Tài liệu Luận văn công nghệ và thiết bị thấm cacbon trong nhiệt luyện

Chương 1: Tổng quan về công nghệ xử lý bề mặt và ý nghĩa trong công nghiệp sản xuất. Nhiệt luyện có vai trò như thế nào trong sản xuất cơ khí? Các nhà máy của chúng ta đã quan tâm đầu tư đúng mức cho nguyên công này. Đâu là giải pháp tăng tính cạnh tranh trong môi trường hội nhập đòi hỏi ngày càng khắt khe về chất lượng? Trước khi tìm hiểu vai trò của nhiệt luyện đối với nhà máy cơ khí như thế nào chúng ta cùng tìm hiểu sơ qua về nhiệt luyện. -Sơ lược về nhiệt luyện (Heat treatment): Nhiệt luyện là công nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt tại đó một thời gian thích hợp rồi làm nguội với tốc độ nhất định để làm thay đổi tổ chức, do đó biến đổi cơ tính và các tính chất khác theo phương hướng đã chọn trước. Nhiệt luyện chỉ làm thay đổi tính chất của vật liệu (chủ yếu là vật liệu kim loại) bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong mà không làm thay đổi hình dáng và kích thước của chi tiết. Nhiệt luyện chỉ làm thay đổi tính chất của vật liệu (chủ yếu là vật liệu kim loại) bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong mà không làm thay đổi hình dáng và kích thước của chi tiết. Trong chế tạo cơ khí, nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng vì không những nó tạo cho chi tiết sau khi gia công cơ những tính chất cần thiết mà còn làm tăng tính công nghệ của vật liệu. Vì vậy có thể nói nhiệt luyện là khâu quan trọng không thể thiếu được đối với chế tạo cơ khí và là một trong những yếu tố công nghệ quan trọng quyết định chất lượng của sản phẩm cơ khí. 1 Nhiệt luyện có ảnh hưởng quyết định tới tuổi thọ của các sản phẩm cơ khí. Máy móc càng chính xác, yêu cầu cơ tính càng cao thì số lượng chi tiết cần nhiệt luyện càng nhiều. Đối với các nước công nghiệp phát triển, để đánh giá trình độ ngành chế tạo cơ khí phải căn cứ vào trình độ nhiệt luyện, bởi vì dù gia công cơ khí chính xác nhưng nếu không qua nhiệt luyện hoặc chất lượng nhiệt luyện không đảm bảo thì tuổi thọ của chi tiết cũng không cao và mức độ chính xác của máy móc không còn giữ được theo yêu cầu. Nhiệt luyện nâng cao chất lượng sản phẩm không những có ý nghĩa kinh tế rất lớn (để kéo dài thời gian làm việc; nâng cao độ bền lâu của công trình, máy móc thiết bị…) mà còn là thước đo để đánh giá trình độ phát triển khoa học, kĩ thuật của mỗi quốc gia. -Sơ lược về xử lý bề mặt: -Xử lý điện hóa bề mặt kim loại là một quá trình công nghệ hay được sử dụng, vì thực tế hầu như tất cả các vật dụng bằng kim loại đều phải được hoàn thiện, đồng thời đó cũng là trách nhiệm của nhà sản xuất. -Xử lý bề mặt là một khâu quan trọng trong quá trình sản xuất hầu hết các vật dụng bằng kim loại. Tùy thuộc vào bản chất của việc xử lý, bề mặt kim loại có thể được hoàn thiện theo các cách khác nhau. Nó có thể được cải thiện về độ bền ăn mòn hoặc bào mòn; có thể có một bề măt có tính xúc tác; hoặc có thể được làm tăng vẻ đẹp của bề mặt... -Rất nhiều chi tiết khi làm việc vừa chịu momen xoắn lại vừa chịu mài mòn ma sát trên bề mặt. Vì thế chi tiết yêu cầu bề mặt phải có độ cứng, tính chống mài mòn cao, còn lõi phải dẻo dai. Cũng có nhiều chi tiết sau khi xử lý nhiệt đã đạt độ cứng, độ bền, tính chống mài mòn cao, nhưng người ta vẫn tạo 1 lớp phủ chống mài mòn trên bề mặt chi tiết để nâng cao giá trị. Vì thế người ta sử dụng công nghệ : 2  Công nghệ tôi bề mặt  Hóa nhiệt luyện  Công nghệ phủ  Biến cứng và cơ nhiệt luyện Chương 2: Nhiệt luyện thép và hợp kim. 2.1 Chuyển biến pha khi nhiệt luyện. 