Tiểu luận 4: Dựa trên định luật khuếch tán xác định quan hệ giữa thời gian thấm C, nhiệt độ thấm, chiều dày lớp thấm C cho chi tiết?

Thấm C-N là quá trình bão hòa bề mặt thép đồng thời hai nguyên tố C và N ở dạng nguyên tử (Cnt và Nnt) làm tăng độ cứng, khả năng chống mài mòn cho bề mặt chi tiết, trong khi lõi vén giữ được độ dai, có khả năng chịu uốn, xoắn, chịu mỏi. Để tìm hiểu sâu hơn về vấn đề này mời các bạn cùng tham khảo "Tiểu luận 4: Dựa trên định luật khuếch tán xác định quan hệ giữa thời gian thấm C, nhiệt độ thấm, chiều dày lớp thấm C cho chi tiết?".
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tiểu luận 4: Dựa trên định luật khuếch tán xác định quan hệ giữa thời gian thấm C, nhiệt độ thấm, chiều dày lớp thấm C cho chi tiết?Tiểuluận4:DựatrênđịnhluậtkhuếchtánxácđịnhquanhệgiữathờigianthấmC,nhiệtđộthấm,chiềudàylớpthấmCchochitiết?1.Mởđầu:ThấmCNlàquátrìnhbàohõabềmặtthépđồngthờihainguyêntốCvàNởdạngnguyêntử(CntvàNnt)làmtăngđộcứng,khảnăngchốngmàimònchobềmặtchitiết,trongkhilõivéngiữđượcđộdai,cókhảnăngchịuuốn,xoắn,chịumỏi.Thépsửdụngđểthấmthườngcóhàmlượngcacbonthấp(nhỏhơn0,3%)vàmộtsốnguyêntốhợpkimcókhảnăngtạocacbitvànitơritnhưcrôm,mangan,môlipđen,…Quátrìnhthấmđượcthựchiệnbằngcáchđặtchiqtiếttrongmôitrườngcóhàmlượngcacbonvànitơnguyêntửcaohơnnhiềusovớihàmlượngcácnguyêntốđótrongthép.Cacbonvànitơkhuếchtánvàobềmặtthéprồitiếptụckhuếchtánsâuvàobêntrong,kếthợpvớisắtvàcácnguyêntốhợpkim,tạonêncáchợpchấtcóđộcứngcao.Độcứnggiảmdầntừngoàivàolõi.Chấtlượnglớpthấmkhôngchỉphụthuộcvàohàmlượngcácnguyêntốthấmmàcònphụthuộcvàosựphânbốcácnguyêntốđótronglớpthấm.ChấtlượnglớpthấmsẽcaohơnnếuhàmlượngcácnguyêntốC,Ngiảmtừngoàivàotrongmộtcáchđiềuhoà,khôngthayđổiđộtngột.Nếunồngđộchấtthấmgiảmđộtngột,cơtínhlớpthấmgiảmđộtngột,cóthểdẫnđếnbóc,vỡlớpthấm[1].Xácđịnhgiátrịđộcứngtheochiềusâulớpthấmlàxácđịnhgiántiếpsựsựphânbốvàcũnglàsựkhuếchtáncủacacbonvànitơđểtạonênlớpthấm.ĐểđạtđượcđiềuđócầnphảikhốngchếmôitrườngthấmvàđặcbiệtlàphảiđiềuchỉnhđượcquátrìnhkhuếchtáncủaCvàN.QuátrìnhkhuếchtántuântheođịnhluậtFickII:trongđó:Cxlàhàmlượngcacbontạikhoảngcáchxtronglớpthấm,Colàhàmlượngcacbonbanđầutrongthép,Cslàhàmlượngcacbontrênbềmặtthép,xlàchiềudàylớpthấm,Dlàhệsốkhuếchtánphụthuộcvàobảnchấtcủanguyêntốthấm,nhiệtđộvàvàomôitrườngkhuếchtán.Tạinhiệtđộthấmthépcótổchứcaustenit(γ).BiểuthứccủađịnhluậtFickIIcũngchothấysựphụthuộccủaquátrìnhthấmvàomôitrườngthấm.TrongbiểuthứccủađịnhluậtFickII,thấyrõlàởnhiệtđộthấmxácđịnh,vớimộtloạithépxácđịnh(Co=constant),chiềudàylớpthấm(x)vàthờigianthấm(t)phụthuộccàoCs.Trongđiềukiệncânbằng,Cscógiátrịbằnghàmlượngcácnguyêntốthấmcủamôitrườngtiếpxúcvớichitiết(Cp).DocósựchênhlệchgiữaCsvàCo,cácbonvànitơkhuếchtándầnvàophíatrong,sựchênhlệchđóchínhlàđộnglựccủaquátrìnhkhuếchtán.Chấtlượnglớpthấmphụthuộcvàohàmlượngcácbontrênbềmặtvàvàosựkhuếchtáncủachúngtrênlớpthấm.Cơtínhcủalớpthấmtốtnhấtkhitổnghàmlượngcacbonvànitơtrênbềmặtđạt1đến1,3%[1].Nếutổnghàmlượngcácnguyêntốthấmquánhỏ,lớpthấmkhôngđủđộcứng,cònnếuquálớnsẽtạomuộihoặckhuyếttật[2].Nếumôitrườngtạoralượngcácnguyêntửcủanguyêntốthấmnhỏ,độcứngbềmặtsẽthấpvìhàmlưọngcácphacứngthấp.Ngượclạinếunồngđộcacbonvànitơtạoraquálớn,cácnguyêntửđượchấpphụtrênbềmặtthéplớn,bềmặtthépcóhàmlượngcacnguyêntốthấmquácao,tạonênnhiềucacbitvànitơritdẫnđếnaustenittrởnênnghèonguyêntốhợpkim,tốcđộtôitớihạngiảm,hoặctạoraaustenitdưlớn.Cảhaitrườnghợpđềulàmgiảmchấtlượngbềmặt[3].Trongthínghiệmnày,nguồntạoranitơnguyêntửlàNH3.PhảnứngtạoNntnhưsau:2NH3↔2(Nnt)+6H(1)Nguồncacbon(Cnt)đượctạoratừhỗnhợpcủakhígacôngnghiệpvàCO2,khígacôngnghiệpcủaViệtNambaogồmhaithànhphầnchủyếulà50%C3H8và50%C4H10.Cácbonnguyêntử(Cnt)sẽđượctạoratheocácphảnứngliênhoàn:C3H8+3CO2=6CO+4H2(2)C4H10+C4H10=8CO+5H2(3)CO+H2↔H2O+(Cnt)(4)Phảnứng(4)tạoraCntđivàolớpthấm.Tốcđộcácphảnứngtrênkhálớn,nhấtlàthờigianbắtđầu,lượngCntsinhrarấtnhiềutrênbềmặtthép,còntốcđộkhuếchtántừbềmặtvàosâutrongthéplạinhỏvìcacbonvànitơkhuếchtántheocơchếkhuếchtánxenkẽ[2].Điềuđócókhảnăngtạomuộihoặclàmchohàmlượngcácbontrênbềmặtthépquálớn,cơtínhcủalớpthấmgiảm.Nếuthờigianthấmngắn,khôngđủđểcácbonkhuếchtánvàphânbốgiảmdầntrênbềmặtlớpthấm,hàmlưọngcacbontrênbềmặtcao,sựchênhlệchhàmlượngcacbongiữacácvùngtếvilớn,tạorasựchênhlệchvềcơtính,gâynguycơtạovếtnứtkhichịulực.Nếuthờigianthấmdài,dosựcómặtcủanitơ,dễxuấthiệncácbọtkhínitơtrênlớpthấm[2].Vìvậy,saumộtthờigiancấpkhí,giaiđoạntiếptheocầnngừng,hoặcgiảmlượngkhínguồncungcấpcácnguyêntốthấmđểcácnguyêntửcacbonvànitơkhuếchtándầnvàotrong.Thờigianđógọilàthờigiankhuếchtán.GọiTlàtổngthờigianthấm:T=T1+T2,T1làthờigianbãohoà.Tr ...