Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến chất lượng lớp thấm nitơ trên bề mặt thép S20C để chế tạo trục cam ô tô

LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 43Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 3 (70) 2020 Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến chất lượng lớp thấm Nitơ trên bề mặt thép S20C để chế tạo trục cam ô tô Study the effects of temperature and time on the quality of nitriding layer on S20C steel surface for automobile camshafts Nguyễn Thị Hồng Nhung Email: hongnhungsaodo@gmail.com Trường Đại học Sao Đỏ Ngày nhận bài: 08/7/2020 Ngày nhận bài sửa sau

pdf8 trang | Chia sẻ: huong20 | Ngày: 18/01/2022 | Lượt xem: 300 | Lượt tải: 0download
Tóm tắt tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian đến chất lượng lớp thấm nitơ trên bề mặt thép S20C để chế tạo trục cam ô tô, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
phản biện: 29/9/2020 Ngày chấp nhận đăng: 30/9/2020 Tóm tắt Bài báo giới thiệu những kết quả nghiên cứu về phương pháp thấm nitơ thể khí trong môi trường NH3, áp suất dương so với khí quyển được áp dụng cho thép hợp kim S20C được sử dụng nhiều trong công nghiệp chế tạo các chi tiết trục cam của ô tô. Các thông số quan trọng như nhiệt độ, hệ số truyền nitơ β N đã được khảo sát để đánh giá ảnh hưởng của chúng đến chiều sâu và các tính chất của lớp thấm làm tĕng khả nĕng chịu ma sát mài mòn và chống ĕn mòn cho thép một cách hiệu quả nhất. Từ khóa: Phương pháp thấm nitơ; thông số công nghệ thấm; tổ chức tế vi của lớp thấm; độ cứng của chi tiết sau khi thấm ở các nhiệt độ. Abstract The article introduces research results on gaseous nitriding method applied to alloy steel S20C (a material which is widely used in industry in general and denfence industry in particular) in the common environment - NH3, which positive pressure compared to the atmosphere. Major parameters such as temperature, coefficient of nitrogen β N have beem investigated to assess their effects on the depth of Nitriding layer as well as on its other properties: stiffness and abrasion resistance. The results of the experiments demonstrate that the abrasion resistance to abrasion and corrosion of steel. Keywords: Nitriding method; permeability technology parameters; microscopic structure of the permeability layer; the hardness of the part after permeation at temperatures. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Thấm Nitơ là phương pháp hóa nhiệt luyện được sử dụng để nâng cao tuổi thọ của nhiều loại dụng cụ và chi tiết trong các lĩnh vực công nghiệp ô tô. Tuy phương pháp này đã được sử dụng rộng rãi, song đối với một số ứng dụng cụ thể, nhiều thông số công nghệ còn chưa được ổn định. Do đó, nghiên cứu này đã tiến hành khảo sát ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ ở dải thấm từ 500÷550oC đến hệ số truyền nitơ β N và qua đó, đến chiều sâu cũng như tính chất của lớp thấm. Kết quả nghiên cứu của bài báo tập trung làm rõ ảnh hưởng của công nghệ thấm nitơ tới bề mặt của thép S20C. Quá trình hình thành lớp thấm Nitơ trên thép chỉ có thể xảy ra khi thỏa mãn ba điều kiện sau: Trong môi trường thấm hình thành đủ lượng các nguyên tử nitơ hoạt tính, các nguyên tử hoạt tính có khả nĕng hấp thụ lên bề mặt thép. Nitơ có khả nĕng khuếch tán vào sâu trong thép. Khí nitơ ở dạng phân tử N 2 rất ổn định trong khoảng nhiệt độ từ 480÷650oC, do đó không thể