2.1.1 Chuyển biến khi nung nóng: Trong hầu hết các thao tác nhiệt luyện, quá trình xảy ra đầu tiên là sự tạo thành pha austenit. Mặc dầu đối với các loại thép thông thường dùng austenit chỉ tồn tại ở nhiệt độ cao nhưng nó lại ảnh hưởng lớn đến tổ chức tế vi và tính chất kim loại ở nhiệt độ thường sau khi nhiệt luyện.Do vậy việc tìm hiểu bản chất của chuyển biến Peclit thành austenit khi nung là điều rất cần thiết. 2.1.2 Giản đồ trạng thái Fe-C. Trước khi nghiên cứu chuyển biến Peclit thành austenit, ta xem lại giản đồ trạng thái Fe-C, giản đồ trạng thái Fe-C có hình như bên dưới: 3 -Các pha xuất hiện trong giản đồ này:  Ferit (F,α); là dung dịch rắn của C trong Fe anpha (Fe, α).  Austenit (A,γ); là dung dịch rắn của C trong Fe gama (Fe, γ), có mạng lập phương diện tâm, chỉ tồn tại ở nhiệt độ cao trên 7270C.  Xementit (Xe,Fe3C); là hợp chất hóa học của Fe với Cacbon có công thức Fe3C, lượng C trong Xe là 6,67%. Xe có mạng tinh thể trực thoa.  Peclit (P); là hổn hợp cơ học của ferit và xementit. 2.1.3 Chuyển biến Austenit thành Peclit  Chuyển biến xảy ra ở vùng nhiệt độ tương đối cao AC1-5500C  Chuyển biến xảy ra có tính chất khếch tán vì từ một dung dịch 4 rắn có nồng độ C tương đối đồng nhất (Austenit) thành hỗn hợp 2 pha ferit và xementit có thành phần C rất khác nhau.  Chuyển biến xảy ra bằng cách sinh mầm và phát triển mầm 2.1.4 Chuyển biến Mactenxit. Đây là chuyển biến xảy ra khi làm nguội nhanh austenit.  Trong các chuyển biến thì chuyển biến mactenxit được chú ý nhiều nhất vì tầm quan trọng và tính phổ biến của thao tác tôi trong nhiệt luyện, mặc khác do động học chuyển biến và sản 5 phẩm tạo thành có nhiều điểm khác với chuyển biến khuếch tán.  Chuyển biến không những xảy ra trong hệ thống Fe-C mà trong các hợp kim Cu-Zn, Cu-Sn,...  Chuyển biến xảy ra ở nhiệt độ thấp không có sự khuếch tán của các nguyên tử, do vậy thành phần hóa học của sản phẩm tạo thành giống thành phần pha mẹ *Đặc điểm của chuyển biến:  Xảy ra khi làm nguội với tốc độ bằng hoặc lớn hơn tốc độ nguội tới hạn.  Chuyển biến cần độ quá nguội lớn.  Đây không phải là chuyển biến khuếch tán.  Khi có tác dụng của ngoại lực, chuyển biến Mactenxit xảy ra ở nhiệt độ cao hơn.  Chuyển biến Mactenxit không xảy ra đến cùng nên còn austenit dư. 6 2.1.5 Chuyển biến Bainit. Trong thép Cacbon hợp kim thấp, chuyển biến bainit còn gọi là chuyển biến trung gian xảy ra ở khoảng 2500C đến 550oC . Nó chiếm vị trí trung gian giữa chuyển biến khuếch tán (Peclit)và chuyển biến không khuếch tán (Mactenxit) vì thế nó đặc tính cho cả 2 loại chuyển biến trên. Chuyển biến bainit trong thép C ở vùng nhiệt độ cao trùng với chuyển biến Peclit, còn ở vùng nhiệt độ thấp trùng với chuyển biến Mactenxit cho nên nghiên cứu chuyển biến bainit trong thép C