnhiệt luyệnđểtạorađộbềncaovớiđộdaivàđộdẻochấp nhậnđược.
Thépcácbondạngthanhvàtấmthường được bándưới dạngcánthànhphẩm,tứclà chúngđượccánởmộtnhiệtđộcao-thuậntiện choquátrìnhcán.Cáncũngđượctiếnhànhở nhiệtđộthấpđểtăngđộbềnvàchấtlượng bềmặt.Thanhvàdâykéonguộicóđộbềncao nhấttrongcácdạngtạohình,cùngvớiđólàchấtlượngbềmặtrấttốt.Tuynhiênkhinóivật liệuđượccán, ngườita coi làcán nóng.
Nhiệtluyện
Nhiệtluyệnlàmộtquátrìnhmàthépchịutácđộngbởinhiệtđộcaođểthayđổitính chất.Mộtvàiquá trìnhthườngdùngchothépchếtạomáylàủ,thườnghoá, tôi(làmnguộivàgia nhiệt), vàthấmcácbon.(xemthamkhảo3và15.)
Hình2-12chỉrachutrìnhnhiệtđộ-thờigianchocácquátrìnhnhiệtluyện.Kí hiệuRT chỉnhiệtđộbìnhthườngtrongphòng, và LClànhiệtđộthấphơnnhiệtđộtớihạn-nhiệt độtại đósựbiếnđổicủaferitthànhaustenitbắtđầu diễnratrongquátrìnhnhiệtluyệnthép.Ởnhiệt độcaohơnnhiệt độtớihạn (UC) sựbiếnđổihoànthành.Cácnhiệtđộnày khácnhauvớitừng loạithép.Vớihầuhếtthépcácbontrungbình(0.30%-0.50%C),UClàxấpxỉ15000F(8220C). Xemcácthôngsốchi tiếtcủaquá trìnhnhiệt luyệntrongphầntham khảo.
Ủ. Ủhoàntoàn[hình2-12(a)]thựchiệnbằngcáchnungthéplêntrênUCvàgiữnhiệt
chođếnkhiđạtđượctổchứcđồngnhất.Sauđóthépđượclàmnguộirấtchậmtronglòxuống dướimứcthấphơnnhiệt độtớihạn(LC) Quá trìnhhoànthành khi làmnguộichậmxuốngnhiệt độphòngbênngoàilò.Quátrìnhxửlínàylàmmềmvàgiảmđộbềncủavậtliệu,giảmmột cáchđángkểứngsuấtbêntrong.Cácbộphậnthườngđượctạohìnhnguộihoặcgiacôngcắt saukhiủ.
Ủthấp(ủ non)[hình2-12(b)]thườngđượcsửdụngsaukhihàn,cắtgọt,hoặctạohình nguộiđểgiảmứngsuấtdưvàdođógiảmthiểucácbiếndạngxảyra.Thépđượcnungxấpxỉ từ10000Fđến12000F(5400C-6500C),giữnhiệtđểđạtđượcsựđồngđều,vàsauđólàmnguội chậmtrong không khí tĩnhxuốngnhiệtđộphòng.
Thường hoá. Thườnghoá[hình2-12(c)]sửdụngphươngphápgiốngnhưủ,nhưngở nhiệtđộcaohơn,trênkhoảngbiếnđổimàaustenittạo thành,khoảng16000F(8700C).Kếtquả làmđồngđềutổchứcbêntrongcủathépvàmộtmứcđộnàođócóđộbềncaohơnphương
phápủ.Khảnăng giacôngvàđộdaithườngđượccảithiện hơncán nóng.
Tôithểtíchvàram. Tôithể tích[hình2-12(d)]thựchiệnbằngcáchnungthéplêntrên khoảngbiếnđổimà austenittạothànhvà làmnguộirấtnhanhtrongbểtôi.Làm nguộinhanhtạo thànhmactenxitcóđộcứngvàđộbềncao.Nhiệtđộmàmactenxittạothànhtuỳthuộcvàotổ chứccủahợpkim.Mộthợpkimchứaítnhất80%tổchứclàmactenxit tạo thànhtrênmặtcắt nganglàloạicóđộthấmtôicao.Đâylàmộttínhchấtrấtquantrọngcầncókhichọnthépyêu cầuđộbềnvàđộcứngcao.Môitrường làmnguộithường lànước, nước muối,vàcácdầu khoángđặcbiệt.Việclựachọnmôi trườnglàm nguộituỳthuộcvàotốcđộlàm nguộitiếnhành. Hầuhếtcácthépchếtạomáysửdụngdầuhoặc nướclàmnguội.
Hình 2-12Nhiệt luyệnthép
Ramthườngđượcsửsửdụngngaysaukhitôi,gồmnungnónglạithéplênnhiệtđộtừ
4000Fđến13000F(2000C-7000C)vàsauđólàmnguội chậmtrongkhôngkhíxuống nhiệtđộ phòng.Quátrìnhnàyđiềuchỉnhcáctínhchấtcủathép:độbềnkéovàgiớihạnchảygiảmvới sựtăngnhiệtđộram,trongkhiđộdẻotănglên,thểhiệnbằngsựtăngđộgiãntỉđối.Vìvậy ngườithiếtkếcóthểđiềuchỉnhcáctínhchấtcủathép để đạtđượccácyêucầuđãđịnh.Hơn nữa,thépsaukhitôicóứngsuấtbêntronglớnvàthườnglàrấtgiòn.Saukhitôicácchitiếtmáy thườngđượcramở7000F (3700C) hoặc caohơn.
