Nghiên cứu sự hình thành môi trường thấm cacbon bằng khí gas

Bài viết trình bày kết quả nghiên cứu về sự hình thành môi trường khi thấm cacbon. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng nhiệt độ thấm thì hàm lượng khí dư tăng lên và ổn định ở nhiệt độ 9200C với tỷ lệ CO2/gas là 3/1; thời gian lưu khí là 18 phút. Với kết quả như trên cho hiệu quả thấm là tối ưu và lượng muối sinh ra là ít nhất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu sự hình thành môi trường thấm cacbon bằng khí gas CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2019 NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH MÔI TRƯỜNG THẤM CACBON BẰNG KHÍ GAS RESEARCH ON THE FORMATION OF GAS CARBURIZING ENVIRONMENT NGUYỄN DƯƠNG NAM1, NGUYỄN ANH XUÂN1, VŨ VIẾT QUYỀN2, TRẦN THỊ XUÂN3, TRẦN ĐỨC HUY3, 1Viện Cơ khí, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, 2Khoa Đóng tàu, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, 3Viện Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Email liên hệ: namnd.khcs@vimaru.edu.vn Tóm tắt Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu về sự hình thành môi trường khi thấm cacbon. Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng nhiệt độ thấm thì hàm lượng khí dư tăng lên và ổn định ở nhiệt độ 9200C với tỷ lệ CO2/gas là 3/1; thời gian lưu khí là 18 phút. Với kết quả như trên cho hiệu quả thấm là tối ưu và lượng muội sinh ra là ít nhất. Từ khóa: Thấm cacbon, môi trường thấm, thời gian lưu khí, tỷ lệ CO2/gas. Abstract This article presents the results of research on the formation of gas carburizing environment. The results show that when the temperature of carburizing process increases, the excess air content increases and stabilizes at a temperature of 920oC with the ratio of CO2 /gas is 3/1; the air flow time is 18 minutes. With the above results, the effective effect is minimal and the amount of bloom is the minimal. Keywords: Carburizing, gas carburizing environment, air flow time, ratio of CO2/gas. 1. Giới thiệu Thấm cacbon là phương pháp làm bão hòa cacbon trên bề mặt của chi tiết và thấm sâu vào bên trong bằng khuếch tán. Sau khi kết thúc quá trình thấm hàm lượng cacbon trên bề mặt thép có thể tăng từ 0,1 ÷ 0,25%C lên 0,8 ÷ 1,2%C với chiều dày hàng milimét [1]. Hiện nay một số công ty ở Việt Nam đã mua dây chuyền thiết bị của các công ty nước ngoài về thấm cacbon thể khí sử dụng khí thấm như: Endo gas, khí tự nhiên(CH 4), khí hóa lỏng (Metanol và Toluen), nhưng phổ biến nhất là thấm bằng hỗn hợp Toluen và Metanol. Các thiết bị này cho hiệu quả tốt hơn nhiều so với trước đây. Tuy nhiên chi phí đầu tư cho thiết bị và nhiên liệu, chuyển giao công nghệ là rất tốn kém nên giá thành sản phẩm tương đối cao và nếu muốn chất lượng tốt thì phải sử dụng nhiên liệu ban đầu của nhà cung cấp nên phải nhập khí thấm. Do tình hình hiện nay Việt Nam chưa sản xuất được khí thấm giống như nước ngoài nên việc chủ động trong quá trình sản xuất và làm chủ công nghệ rất khó, gây ra lãng phí và tốn kém. Do vậy việc tìm ra một loại khí thấm có sẵn và phù hợp với điều kiện của Việt Nam nhưng vẫn đảm bảo các tiêu chuẩn để thấm là một điều rất cấp thiết và thiết thực. Ở nước ta khí gas là một loại nhiên liệu khá phổ biến. Khí gas có hàm lượng cacbon rất cao nên có thể dùng làm khí thấm tốt, bên cạnh đó khí gas có giá thành không quá cao do đó có thể làm giảm chi phí sản xuất. Nhưng với khí gas dùng làm khí thấm thì việc kiểm soát thành phần, tỷ lệ pha trộn với các khí khác nhằm đạt được kết quả tốt là một vấn đề được đặt ra. Nếu giải quyết được vấn đề này thì đây là một hướng đi mới cho công nghệ hóa nhiệt luyện - thấm ở Việt Nam, thấm C, C-N sử dụng khí gas tại Việt Nam. Khi ta đưa hỗn hợp khí thấm bao gồm khí gas Việt Nam + CO 2 + N2 với tỷ lệ nhất định vào trong lò nung có nhiều phản ứng hình thành C nhưng chủ yếu có các phản ứng chính là: C3H8 + 3CO2  6CO + 4H2 C3H8  4H2 + 3C (3) (1) C4H10 + 4CO2  8CO + 5H2 (2) C4H10  5H2 + 4C (4) 0 0 Khi đưa hỗn hợp khí thấm vào lò ở nhiệt độ cao (900 C ÷ 950 C) thì có thể xảy ra phản ứng (1), (2), (3), (4). Phản ứng (3), (4) tạo ra muội cacbon gây cản trở quá trình thấm nên không mong muốn còn phản ứng (1), (2) tạo ra khí thấm nên có lợi. Từ (1), (2) có thể thấy cả khí gas và CO2 đều tham gia vào phản ứng với nhau tạo ra môi trường thấm. Tùy thuộc vào tỷ lệ Gas/CO2, nhiệt độ, chất xúc tác mà trong lò sẽ có tỷ lệ CO, lượng dư khí gas hay CO2 nhất định. Trong công nghệ thấm cacbon thể khí thì chất vận chuyển cacbon chính là CO, tại nhiệt độ thấm cacbon trong khoảng 9000C ÷ 9500C thì CO phản ứng phân hủy CO thành C lại xảy ra khi có mặt của chất xúc tác là Fe hoặc Ni. Chính vì vậy mà trên bề mặt thép xảy ra phản ứng sau: 2CO → [C]hoạt tính + CO2 (5) Tạp chí khoa học Công nghệ Hàng hải Số 57 - 01/2019 11 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2019 CO + H2 → [C]hoạt tính + H2O (6) Hình 1. Hình ảnh mô tả quá trình thấm Do phản ứng phân hủy CO thành cacbon trên bề mặt thép mà lượng CO sẽ liên tục giảm đi do đó ta phải thường xuyên cung cấp chất thấm mới vào lò. Cùng với điều kiện khuấy trộn và khuếch tán khí tốt có thể coi thành phần CO trên bề mặt thép không thay đổi và đúng bằng thành phần CO trong môi trường. Tuy nhiên, những nghiên cứu về quá trình hình thành môi trường thấm trong quá trình thấm cacbon là ít được quan tâm đến. Chính vì vậy, trong bài báo này chúng tôi trình bày các kết quả nghiên cứu về quá trình hình thành môi trường thấm khi thấm cacbon. 2. Thực nghiệm 2.1. Khí thấm và thép thấm Bài báo đã tiến hành nghiên cứu sử dụng chất thấm dựa trên hỗn hợp khí gas Việt N ...