gặp nhiều khó khăn và hầu nhưu không thực hiện được. Cũng giống như chuyển biến austenit thành mactenxit, chuyển biến austenit thành bainit bao giờ cũng tồn tại một lượng dư austenit không chuyển biến hết. Chuyển biến bainit được ứng dụng trong công nghệ tôi đẳng nhiệt thép gió nhằm tránh hiện tượng cong vênh. 2.1.6 Chuyển biến khi ram và hóa già. a/Chuyển biến khi ram. Ram thép là công nghệ bắt buộc sau khi tôi ( chuyển biến Austenit thành Mactenxit), bao gồm việc nung nóng thép đã tôi lên nhiệt độ 7 thấp hơn nhiệt độ AC1, giữ nhiệt độ một thời gian sau đó làm nguội. Thép sau khi tôi có tổ chức mactenxit tôi và austenit dư. Đây là 2 pha không ổn định ở nhiệt độ thường nên luôn có xu hướng trở về trạng thái ổn định hơn. Khi nung thép đã tôi, mactenxit tôi và austenit dư sẽ bị phân hủy * Các giai đoạn xảy khi ram thép, gồm có 3 giai đoạn: 1. Giai đoạn thứ 1 (80-2000C) chiều dài mẫu bị co lại, trong giai đoạn này mactenxit tôi bị phân hủy tiết bớt cacbon ra dưới dạng cacbic ε (Fe2,4C) nằm liền mạng với pha mẹ. Mactenxit bị tiết bớt C và cacbit ε gọi là mactenxit ram. Đồng thời với quá trình phân hủy mactenxit tôi thành mactenxit ram, ứng suất dư tồn tại khi chuyển biến austenit thành mactenxit cũng được khử bỏ. Độ cứng của thép sau khi ram ở nhiệt độ này không giảm đi bao nhiêu nhưng ứng suất được khử bỏ. 2. Giai đoạn thứ 2 (200-2600C); ứng với giai đoạn này chiều dài mẫu tăng lên.Điều này có liên quan đến sự phân hủy austenit dư thành mactenxit ram hay bainit. Tuy nhiên giai đoạn này vẫn còn sự phân hủy mactenxit tôi thành mactenxit ram nhưng hiệu suất tăng chiều dài do chuyển biến mactenxit tôi thành mactenxit ram lấn lướt nên kết quả là chiều dài tăng lên. Đến nhiệt độ 2500C thì cacbit ε bắt đầu tách ra khỏi pha mẹ chuyển thành xementit Fe3C . Như vậy trong giai đoạn này tổ chức của thép là mactenxit ram hay bainit.s 3. Giai đoạn thứ 3 (260-3800C) giai đoạn này thì chiều dài mẫu lại bị co lại ứng với sự tiết hết Cacbon khỏi mactenxit và cacbit ε chuyển hết thành xementit Fe3C. b/Hóa già.  Hóa già là dạng nhiệt luyện để hóa bền hợp kim dựa vào sự thay đổi độ hòa tan theo nhiệt độ.Hóa già dùng cho những hợp kim có 8 giản đồ trạng thái như hình trình bày bên dưới.(Hình 3.b) (Hình 3.b; Giản đồ trạng thái 2 nguyên tử A và B )  Trong các dung dịch rắn xen kẽ hoặc thay thế, khi giới hạn hòa tan nhỏ (dưới 1%) thì sự phụ thuộc giữa độ hòa tan của nguyên tố vào nhiệt độ có thể biểu thị qua công thức: C = Be-Q/RT trong đó: - C nồng độ hòa tan của nguyên tố đã cho B hằng số; Q năng lượng tương tác giữa các nguyên tử R hằng số khí T nhiệt độ tuyệt đối ,oK  Công thức trên vẫn có thể dùng cho trường hợp Fe-c và Fe-N. 2.2 Công nghệ nhiệt luyện. Nhiệt luyện có vai trò như thế nào trong sản xuất cơ khí? Các nhà máy của chúng ta đã quan tâm đầu tư đúng mức cho nguyên công này. Đâu là giải pháp tăng tính cạnh tranh trong môi trường hội nhập đòi hỏi ngày càng khắt khe về chất lượng? 