Đểminhhoạchotácđộngcủaramđếntínhchấtcủathép,mộtvàibiểuđồtrongphụ lục4chỉrađồthịđộbềnvànhiệtđộram.Trongcácbiểuđồđólàgiớihạnbềnkéo,điểm chảy,độgiãndài tỉđối,độthắttỉđối,và độcứngHB,tấtcảđượcvẽratheoquanhệvớinhiệt độram.Chúýsựkhácnhauvềdạngcủacácđườngcongvàgiátrịtuyệtđốicủađộbềnvàđộ cứngkhisosánhthépcácbonthườngAISI1040vớithéphợpkimAISI4340.Mặcdùcảhaiđều cócùngmộthàmlượngcácbon(0.40%),théphợpkim4340đạtđượcđộbềnvàđộcứngcao hơnnhiềuthépcácbon1040. Cũngcầnlưuýđộcứngtôitrong phầntrên bênphảiởphụlụccủa biểuđồ;nóthểhiệnmứcđộmàhợpkimđãchocóthểđạtđược. Khiquátrìnhthấmcácbon (môtảởphầntới)đượcsửdụng,độcứngtôilàrấtquantrọng.
Phụlục3liệtkêphạmvimongmuốn củacácđặctrưngđối vớimột vàiloạithép cácbonvàthéphợpkim.Cáchợpkimđượcliệt kêvớikíhiệuAISIvàcáchxửlí.Kíhiệunhư AISI4340OQT1000thểhiệnrằnghợpkimđượctôitrongdầuởnhiệtđộ10000F.Ởnhiệtđộ ram4000Fvà13000Fthểhiệncácđiểmgiớihạncủacácđặctrưngcủahợpkim.Đểxácđịnh mộtđộbềngiữacác giớihạn đó,bạncóthểthamkhảođồthịtrongphụlục 4, hoặc bạncóthể xácđịnhquátrìnhnhiệtluyệncầnthiếttừcácchuyêngia.Tronggiáotrìnhnàycácthông sốcủa vậtliệuđượcnộisuythôtheocácgiátrịđãcó.Nhưđãlưuýởphầntrước,bạnphảitìmkiếm sốliệucụthểhơncho nhữngthiếtkếquantrọng.
Tăngcứngbềmặt.
Trongnhiềutrườnghợp,yêucầucủatoànbộchitiếtchỉlàđộ
bềntrungbìnhtrongkhibềmặtcầncóđộcứngrấtcao.Vídụ nhưbánhrăng,cầncóđộcứng bềmặtcaođểchốnglạimònvìrăngsẽănkhớpvàitriệulầntrongsuốttuổithọmongmuốn. Ởmỗilầntiếpxúc,mộtứngsuất lớnsẽxuấthiệntrênbềmặtrăng.Đểgiảiquyếtvấnđềnày sửdụng thấmcácbon;bề mặt(hayvỏ)củachitiếtđạtđượcđộcứngcao vớichiềusâu khoảng
0.010đến0.040in(0.25-1.00mm),trongkhibêntrongcủachitiết(lõi)chỉchịuảnhhưởngrất
nhỏ.Lợithếcủatăngbềnbềmặtlàtrongkhibềmặt đạtđượcđộcứngvàkhảnăngchống mòn,thìlõicủachitiếtthìvẫnnhưcũ,cóđộdẻolớnhơnvỏ,chốnglại vađậpvàmỏi.Các phươngphápthườngsửdụngnhấtđểtăngbềnbềmặtlà:tôi bằngngọnlửa,tôicaotần,thấm cácbon,thấm nitơ,xyanuahoá,vàthấmcácbon-nitơ.(xemthamkhảo17.)
Hình 2-13 Mặt cắtbánhrăngthấmcácbonđiểnhình
Hình2-13làbảnvẽmặtcắtcủa bánhrăngthấmcácbonđiểnhình,nócóvỏcứngbao quanhlõimềmvàdẻohơn.Thấmcácbonđượcdùngtrongứngdụngđòihỏikhảnăngchống mònvàmàimòncaotrongđiềukiệnlàmviệcbìnhthường(răngbánhrăng,bánhxecầutrục, puli dâycáp,vàtrụcchịutảitrọnglớn)
Hầuhếtcácphươngphápthườngdùngchotăngbềnbề mặtđượcliệtkêdướiđây
1. Tôibằngngọn lửavàtôicaotần:quitrìnhcủatôi bằngngọnlửavàtôicaotầnbao gồmnungnóngnhanhbềmặtcủa chitiếttrongmộtkhoảngthờigiangiớihạnrất nhỏ,đểmộtlớpvậtliệurấtmỏngđượcbiếnđổi.Quátrìnhtôirấtnhanhnênchỉcó phần bêntrênkhoảngbiếnđổitạoramactenxit cườngđộcaochotađộcứngcao.