dùng để thấm nitơ, trong khi đó khí NH3 sẽ dễ dàng phân hủy theo phản ứng sau trên bề mặt thép. 3 232htNH N H® + Nitơ ở dạng nguyên tử hoạt tính có khả nĕng chiếm các lỗ hổng trong mạng tinh thể của a - Fe, và sau đó (1) Người phản biện: 1. PGS. TS. Trần Văn Địch 2. TS. Ngô Hữu Mạnh NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 44 Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 3 (70) 2020 khuếch tán sâu vào thép. Tùy theo hàm lượng nitơ được tích tụ, có thể hình thành các hợp chất sau: { } 22 (1.2)Fe N Fe N+ ® { } 33 (1.3)Fe N Fe N+ ® { } 44 (1.4)Fe N Fe N+ ® Trong môi trường thấm thì quá trình phân hủy nhiệt của khí NH3 còn được mô tả bằng phản ứng (5) xảy ra đồng thời với phản ứng (1) như sau: 3 2 21 3 (1.5)2 2NH N H« + Tổ chức của lớp thấm nói chung được quyết định bởi hệ số truyền nitơ β N . Hệ số β N là thông số đặc trưng cho khả nĕng tiếp nhận nitơ của thép từ môi trường, được thể hiện theo công thức: ( ) (1.6)NN N a ab = Trong đó: (α N ) và (α N ) lần lượt là hoạt độ của nitơ trong dung dịch rắn của thép và của môi trường thấm. Hệ số β N lại phụ thuộc vào độ phân hủy, thời gian lưu, nhiệt độ thấm Độ phân hủy NH3 xác định như sau: 3 3 (%) (1.7)NH PhanhuyNH duavaoa = Độ phân hủy α phụ thuộc vào nhiệt độ, lưu lượng khí thấm. Ở nhiệt độ xác định thì độ phân hủy chỉ phụ thuộc vào lưu lượng khí, nghĩa là phụ thuộc vào thời gian lưu t của NH3 trong lò: (1.8)rVQt = Trong đó: Q: Lưu lượng khí NH3 vào lò (m3/ph); V r : Thể tích rỗng của lò (m3). 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Mẫu thấm chế tạo từ thép S20C theo tiêu chuẩn của Nhật Bản (JIS) có kích thước 10×10×20 mm để tính hệ số truyền nitơ và khảo sát tổ chức tế vi của kim loại và hợp kim, xác định độ cứng tế vi và chiều sâu lớp thấm nitơ. Bảng 1. Thành phần hóa học của mẫu thép S20C theo tiêu chuẩn của Nhật ( JIS G 4051: 1979) [4] Hàm lượng % Mẫu thấm S20C C Si Mn P S Cr Ni Mo Nguyên tố khác 0,18÷0,23 0,15÷0,35 0,3÷0,60 0,030 0,035 0,20 0,20 - Cu: 0,30;Ni + Cr: 0,35 Quá trình thấm sẽ luôn tồn tại 2 phản ứng đồng thời (1) và (5). Khi đó, phản ứng tổng hợp phân hủy khí trong môi trường thấm được thể hiện qua phản ứng (9) là tổng của hai phản ứng (1) và (5) được viết như sau: Trong đó: biểu thị nguyên tử nitơ hoạt tính sinh ra và được hấp thụ vào bề mặt thép để hình thành lớp thấm. Các phản ứng trên được mô tả qua mô hình tạo lớp thấm như (hình 1) [1;2] Hình 1. Sự hình thành lớp thấm nitơ thể khí [1;2] (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 3 2 212 3 (1.9)2NH N N H® + + (9) Cấu trúc lớp thấm Nitơ thể khí, tùy thuộc vào hàm lượng Nitơ nguyên tử khuếch tán được vào bề mặt thép mà lớp thấm có thể tồn tại các pha khác nhau dựa trên giản đồ pha Fe - N trên (hình 2) [1]. Trong giản đồ pha Fe - N có thể thấy giới hạn hòa tan của nitơ nguyên tử trong sắt phụ thuộc vào nhiệt độ. Tại vùng nhiệt độ thấm thường áp dụng, để điều khiển được lượng nitơ nguyên tử khuếch tán vào bề mặt thép. Thực tế hình 3 [6], cho thấy cấu trúc lớp thấm nitơ thể khí thường gặp bao gồm cả những vùng đơn pha và đa pha. Nhìn chung lớp thấm thường được chia thành 2 vùng. Vùng ngoài cùng thường được biết đến với tên gọi là lớp trắng, vùng này có nồng độ nitơ rất cao và cấu trúc pha nhận được là các nitrit sắt. Trong thấm nitơ thể khí, khi lớp trắng hình thành, thép sẽ có khả nĕng thụ động hóa, tính chống ĕn mòn rất tốt, ngoài ra lớp trắng còn có cấu trúc