9 Trước khi tìm hiểu vai trò của nhiệt luyện đối với nhà máy cơ khí như thế nào chúng ta cùng tìm hiểu sơ qua về nhiệt luyện 2.2.1 Khái niệm và ý nghĩa nhiệt luyện. a/ Khái niệm. Nhiệt luyện là công nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt tại đó một thời gian thích hợp rồi làm nguội với tốc độ nhất định để làm thay đổi tổ chức, do đó biến đổi cơ tính và các tính chất khác theo phương hướng đã chọn trước.  Nhiệt luyện chỉ làm thay đổi tính chất của vật liệu (chủ yếu là vật liệu kim loại) bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong mà không làm thay đổi hình dáng và kích thước của chi tiết.  Trong chế tạo cơ khí, nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng vì không những nó tạo cho chi tiết sau khi gia công cơ những tính chất cần thiết mà còn làm tăng tính công nghệ của vật liệu. Vì vậy có thể nói nhiệt luyện là khâu quan trọng không thể thiếu được đối với chế tạo cơ khí và là một trong những yếu tố công nghệ quan trọng quyết định chất lượng của sản phẩm cơ khí.  Nhiệt luyện có ảnh hưởng quyết định tới tuổi thọ của các sản phẩm cơ khí. Máy móc càng chính xác, yêu cầu cơ tính càng cao thì số lượng chi tiết cần nhiệt luyện càng nhiều. Đối với các nước công nghiệp phát triển, để đánh giá trình độ ngành chế tạo cơ khí phải căn cứ vào trình độ nhiệt luyện, bởi vì dù gia công cơ khí chính xác nhưng nếu không qua nhiệt luyện hoặc chất lượng nhiệt luyện không đảm bảo thì tuổi thọ của chi tiết cũng không cao và mức độ chính xác của máy móc không còn giữ được theo yêu cầu.  Nhiệt luyện nâng cao chất lượng sản phẩm không những có ý nghĩa kinh tế rất lớn (để kéo dài thời gian làm việc; nâng cao độ bền lâu của công trình, máy móc thiết bị…) mà còn là thước đo 10 để đánh giá trình độ phát triển khoa học, kĩ thuật của mỗi quốc gia. b/ Ý nghĩa. ▪ Tăng độ cứng, tính chịu ăn mòn, độ dẻo dai và độ bền của vật liệu -Mục tiêu của SX cơ khí là SX ra các cơ cấu và máy bền hơn, nhẹ hơn, khoẻ hơn với các tính năng tốt hơn. Để đạt được điều đó không thể không sử dụng thành quả của vật liệu kim loại và nhiệt luyện, sử dụng triệt để các tiềm năng của vật liệu về mặt cơ tính. Bằng những phương pháp nhiệt luyện thích hợp như tôi + ram, tôi bề mặt, thấm cacbon - nitơ,…độ bền và độ cứng của vật có thể tăng lên từ ba đến sáu lần (thép chẳng hạn), nhờ đó có thể dẫn tới rất nhiều điều có lợi như sau: -Tuổi bền (thời gian làm việc) của máy tăng lên do hệ số an toàn cao không gãy vỡ (do nâng cao độ bền). Trong nhiều trường hợp máy hỏng còn là do bị ăn mòn quá mạnh, nâng cao độ cứng, tính chống mài mòn cũng có tác dụng này. -Máy hay kết cấu có thể nhẹ đi, điều này dẫn đến tiết kiệm kim loại (hạ giá thành), năng lượng (nhiên liệu) khi vận hành. - Tăng sức chịu tải của máy, động cơ, phương tiện vận tải (ôtô, toa xe, tàu biển…) và kết cấu (cầu, nhà, xưởng…), điều này dẫn tới các hiệu quả kinh tế - kĩ thuật lớn. Phần lớn các chi tiết máy quan trọng như trục, trục khuỷu, vòi phun cao áp, bánh răng truyền lực với tốc độ nhanh, chốt…đặc biệt là 100% dao cắt, dụng cụ đo và các dụng cụ biến dạng (khuôn) đều phải qua nhiệt luyện tôi + ram hoặc hoá nhiệt luyện. Chúng thường được tiến hành gần như là sau cùng, nhằm tạo cho chi tiết, dụng cụ cơ tính thích 11 hợp với điều kiện làm việc và được gọi là nhiệt luyện kết thúc (thường tiến hành trên sản phẩm). Như thường thấy, chất lượng