Giáo trình Khoa học vật liệu

Khoa học vật liệu là một khoa học liên ngành nghiên cứu về mối quan hệ giữa thành phần, cấu trúc, các công nghệ chế tạo, xử lý và tính chất của các vật liệu. Các khoa học tham gia vào việc nghiên cứu chủ yếu là vật lý, hóa học, toán học. Thông thường đối tượng nghiên cứu là vật liệu ở thể rắn, sau đó mới đến thể lỏng, thể khí. Các tính chất được nghiên cứu là cấu trúc, tính chất điện, từ, nhiệt, quang, cơ, hoặc tổ hợp của các tính chất đó với mục đích...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Khoa học vật liệu ---------------  ------------ Giáo trình Khoa học vật liệu 112 Ch­¬ng 4 nhiÖt luyÖn thÐp Trong ba ch­¬ng võa qua ®∙ tr×nh bµy c¸c d¹ng cÊu tróc tinh thÓ ®¬n gi¶n (kim lo¹i), phøc t¹p (hîp kim), sù phô thuéc cña c¬ tÝnh vµo cÊu tróc. ë ch­¬ng nµy sÏ nghiªn cøu nh÷ng biÕn ®æi vÒ tæ chøc vµ c¬ tÝnh t­¬ng øng cña thÐp khi nung nãng råi lµm nguéi tiÕp theo, tøc khi nhiÖt luyÖn. ThÐp lµ vËt liÖu rÊt th«ng dông vµ lµ hîp kim nh¹y c¶m nhÊt víi nhiÖt luyÖn vµ c«ng nghÖ nµy rÊt phæ biÕn trong s¶n xuÊt c¬ khÝ. Nh÷ng d¹ng nhiÖt luyÖn ®­îc ¸p dông cho c¸c hîp kim vµ vËt liÖu kh¸c còng cã thÓ hiÓu ®­îc th«ng qua nhiÖt luyÖn thÐp. 4.1. Kh¸i niÖm vÒ nhiÖt luyÖn thÐp 4.1.1. S¬ l­îc vÒ nhiÖt luyÖn a. §Þnh nghÜa NhiÖt luyÖn lµ c«ng nghÖ nung nãng kim lo¹i, hîp kim ®Õn nhiÖt ®é x¸c ®Þnh, gi÷ nhiÖt t¹i ®ã mét thêi gian thÝch hîp råi sau ®ã lµm nguéi víi tèc ®é nhÊt ®Þnh ®Ó lµm thay ®æi tæ chøc, do ®ã biÕn ®æi c¬ tÝnh vµ c¸c tÝnh chÊt kh¸c theo ph­¬ng h­íng ®∙ chän tr­íc (nãi chung kh«ng thÓ ®iÒu chØnh v« cÊp tèc ®é nguéi, th­êng lµ lµm nguéi trong mét sè m«i tr­êng nh­ sÏ thÊy vÒ sau nµy). NhiÖt luyÖn lµ ph­¬ng ph¸p gia c«ng (treatment) cã nh÷ng ®Æc ®iÓm riªng. Sau ®©y lµ c¸c ®iÓm ph©n biÖt nguyªn c«ng nµy víi c¸c nguyªn c«ng gia c«ng c¬ khÝ kh¸c: - Kh¸c víi ®óc, hµn lµ nã kh«ng nung nãng ®Õn tr¹ng th¸i láng, lu«n lu«n chØ ë tr¹ng th¸i r¾n (tøc nhiÖt ®é nung nãng ph¶i thÊp h¬n ®­êng r¾n). - Kh¸c víi c¾t gät, biÕn d¹ng dÎo (rÌn, dËp) khi nhiÖt luyÖn (trõ c¬ - nhiÖt luyÖn) h×nh d¹ng vµ kÝch th­íc s¶n phÈm kh«ng thay ®æi hay thay ®æi kh«ng ®¸ng kÓ. - KÕt qu¶ cña nhiÖt luyÖn ®­îc ®¸nh gi¸ b»ng biÕn ®æi cña tæ chøc tÕ vi vµ c¬ tÝnh, kh«ng thÓ kiÓm tra b»ng vÎ ngoµi b»ng m¾t th­êng. b. C¸c yÕu tè ®Æc tr­ng cho nhiÖt luyÖn H×nh 4.1. S¬ ®å cña qu¸ tr×nh nhiÖt luyÖn ®¬n gi¶n nhÊt. §èi víi qu¸ tr×nh nhiÖt luyÖn, Ýt nhÊt còng ®­îc ®Æc tr­ng b»ng ba th«ng sè quan träng nhÊt sau (xem s¬ ®å qu¸ tr×nh nhiÖt luyÖn ®¬n gi¶n nhÊt vÏ ë h×nh 4.1): 112 113 - NhiÖt ®é nung nãng Tn0 : nhiÖt ®é cao nhÊt mµ qu¸ tr×nh ph¶i ®¹t ®Õn. - Thêi gian gi÷ nhiÖt tgn: thêi gian ng­ng ë nhiÖt ®é nung nãng. - Tèc ®é nguéi Vnguéi sau khi gi÷ nhiÖt. Ba th«ng sè nµy ®Æc tr­ng t­¬ng øng víi ba giai ®o¹n nèi tiÕp nhau cña qu¸ tr×nh nhiÖt luyÖn: nung nãng, gi÷ nhiÖt vµ lµm nguéi. §èi víi kÕt qu¶, nhiÖt luyÖn ®­îc ®¸nh gi¸ b»ng c¸c chØ tiªu sau: + Tæ chøc tÕ vi bao gåm cÊu t¹o pha, kÝch th­íc h¹t, chiÒu s©u líp hãa bÒn... Cã thÓ nãi ®©y lµ chØ tiªu gèc, c¬ b¶n nhÊt song ®Ó thùc hiÖn kh¸ mÊt thêi gian, nªn th­êng chØ kiÓm tra trong tõng mÎ khi s¶n xuÊt ®∙ æn ®Þnh. + §é cøng lµ chØ tiªu c¬ tÝnh dÔ x¸c ®Þnh vµ còng cã liªn quan ®Õn c¸c chØ tiªu kh¸c nh­ ®é bÒn, ®é dÎo, ®é dai. V× vËy bÊt cø chi tiÕt, dông cô nµo qua nhiÖt luyÖn còng ®­îc quy ®Þnh gi¸ trÞ ®é cøng (tïy tr­êng hîp, ph¶i lín h¬n hay nhá h¬n gi¸ trÞ quy ®Þnh) vµ th«ng th­êng ®­îc kiÓm tra theo tû lÖ (trong mét sè tr­êng hîp quan träng cã thÓ ph¶i kiÓm tra c¶ 100%). + §é cong vªnh, biÕn d¹ng. Nãi chung ®é biÕn d¹ng khi nhiÖt luyÖn trong nhiÒu tr­êng hîp lµ nhá hoÆc kh«ng ®¸ng kÓ, song trong mét sè tr­êng hîp quan träng yªu cÇu nµy rÊt kh¾t khe, nÕu v­ît qu¸ ph¹m vi cho phÐp còng kh«ng thÓ sö dông ®­îc. c. Ph©n lo¹i nhiÖt luyÖn thÐp S¬ bé cã thÓ ph©n lo¹i c¸c ph­¬ng ph¸p nhiÖt luyÖn thÐp víi nh÷ng ®Æc ®iÓm chñ yÕu nh­ sau: NhiÖt luyÖn, th­êng gÆp nhÊt: chØ dïng c¸ch thay ®æi nhiÖt ®é (kh«ng cã biÕn ®æi thµnh phÇn vµ biÕn d¹ng dÎo) ®Ó biÕn ®æi tæ chøc trªn toµn tiÕt diÖn. Nã bao gåm nhiÒu ph­¬ng ph¸p: • ñ: nung nãng råi lµm nguéi chËm ®Ó ®¹t tæ chøc c©n b»ng víi ®é cøng, ®é bÒn thÊp nhÊt, ®é dÎo cao nhÊt. • Th­êng hãa: nung nãng ®Õn tæ chøc hoµn toµn austenit, lµm nguéi b×nh th­êng trong kh«ng khÝ tÜnh ®Ó ®¹t tæ chøc gÇn c©n b»ng. Môc ®Ých cña ñ vµ th­êng hãa lµ lµm mÒm thÐp ®Ó dÔ gia c«ng c¾t vµ dËp nguéi. • T«i: nung nãng lµm xuÊt hiÖn austenit råi lµm nguéi nhanh ®Ó ®¹t tæ chøc kh«ng c©n b»ng víi ®é cøng cao nhÊt (nh­ng còng ®i kÌm víi ®é gißn cao). NÕu hiÖu øng nµy chØ x¶y ra ë bÒ mÆt ®­îc gäi lµ t«i bÒ mÆt. • Ram: nguyªn c«ng b¾t buéc sau khi t«i, nung nãng l¹i thÐp t«i ®Ó ®iÒu chØnh ®é cøng, ®é bÒn theo ®óng yªu cÇu lµm viÖc. Nh­ vËy t«i vµ ram lµ hai nguyªn c«ng nhiÖt luyÖn ®i kÌm víi nhau (kh«ng tiÕn hµnh riªng lÎ mµ lu«n lu«n kÕt hîp víi nhau), môc ®Ých cña t«i + ram lµ t¹o c¬ tÝnh phï hîp víi yªu cÇu lµm viÖc cô thÓ. - Hãa - nhiÖt luyÖn: dïng c¸ch thay ®æi nhiÖt ®é vµ biÕn ®æi thµnh phÇn hãa häc ë bÒ mÆt lµm vïng nµy cã biÕn ®æi tæ chøc vµ c¬ tÝnh m¹nh h¬n. Th­êng tiÕn hµnh b»ng c¸ch thÊm, khuÕch t¸n mét hay nhiÒu nguyªn tè nhÊt ®Þnh. • ThÊm ®¬n nguyªn tè cã: thÊm cacbon, thÊm nit¬... 113 114 • ThÊm ®a nguyªn tè cã: thÊm cacbon - nit¬, thÊm cacbon - nit¬ - l­u huúnh... C¬ - nhiÖt luyÖn: dïng c¸ch thay ®æi nhiÖt ®é vµ biÕn d¹ng dÎo ®Ó biÕn ®æi tæ chøc vµ c¬ tÝnh trªn toµn tiÕt diÖn m¹nh h¬n khi nhiÖt luyÖn ®¬n thuÇn. Th­êng tiÕn hµnh ë x­ëng c¸n nãng thÐp, tøc ë c¸c xÝ nghiÖp luyÖn kim. 4.1.2. T¸c dông cña nhiÖt luyÖn ®èi víi s¶n xuÊt c¬ khÝ NhiÖt luyÖn lµ kh©u quan träng vµ kh«ng thÓ thiÕu ®­îc ®èi víi chÕ t¹o c¬ khÝ v× nã cã c¸c t¸c dông chñ yÕu sau. a. T¨ng ®é cøng, tÝnh chèng mµi mßn vµ ®é bÒn cña thÐp Môc tiªu cña s¶n xuÊt c¬ khÝ lµ s¶n ...