rỗ xốp, với mật độ khá lớn thích hợp cho các ứng dụng bôi trơn chống ma sát [3]. Vùng khuếch tán là phần còn lại của lớp thấm, vùng này nằm giữa lớp trắng và nền thép, do đó có nồng độ nitơ thấp hơn so với lớp trắng nói trên. Môi trường thấm Lớp hấp thụ (lớp biên) Bề mặt thép thấm Tái kết hợp H2 Hấp thụ NH3 Tái kết hợp N2 N khuyếch tán vào bề mặt thép LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 45Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 3 (70) 2020 Tuy nhiên, đây lại là vùng có sự phân bố các nitrit của nguyên tố hợp kim làm tĕng mạnh độ cứng. Ngoài ra việc tĕng hàm lượng Nitơ nguyên tử hòa tan trong nền thép nhờ thấm nitơ cũng làm tĕng mật độ khuyết tật điểm, qua đó làm tĕng mức độ xô lệch mạng và tạo ứng suất nén dư trên lớp bề mặt, nhờ đó cũng làm tĕng khả nĕng chịu mỏi cho chi tiết khi làm việc [6]. Hình 2. Giản đồ pha Fe – N [1;2;3] Hình 3. Sơ đồ cấu trúc lớp thấm nitơ thể khí [2; 3];[6] Hình 4. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mức độ phân hủy NH3 tại các lưu lượng khí khác nhau [5; 6] Lớp khuếch tán có độ cứng cao chịu mài mòn và ứng suất nén dư, tăng khả năng chịu mỏi Lớp trắng có tính chất chống ăn mòn và ma sát 480 500 520 540 560 580 600 Nhiệt độ (oC) 60 50 40 30 20 10 0 Mứ c đ ộ p hân hu ỷ N H 3 (% ) 51/phút 81/phút 121/phút 201/phút 301/phút NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 46 Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 3 (70) 2020 Ảnh hưởng của nhiệt độ: Công nghệ thấm nitơ khác so với các công nghệ khác là sử dụng nhiệt độ thấm thấp, qua đó bảo toàn được tính chất của vật liệu nèn, ngoài ra còn giảm thiểu đáng kể các tác động bất lợi đến độ bền mỏi của chi tiết [5;6]. Tuy nhiên, do cường độ khuếch tán phụ thuộc nhiệt độ theo quy luật Arrhenius nên khi thấm ở nhiệt độ thấp, yêu cầu thời gian thấm phải kéo dài, đồng thời chiều sâu lớp thấm đạt được hạn chế hơn so với các công nghệ khác. Trên hình 4 cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ đến mức độ phân hủy của NH3 tại các lưu lượng khác nhau. Thực nghiệm cho thấy, tại lưu lượng không đổi, nhiệt độ tĕng đều làm tĕng mức độ phân hủy NH3 trong buồng thấm, qua đó làm giảm thể tích thấm. Hình 5. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim [1, 2] a) Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến độ cứng lớn nhất trên thép thấm nitơ, thực hiện tại 524oC - 48 giờ. b) Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến chiều dày lớp thấm trắng tại 550oC - 24 giờ Hình 6. Sơ đồ bố trí thiết bị cung cấp khí và kiểm soát mức độ phân hủy nhiệt NH3 [1, 2] Công suất lò 5 kW. Nhiệt độ làm việc tối đa là 650oC. Lò có hệ thống làm mát được gắn dưới bích nổi lò. Quạt khuấy nhằm đồng đều khí trong lò được gắn trực tiếp nắp lò sử dụng là động cơ 1 pha công suất 150 W. Ngoài ra, hệ thống cung cấp khí thấm và hệ thống các van điều áp dẫn khí đến lò thấm cũng được bố trí đồng bộ như sơ đồ trên hình. Độ cứ ng (M HB ) 1.000 800 600 400 200 % Nguyên tố hợp kim 00 1 2 3 4 5 % Nguyên tố hợp kim Ch iều dà y lớ p t rắn g (μ m) 40 30 20 10 00 1 2 3 4 5 6 W Mo Ni Cr Mn Ni Cr Si MM V Al Bảng gồm các van điều khiển lưu lượng Can nhiệt (K) Van đóng mở Sensor Cánh khuẩy Can nhiệt (K) Chi tiết thấm Ống dẫn khíVan điều áp NH3 N2 LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 47Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 3 (70) 2020 Hình 7. Quy trình thường hóa mẫu