của máy, thiết bị cũng như phụ tùng thay thế phụ thuộc rất nhiều vào cách sử dụng vật liệu và nhiệt luyện chúng. Những máy làm việc tốt không thể không sử dụng vật liệu tốt (một cách hợp lý, đúng chỗ) và nhiệt luyện bảo đảm. ▪ Cải thiện tính công nghệ (rèn, dập, gia công cắt, tính chịu mài, tính hàn…), từ tính, điện tính -Muốn tạo thành chi tiết máy, vật liệu ban đầu phải qua nhiều khâu, nguyên công gia công cơ khí: rèn, dập, cắt…Để đảm bảo sản xuất dễ dàng với năng suất lao động cao, chi phí thấp vật liệu phải có cơ tính sao cho phù hợp với điều kiện gia công tiếp theo như cần mềm để dễ cắt hoặc dẻo để dễ biến dạng nguội. Muốn vậy cũng phải áp dụng các biện pháp nhiệt luyện thích hợp (ủ hoặc thường hoá như với thép). Ví dụ, sau khi biến dạng (đặc biệt là kéo nguội) thép bị biến cứng đến mức không thể cắt gọt hay biến dạng (kéo) tiếp được, phải đưa đi ủ hoặc thường hoá để làm giảm độ cứng, tăng độ dẻo. Sau khi xử lý như vậy thép trở nên dễ gia công tiếp theo. Các phương pháp nhiệt luyện tiến hành với mục đích như vậy được gọi là nhiệt luyện sơ bộ, chúng nằm giữa các nguyên công gia công cơ khí (thường tiến hành trên phôi). Vậy trong sản xuất cơ khí cần phải biết tận dụng các phương pháp nhiệt luyện thích hợp, không những đảm bảo khả năng làm việc lâu dài cho chi tiết, dụng cụ bằng thép mà còn đễ dàng cho quá trình gia công. ▪ Nhiệt luyện trong nhà máy cơ khí -Ở các nhà máy cơ khí với quy mô nhỏ và trung bình, bộ phận nhiệt luyện không lớn và thường đặt tập trung. Sau khi nhiệt luyện sơ bộ, từ 12 đây phôi thép được chuyển tới các phân xưởng cắt gọt, dập và sau khi nhiệt luyện kết thúc các chi tiết máy quan trọng (cần cứng và bền cao) được đưa qua mài hay thẳng đến lắp ráp. Cách sắp xếp như vậy có nhiều nhược điểm, song không thể khác vì sản lượng thấp. Ở các nhà máy cơ khí có quy mô lớn và rất lớn, các chi tiết máy được gia công hoàn chỉnh từ khâu đầu đến khâu cuối trên dây chuyền cơ khí hoá hoặc tự động hoá trog đó bao gồm cả nguyên công nhiệt luyện. Do vậy nguyên công nhiệt luyện ở đây cũng phải được cơ khí hoá thậm chí tự động hoá và phải chống nóng, độc để không có ảnh hưởng xấu đến bản thân người làm nhiệt luyện cũng như cả dây chuyền sản xuất cơ khí. Cách sắp xếp chuyên môn hoá cao như vậy đảm bảo chất lượng sản phẩm và lựa chọn phương án tiết kiệm được năng lượng. Các nhà máy cơ khí có thể xem xét tuỳ thuộc vào mức độ sản xuất của đơn vị mình ra sao mà lựa chọn quy mô của phân xưởng nhiệt luyện sao cho phù hợp và tiết kiệm nhất nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng của sản phẩm. 2.2.2 Công nghệ nung nóng. Bất kỳ một quy trình nhiệt luyện nào, dù đơn giản nhất, cũng bao gồm ít nhất 3 giai đoạn: nung, giữ nhiệt, làm nguội  Nung nhằm đưa chi tiết nhiệt luyện đạt tới nhiệt độ cần thiết để các chuyển biến tổ chức có thể xảy ra  Giữ nhiệt nhằm để hoàn thành triệt để các chuyển biến tổ chức cần thiế  Làm nguội để đưa chi tiết về nhiệt độ thường với các tổ chức mong muốn Nung cần thực hiện với tốc độ nhất định để tránh làm cong vênh, nứt sản phẩm. Làm nguội cũng cần thực hiện với một tốc độ được khống chế để ngoài mục đích tránh làm cong vênh, nứt sản phẩm, còn phải tạo được các tổ chức cần thiết, tuỳ theo mục đích nhiệt luyện cụ thể. 13 Đây là những giai đoạn cực kỳ quan trọng, cần được xét kỹ khi nhiệt luyện. a/ Yêu cầu khi nung nóng;  Phải đảm bảo quy trình nung nóng đúng kỹ thuật gồm; nhiệt độ, thời gian, giữ nung và giữ nhiệt và phương pháp nung.  