Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ thấm nitơ thể khí 1 giai đoạn và 2 giai đoạn cho thép làm khuôn dập nóng SKD61

Nội dung của bài viết trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm công nghệ thấm nitơ thể khí theo quy trình thấm 1 giai đoạn và 2 giai đoạn cho thép làm khuôn dập nóng SKD61. So sánh các kết quả nghiên cứu theo 2 quy trình cho thấy, quy trình thấm 1 giai đoạn mặc dù đạt được lớp thấm dày hơn 1,22 lần so với quy trình thấm 2 giai đoạn nhưng thời gian thấm quá dài, chiều dày lớp trắng lớn hơn 1,55 lần và độ cứng tế vi của lớp thấm cũng nhỏ hơn đáng kể; đồng thời, chi phí cho quá trình thấm 1 giai đoạn cũng lớn hơn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ thấm nitơ thể khí 1 giai đoạn và 2 giai đoạn cho thép làm khuôn dập nóng SKD61Journal of Science and Technique - N.206 (5-2020) - Le Quy Don Technical University NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÔNG NGHỆ THẤM NITƠ THỂ KHÍ 1 GIAI ĐOẠN VÀ 2 GIAI ĐOẠN CHO THÉP LÀM KHUÔN DẬP NÓNG SKD61 Đinh Đức Mạnh*, Phạm Quốc Hoàng, Mai Đình Sĩ, Đinh Hoàng Thụy, Đoàn Cao Thắng, Phùng Tuấn Anh Đại học Kỹ thuật Lê Quý Đôn Tóm tắt Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm công nghệ thấm nitơ thể khí theo quy trình thấm 1 giai đoạn và 2 giai đoạn cho thép làm khuôn dập nóng SKD61. So sánh các kết quả nghiên cứu theo 2 quy trình cho thấy, quy trình thấm 1 giai đoạn mặc dù đạt được lớp thấm dày hơn 1,22 lần so với quy trình thấm 2 giai đoạn nhưng thời gian thấm quá dài, chiều dày lớp trắng lớn hơn 1,55 lần và độ cứng tế vi của lớp thấm cũng nhỏ hơn đáng kể; đồng thời, chi phí cho quá trình thấm 1 giai đoạn cũng lớn hơn. Nghiên cứu này góp phần xây dựng phương án phù hợp trong thiết kế, chế tạo và phục hồi các khuôn dập nóng. Từ khóa: Khuôn dập nóng; thép SKD61; thấm nitơ thể khí; chiều dày lớp thấm; độ cứng tế vi.1. Đặt vấn đề Khuôn dập nóng khi làm việc phải chịu tải trọng, va đập, áp lực lớn và thườngxuyên chịu mài mòn do tiếp xúc với phôi ở nhiệt độ cao. Để đảm bảo khả năng làmviệc, khuôn đòi hỏi phải có độ bền cao, duy trì độ cứng nhất định ở nhiệt độ làm việctrong thời gian dài và bề mặt phải có khả năng chống mài mòn mạnh. Tuy nhiên, dophải chịu áp lực lớn và va đập nên các loại thép chế tạo khuôn dập nóng sau khi tôithường được ram ở nhiệt độ khá cao 500-550oC hoặc cao hơn, vì vậy mà độ cứng củakhuôn sau nguyên công này thường đạt từ 42-48 HRC. Với độ cứng này, khuôn khôngthể chịu được mài mòn. Do vậy, sau nhiệt luyện tôi và ram, các khuôn thường đượcthấm nitơ (N) thể khí để tạo ra một lớp thấm có chiều dày nhất định với độ cứng cao,chịu mài mòn tốt, khuôn không bị biến dạng do nhiệt độ thấm nhỏ hơn nhiệt độ ram[1-4]. Hơn nữa, sau một thời gian làm việc, các khuôn dập nóng đều phải đem thấm lạinhằm phục hồi lớp thấm N để khuôn có thể làm việc tiếp theo. Cấu tạo lớp thấm gồm hai phần: Lớp trắng là lớp vỏ ngoài cùng và lớp tiếp theo làlớp khuếch tán. Theo giản đồ trạng thái Fe-N (Hình 1) [5], tùy thuộc vào hàm lượng N màcấu trúc lớp thấm sẽ có các pha khác nhau. Lớp trắng chỉ gồm pha ’ (Fe4N) có độ cứngcao, giòn, không xốp (tương ứng với khoảng 6-7% N), chịu mài mòn tốt nhưng dễ bịbong tróc khi va đập. Nếu hàm lượng N tăng lên trong lớp trắng xuất hiện pha  (Fe2-3N)* Email: d2manhbk42@gmail.com14 Journal of Science and Technique - N.206 (5-2020) - Le Quy Don Technical Universitycó độ xốp cao (tương ứng khoảng 7,1-11%N) [5-7]. Ngay sau lớp trắng là lớp khuếchtán. Lớp khuếch tán là hỗn hợp của (’+), trong đó ’ có độ cứng cao chịu mài mòntrên nền dung dịch rắn  dẻo dai, chịu va đập [2, 3, 8]. Như vậy, sau thấm N,tổ chức của lớp thấm theo thứ tự từ bề mặt vào trong có thể bao gồm pha  (hoặc hỗnhợp +’), tiếp theo đến pha ’, rồi đến lớp khuếch tán (’+) tiếp xúc với nền dungdịch rắn . Hình 1. Giản đồ trạng thái Fe-N [3] Trong công nghệ thấm N thể khí, khí thấm chủ yếu là NH3. Quy trình thấm Ntruyền thống thường là thấm 1 giai đoạn. Quá trình thấm diễn ra ở nhiệt độ không đổi.Lớp trắng giòn và khá dày, dễ bong tróc, độ cứng giảm đột ngột từ lớp trắng vào lớpkhuếch tán (hỗn hợp của ’+) [5, 6]. Do vậy, thấm 1 giai đoạn không có lợi. Hơn nữa,khi có yêu cầu cải thiện chiều dày và độ cứng lớp thấm, biện pháp công nghệ phổ biếnlà đưa thêm khí NH3 vào và điều chỉnh lưu lượng khí cung cấp nhằm điều chỉnh thếthấm. Biện pháp này tuy có cải thiện được chiều dày lớp thấm và tính chống mài mòn,song lại gây lãng phí một lượng lớn nguồn khí thấm và tăng ô nhiễm môi trường do thờigian thấm khá dài. Trong khi đó, nếu thấm 2 giai đoạn (thấm phân đoạn) sẽ có thể giảmđược chiều dày lớp trắng, độ cứng lớp thấm cao hơn do N ở lớp trắng cao khuếch tánvào sâu bên trong, trong khi thấm N từ môi trường vào ít. Tuy nhiên, các đánh giá vềcác đặc trưng của lớp thấm trong quy trình thấm 1 giai đoạn và 2 giai đoạn vẫn chưađược công bố đầy đủ. Bài báo này sẽ trình bày nghiên cứu thực nghiệm công nghệ thấmN thể khí cho mẫu thép làm khuôn dập nóng SKD61 với quy trình thấm 1 giai đoạn và 2giai đoạn nhằm mục đích chế tạo lớp thấm N chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu thực tiễn. 15Journal of Science and Technique - N.206 (5-2020) - Le Quy Don Technical University2. Thực nghiệm và đo kiểm mẫu Mẫu thực nghiệm được chế tạo từ thép SKD61 có kích thước 22x15x12 mm ...