S20C trước thấm Hình 8. Quy trình thấm nitơ thể khí [1, 2] 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ Kết quả thực nghiệm cho thấy, nhiệt độ càng tĕng, độ phân hủy NH3 càng lớn thì hệ số truyền nitơ càng lớn hình 9. Như vậy, lượng nitơ được truyền Thời gian Không khí 880oC 650oC Nh iệt độ , o C Thời gian Nhiệt độ, oC Ngưng cấp NH3 Nguội cùng lò To To - 20 oC Cấp khí N2 bảo vệ 8h, P = 1,2 atm Hỗn hợp (NH3 + N2) Cấp khí N2 bảo vệ Điều chỉnh NH3 với lưu lượng cần thiết Bắt đầu cung cấp NH3 vào mẫu thép nhiều hơn khi nhiệt độ thấm tĕng, và điều này rõ ràng không những liên quan đến cường độ quá trình khuếch tán (hệ số D) mà còn do quá trình phân hủy NH3 xảy ra trên bề mặt thép mạnh hơn khi nhiệt độ tĕng. Hệ số truyền nitơ β N tĕng đã dẫn đến làm tĕng chiều sâu lớp thấm. Bảng 2. Bảng giá trị độ cứng của thép S20C phụ thuộc vào ảnh hưởng của nhiệt độ Mác thép Nhiệt độ thấm Khoảng cách và vị trí các vết đo tính từ bề mặt (mm) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 S20C 510oC 227 234 243 241 234 228 215 214 213 530oC 230 232 242 239 234 229 217 217 215 550oC 233 235 238 237 232 231 216 216 212 Hình 9. Phân bố độ cứng của thép S20C ở điều kiện thấm duy trì với thời gian lưu 10 phút, thời gian thấm 8 giờ và trong điều kiện thay đổi nhiệt độ thấm [1;2] μm 0 50 100 150 200 250 300 HV 0,1 240 220 210 0 Thấm tại 510oC - Ka = 0,74 Thấm tại 530oC - Ka = 0,71 Thấm tại 550oC - Ka = 0,68 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 48 Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 3 (70) 2020 Hình 10. Phân bố độ cứng của thép S20C phụ thuộc vào thời gian thấm [1;2] Qua bảng 2 và hình 9, tổng chiều dày lớp thấm sẽ được xác định từ bề mặt vào sâu bên trong cho đến vùng nitơ tồn tại và thể hiện rõ mức độ ảnh hưởng của nó đến nền thép thông qua việc làm chênh lệch độ cứng với pha nền. Các giá trị thực nghiệm cho thấy tổng chiều sâu lớp thấm trên thép S20C vào khoảng 180 μm khi thấm tại 510oC với độ cứng lớn nhất 243 HV. Ở nhiệt độ thấm cao hơn, chiều sâu lớp thấm có thể đạt tới 210 μm đạt giá trị độ cứng là 238 HV. Từ kết quả độ cứng đo được hình 9. Ta nhận thấy nhiệt độ càng cao thì độ cứng bề mặt càng thấp, lượng nitơ khuếch tán mạnh hơn vào sâu trong lõi và chiều sâu lớp thấm. Độ cứng của lõi giảm đi chút ít do thời gian thấm dài. Thời gian thấm cũng là một thông số công nghệ chính có ảnh hưởng đến tổ chức và tính chất lớp thấm nitơ. Kết quả thực nghiệm cho thấy có sự gia tĕng của chiều sâu lớp thấm khi thời gian thấm tĕng. Với mẫu thép S20C thấm tại 510oC khoảng thời gian để lớp thấm có thể phát triển chiều sâu đạt tới giá trị hiệu quả là 6 giờ. Trên đồ thị hình 10 cho thấy mẫu thấm tại 6 giờ đã có thể đạt tới Thấm 4h Thấm 5h Thấm 6h Thấm 8h μm HV 0,1 0 50 100 150 200 250 300 245 235 225 215 205 chiều sâu thấm hiệu quả khoảng 180 μm, ở thời gian thấm < 6 giờ, lớp thấm vẫn chưa đạt tới chiều sâu hiệu quả. Nguyên nhân là do điều kiện thấm ở nhiệt độ thấp, tốc độ khuếch tán nhỏ sẽ hạn chế khả nĕng di chuyển của nitơ nguyên tử vào sâu trong bề mặt thép, do đó thời gian thấm thường cần phải kéo dài để đạt chiều sâu mong muốn. Qua bảng 3 có thể thấy rằng ở nhiệt độ thấm xác định, thời gian thấm tĕng sẽ làm tĕng chiều sâu lớp thấm, tuy nhiên việc kéo dài thời gian thấm để tĕng chiều sâu lớp thấm hiệu quả sẽ thực sự chỉ có ý nghĩa trong khoảng thời gian hữu ích nhất định (trong khoảng thời gian này, lớp