Đảm bảo sự nung nóng đồng đều giữa bề mặt và trong lõi, cũng như các phần khác nhau của chi tiết.  Tránh được các khuyết tật khi nung như; cong vênh, oxy hóa và thoát Cacbon càng nhiều càng tốt. b/Các phương pháp nung nóng.  Đối với ủ và thường hóa thép người ta cho chi tiết vào thiết bị nung ở nhiệt độ từ 500-6000C, sau đó nung lên đến nhiệt độ xác định.  Đối với công nghệ tôi thép cacbon và hợp kim thấp người ta cho chi tiết vào thiết bị nung sau khi đạt nhiệt độ quy định  Đối với các chi tiết có hình dạng phức tạp, thép hợp kim cao thì người ta chọn cách nung phân cấp c/Thời gian nung nóng và giữ nhiệt. Thời gian nung và giữ nhiệt rất quan trọng đối với chất lượng xử lý nhiệt vì nó ảnh hưởng đến kích thước hạt thực tế của tổ chức austenit và do đó đến kích thước hạt của tổ chức phân hóa sau khi làm nguội. ở đây ta chỉ trình bày cách tính thời gian nung nóng chi tiết đưa vào lò khi nhiệt độ đã đạt quy định theo công thức sau: Tn = a.K.D (phút) trong đó:  a hệ số nung nóng (ph/mm)  K hệ số sắp xếp 14  D kích thước đặc trưng của chi tiết (mm) ( Các hệ số a, K và D tham khảo trang 32 sách “Công nghệ nhiệt luyện và xử lý bề mặt” của Tiến sỹ Nguyễn Văn Dán ) -Thời gian giữ nhiệt đảm bảo sao cho chuyển biến P ----> γ hoàn thành đảm bảo hòa tan cacbit và đồng đều hóa austenit cũng như đồng đều nhiệt độ giữa bề mặt và tâm chi tiết. Τgiữ =(1/2 -1/4)Τn Nếu nung bằng lò buồng và môi trường nung là không khí thì; Τgiữ =1/4Τn Nếu nung bằng lò muối( môi trường nóng chảy) thì; Τgiữ =1/2Τn d/Oxy hóa và thoát Cacbon khi nung nóng thép. -Khi nung nóng thép xảy ra sự oxy hóa do các tác nhân có sẳn trong môi trường nung như O2, CO2, hơi nước, thành phần thép chủ yếu là Fe bị oxy hóa thành các dạng oxyt như FeO, Fe3O4, (Fe0.Fe2O3) và Fe2O3 -Các tác nhân oxy hóa tác dụng trực tiếp với Cacbon trong thép gây ra sự cháy Cacbon (thoát Cacbon) khi nung ===> bề mặt thép giảm cacbon ===> giảm các chỉ tiêu cơ tính.Người ta dùng các phương pháp sau để hạn chế: 1. Sử dụng khí bảo vệ làm môi trường 2. Nung nóng trong khí trơ (Ar,N2) 3. Nung trong môi trường khí khử oxy H2 4. Nung trong môi trường chân không có độ chân không cao. e/Một số thiết bị dùng để nung nóng.  Các loại lò buồng điện trở.  Các loại lò giếng điện trở 15  Các loại lò muối. 2.2.3 Ủ và thường hóa thép. a/ Ủ thép. Ủ là một công nghệ bao gồm nung nóng thép lên nhiệt độ tới hạn, giữ nhiệt độ một thời gian sau đó làm nguội chậm cùng lò, ủ nhằm mục đích sau:  Giảm độ cứng thép để dễ gia công và cắt gọt, tăng độ dẻo để dể cán, kéo, dập nguội.  Khử biến trắng trên bề mặt gang xám đúc, khử lớp chai cứng trên bề mặt thép do biến dạng dẻo.  Làm đồng đều thành phần hóa học phôi đúc do bị thiên tích.  