Tôibằngngọnlửasửdụngmộtngọnlửatập trungtácđộnglênvùngđãđịnhtrong khoảngthờigianđượcđiềuchỉnh,sauđótôitrongbể bằngdòngnướchoặcdầu. Tôi caotầnlàphươngphápmàchitiếtđượcbaoquanhbởivòngcảmứngcódòngđiệntần sốcaochạyqua.Dođộdẫnđiệncủathép,mộtdòngđiệncảmứngxuấthiệngầnlớp bềmặtchitiết.Điệntrởcủa vậtliệucảndòngđiệnchạyquadẫnđếnhiệuứngnung nóngvậtliệu. Điềuchỉnhcôngsuất điện,tầnsốcủahệcảm ứng,vàthờigian,cho chúngtachiềusâuvậtliệu xácđịnhđạttớinhiệtđộchuyểnhoá.Ngắtdòngđiệnngay saukhi tôi cứngbềmặt.(xemthamkhảo26.)
Chúýđểcóđượchiệuquảkhidùngngọnlửahoặctôicaotầnthìvậtliệucầncó độthấmtôitốt.Thườngthìkếtquảcủatôicứngbềmặtlàtạora mộtlớpvỏcứngvới HRCtrongkhoảng55đến60HRC(xấpxỉ550đến 650HB).Thépcácbonvàthéphợp kimcóíthơn0.30%Cthườngkhông đạt yêucầu.Vìvậy,nhữngthépcó0.40%Choặc nhiềuhơnthườngđượcsửdụngđểtôibằng ngọnlửahoặcdòngcaotần.
2. Thấmcácbon,thấmnitơ,thấmxyanua,vàthấmcácbon-nitơ:cácphương pháp tăngbền bềmặtcònlại-thấmcácbon,thấmnitơ,thấmxyanua,thấmcácbon-nitơ thậm chílàmbiến đổi thànhphần củabềmặtvậtliệubằng cáchđưavàomôi trườngcácbonthểkhí,thểlỏng,hoặc thểrắnởnhiệtđộcaolàmchocácbonkhuếch tánvàobềmặtchitiết.Nồngđộvàchiềusâuthấmcủacácbontuỳthuộcvàobản chấtcủa cácbonđemthấmvàthờigiankhuyếchtán.Thấmnitơvàthấmxyanuacho lớpvỏmỏngrấtcứng,phùhợpchochốngmòn. Vớinhữngchi tiếtchịutảitrọnglớn vàyêucầukhả năngchốngmònnhưbánh răngthìthấmcácbonđượcdùngvìnótạo ralớpvỏdầyhơn.
Mộtsốloạithépdùngđểthấmcácbonlà1015,1020,1022,1117,1118,4118,4320,
4620,4820,và8620.Phụlục5liệtkêcácđặctrưngcóthể đạtđược vớithépthấm cácbon.Chúýkhiđánhgiámột vậtliệu,cácđặctrưngcủalõiquyếtđịnhkhảnăng chốnglạicácứngsuấtchính,vàđộcứngcủavỏthể hiệnkhảnăngchốngmòncủanó. Thấmcácbonđượcdùnghợplí sẽtạoralớpvỏcóđộcứngtừ55đến64HRC hoặc 550 đến700HB.
Cómộtvàikiểuthấmcácbonchophépngườithiếtkếđiềuchỉnhcácđặctrưngđể đạtđượccácyêucầuđịnhtrước.Đưamôitrườngcácbonđếnnhiệtđộxấpxỉ17000F (9200C)vàthườnggiữtrong8giờ.Tôingaylậptứcđạtđượcđộbềncaonhất,mặcdù lớpvỏhơigiòn. Chitiếtthườngđượclàmnguộichậmsaukhithấmcácbon.Sauđónung nónglạichitiếtđếnnhiệtđộ15000F(8150C)để tôi.Tiếptheoramởnhiệtđộkháthấp
3000Fhoặc4500F(1500Choặc2300C),đểgiảmứngsuấttrongxuấthiệndotôi.Nhưđã nêutrong phụlục5, nhiệtđộramcaohơnlàmgiảmđộbềncủalõi,độcứngcủavỏmột lượngnhỏ,nhưngmộtnócảithiện độdaicủa chitiết.Quitrìnhnàychínhlàcáchtôivà ramthốngnhất.
Vídụkhimộtchitiếtđượctôitrongdầuvàramở4500F,chếđộxửlínàylàtăng bền bềmặtbằngthấmcácbon,kíhiệuSOQT450.Gianhiệtlạisaukhitôilầnđầuvà tôimộtlầnnữalàmđồngđềuhơncácđặctrưngcủa vỏvàlõi,quátrìnhnàygọilàtăng
bềnbềmặtbằngthấmcácbon,DOQT 450.Các quátrìnhnàyđượcliệtkêtrongphụlục
5.