Chuẩn bị phôi đúc cho nguyên công xử lý nhiêt kết thúc (tôi +ram) b/Thường hóa. Thương hóa là một công nghệ gồm nung thép lên tới nhiệt độ austenit hóa hoàn toàn, giữ nhiệt một thời gian và sau đó làm nguội ngoài không khí tĩnh, nhằm mục đích:  Đạt độ cứng thích hợp cho cắt gọt  Chuẩn bị tổ chức cho xử lý nhiệt luyện kết thúc.  Khử lưới xementit thứ hai trong thép sau cùng tích hoặc lớp bề mặt sau khi thấm Cacbon. 2.2.4 Tôi thép Tôi thép là nguyên công nhiệt luyện quan trọng nhất, quyết định chủ yếu đến cơ tính của vật phẩm. Nguyên công này thuộc loại nhiệt luyện kết thúc, thực hiện trên chi tiết gần thành phẩm nên bất cứ sai hỏng 16 nào khi tôi cũng có thể gây thiệt hại lớn. Vì vậy, hiểu biết về kỹ thuật tôi rất có ích cho công tác sản xuất. a/ Định ngĩa. -Nguyên công tôi bao gồm việc nung nóng thép đến một nhiệt độ nhất định, giữ tại nhiệt độ đó trong một khoảng thời gian nhất định (để làm đồng đều nhiệt độ và chuyển biến trên toàn khối vật liệu) rồi làm nguội nhanh với vận tốc nguội lớn hơn vận tốc nguội tới hạn trong một môi trường thích hợp. -Mục đích của tôi thép là:  Làm tăng độ cứng, tính chống mài mòn cho chi tiết thép  Làm tăng độ bền do đó làm tăng tuổi thọ cho chi tiết. Chú ý: Độ bền chi tiết chỉ tăng khi tiến hành ram để khử hết ứng suất dư trong thép đã tôi. -Một số lưu ý khi tôi thép: 1. Nhiệt độ nung thép khi tôi là nhiệt độ trên Ac1. Theo giản đồ sắt - cacbon, ở trên Ac1, tổ chức austenit sẽ xuất hiện. Khi được làm nguội đủ nhanh, austenit sẽ chuyển biến thành mactenxit, một pha có độ cứng cao. Chính mactenxit sẽ hóa bền cho thép sau tôi. -Thép trước cùng tích t0tôi = AC3 + (30-50)0C -Thép cùng tích và sau cùng tích :t0tôi = AC1 + (30-50)0C 2. Môi trường làm nguội khi tôi được chọn tùy theo loại thép. Với thép C45 (TCVN), có thể tôi trong nước hay dầu (nếu chi tiết nhỏ); thép 40Cr có thể tôi dầu. Một số loại thép khác có thể được tôi trong dung dịch polymer hay không khí (để giảm ứng suất 17 nhiệt). b/ Tính toán thời gian giữ nhiệt. Thời gian giữ nhiệt, một thông số cần được đảm bảo tương đối chính xác, song các nhà công nghệ nhiều khi còn chưa thống nhất trong cách xác định nó. Trong phần này nêu cách xác định thời gian giữ nhiệt khi tôi thép. Đối với các quy trình ủ hoàn toàn, thường hoá thép cũng có thể áp dụng cách tính này.  Giả sử chi tiết nhiệt luyện đã được nung đến đạt nhiệt độ tôi cần thiết. Khi đó thời gian giữ nhiệt (t) đối với các loại thép khác nhau được tính như sau:  Thép cacbon, thép kết cấu hợp kim thấp: tgn = 5 -15 phút  Thép kết cấu hợp kim trung bình: tgn = 15 -25 phút  Thép dụng cụ gia công nóng (thép hợp kim cao có hàm lượng các bon » 0,3 – 0,5%): tgn = 20 - 30 phút.Loại thép này chứa chủ yếu các loại cacbit hợp kim chỉ hoà tan trong austenit ở khoảng 10000C trở lên.  Thép dụng cụ hợp kim thấp, chứa hàm lượng cacbon cao (khoảng 1,0%C trở lên): 5 phút < tgn = 0,5D < 60 phút.Trong đó D là kích thước chiều dày đặc trưng của chi tiết nhiệt luyện, tính bằng mm. Nếu chi tiết có dạng hình trụ thì D chính là đường kính. Nếu chi tiết có dạng phức tạp thì có thể coi D là chiều dày lớn nhất trong số các chiều dày của các hình khối tạo thành.  Thép dụng cụ hợp kim cao, cacbon cao (thông thường có chứa Cr): 10 phút < tgn = (0,5 - 0,8)D < 60 phút.Trong đó D là kích thước chiều dày đặc trưng, được tính như trên. Giá trị 0,5 được dùng cho nhiệt độ tôi chọn ở giới hạn trên, còn giá trị 0,8 dùng khi nhiệt độ tôi nằm ở giới hạn dưới.  Thép gió, nhiệt độ tôi ở khoảng 1200 – 13000C : tgn = 5 - 15 phút 18 Sở dĩ trong một số công thức trên có xuất hiện đại lượng D- kích thước đặc trưng của chi tiết là vì trong thép C cao khi gia công nóng sau đúc dễ tồn tại dải cacbit; các dải cacbit này càng lớn khi kích thước gia công càng lớn. Do đó, để khử được chúng thời gian giữ nhiệt càng phải dài, tức là thời gian giữ nhiệt cũng phụ thuộc kích thước chi tiết.Nếu thời gian giữ nhiệt ngắn thì lượng cacbit hoà tan vào austenit không đủ để tạo cho thép có được các tính chất cần thiết sau khi làm nguội (độ cứng, độ thấm tôi, tính cứng nóng,….). Nếu thời gian giữ nhiệt quá kéo dài thì hạt austenit trở lên thô to, thép bị giòn; ngoài ra, nếu lấy độ cứng thứ nhất để sử dụng thì giá trị độ cứng có thể không đạt (bị thấp) do austenit dư còn nhiều. -Thực tế người ta có thể xác định thời gian giữ nhiệt như sau: 1. Cách thứ 1: Thời gian giữ nhiệt được tính theo thời gian nung. Nếu thời gian nung là tn thì thời gian giữ nhiệt là: tgn = (0,20 0,25) tn 2. Cách thứ 2: Thời gian giữ nhiệt lấy theo kích thước chi tiết. Nếu kích thước đặc trưng của chi tiết là D (mm) thì: tgn = D phút 3. Cách thứ 3: Tính theo công thức: tgn = A + b.D (bảng 2) Chú ý là các cách tính trên đây đều chọn thời điểm bắt đầu là khi lò nung đạt nhiệt độ và lò làm việc ở chế độ nhiệt độ không đổi. Ta biết rằng, nếu mẻ xếp có khối lượng lớn thì nhiệt độ bề mặt chi tiết sẽ lâu 19 đạt hơn là với mẻ có khối lượng nhỏ. Do đó các cách tính này đều chịu sai số nhất định. Tuy nhiên, mẻ xếp trong sản xuất thường chọn ở gần giới hạn khối lượng cao nhất cho phép, sao cho năng suất đạt tối đa. Trên đây là các cách tính áp dụng cho mẻ xếp với khối lượng như vậy và các cách tính này chỉ nên áp dụng trong điều kiện sản xuất. 2.3 Hóa bền bề mặt bằng thấm Carbon thể khí. -Rất nhiều chi tiết khi làm việc vừa chịu momen xoắn lại vừa chịu mài mòn ma sát trên bề mặt. Vì thế chi tiết yêu cầu bề mặt phải có độ cứng, tính chống mài mòn cao, còn lõi phải dẻo dai. Cũng có nhiều chi tiết sau khi xử lý nhiệt đã đạt độ cứng, độ bền, tính chống mài mòn cao, nhưng người ta vẫn tạo 1 lớp phủ chống mài mòn trên bề mặt chi tiết để nâng cao giá trị. Vì thế người ta sử dụng công nghệ :  Công nghệ tôi bề mặt  Hóa nhiệt luyện  Công nghệ phủ  Biến cứng và cơ nhiệt luyện -Tôi bề mặt: Đây là công nghệ bao gồm nung nóng nhanh bề mặt chi tiết lên tới nhiệt độ cần thiết bằng phương pháp khác nhau, sau đó làm nguội nhanh trong môi trường có vận tốc nguội lớn hơn vận tốc nguội tới hạn. Do bề mặt được nung nhanh tới nhiệt độ tôi, còn phần lớn lõi vẫn chưa đạt nhiệt độ tôi nên khi tôi chỉ có bề mặt chi tiết được tôi cứng, trong khi đó lõi, chi tiết vẫn mềm, đảm bảo tính dẻo dai. -Hóa-nhiệt luyện: Hóa - nhiệt luyện là phương pháp hóa bền bề mặt, nhằm bão hòa bề mặt chi tiết bằng một hoặc nhiều nguyên tố, làm thay đổi thành phần hóa học trên lớp bề mặt so với lõi chi tiết, do đó làm thay đổi tổ chức và tính chất của lớp bề mặt để đạt được mục đích : 20