thấm phát triển nhanh theo thời gian thấm). Nếu thời gian thấm tiếp tục được kéo dài hơn khoảng hữu ích nói trên, chiều sâu lớp thấm tuy có tĕng nhưng với tốc độ rất chậm và thường không mang lại được lợi ích kinh tế cho các cơ sở sản xuất do làm tĕng cao các chi phí và giá thành chế tạo sản phẩm. Do đó, việc xác định được khoảng thời gian thấm hữu ích đối với từng loại thép là rất quan trọng. Từ kết quả thực nghiệm ở trên ta thấy khoảng thời gian thấm hữu ích của thép S20C khi thấm tại 510oC là 6 giờ. Bảng 3. Bảng kết quả phân bố độ cứng phụ thuộc vào thời gian thấm Mác thép Thời gian thấm Khoảng cách và vị trí các vết đo tính từ bề mặt (μm) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 S20C Thấm tại 510oC 4 giờ 235 241 235 221 217 211 212 - - 5 giờ 243 247 236 234 231 218 2173 212 - 6 giờ 239 245 243 237 232 229 220 216 211 8 giờ 240 245 241 235 234 230 219 214 212 Bảng 4. Kết quả phân bố độ cứng khi thấm tại 510oC, 530oC Mác thép/nhiệt độ thấm Thời gian thấm Khoảng cách và vị trí các vết đo tính từ bề mặt (μm) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 S20C/510oC 6 giờ 239 245 243 237 232 229 220 215 211 S20C/530oC 6 giờ 236 241 239 239 230 230 224 219 214 LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 49Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 3 (70) 2020 Hình 11. Phân bố độ cứng của mác thép S20C ở các nhiệt độ thấm khác nhau [1;2] Hình 13. Ảnh hiển vi điện tử quét quan sát tổ chức lớp thấm mẫu thép S20C hình thành trên bề mặt cắt ngang các mẫu thép mỏng. Mẫu được thấm tại 550oC sử dụng 100% NH3 với Kn = 0,7 và thời gian thấm 8 giờ Hình 14. Phân bố hàm lượng nguyên tố trên tiết diện ngang mẫu mỏng S20C sau thấm tại 550oC sử dụng 100% NH3 với Kn = 0,7 và thời gian thấm 8 giờ a) Diện tích quét trên bề mặt mẫu thực; b) Phân bố hàm lượng nitơ Ở hình 14 được tiến hành quan sát sự phân bố hàm lượng các nguyên tố theo tiết diện ngang nhằm đánh giá mức độ khuếch tán nitơ. Tại khu tiếp xúc giữa bề mặt mẫu và một trường thấm là nơi tập trung nitơ hấp thụ với hàm lượng rất lớn vào bề mặt, sự khuếch tán của nitơ từ bề mặt vào sâu trong hạt diễn ra tương đối nhanh. μm HV 0,1 245 235 225 215 205 0 50 100 150 200 250 Thấm tại 510oC Thấm tại 530oC Kết quả trong bảng 4 và hình 11 cho thấy ở điều kiện duy trì thể thấm ổn định, khi tĕng nhiệt độ thấm từ 510oC lên 530oC thì giá trị độ cứng lớn nhất của lớp bề mặt giảm. Nguyên nhân là khi tĕng nhiệt độ thấm sẽ làm tĕng mức độ khuếch tán nitơ vào sâu trong bề mặt thép nhanh hơn, qua đó làm giảm hàm lượng nitơ vùng gần bề mặt, giảm độ cứng. Kết quả thấm tại 510oC sau 6 giờ cũng cho thấy lợi thế về giá trị độ cứng tốt hơn hẳn và chiều sâu lớp thấm hiệu quả đạt được trong trường hợp này khoảng 180 mm. Chính vì lý do này thép S20C hoàn toàn có thể thấm tại vùng có nhiệt độ <530oC. Hình 12 đã có sự hình thành tổ chức lớp thấm nitơ trên bề mặt các mẫu thép. Với các mẫu thép nghiên cứu, đặc biệt dễ quan sát trên mác thép sau thường hóa, vùng hình thành tổ chức lớp thấm chỉ ra có sự phát của các hạt mới khác hoàn toàn so với kích thước hạt của nền kim loại ban đầu. Đây chính là do hiệu quả tác động của nitơ. Hình 12. Ảnh hiển vi quang học quan sát tổ chức lớp thấm hình thành trên bề mặt mẫu thép S20C với độ phóng đại 500X. Mẫu được thấm tại 5500C sử dụng 100NH3 với Kn = 1,6 và thời gian thấm 8 giờ Hình 13 cho biết sự phát triển của biên hạt từ ngoài bề mặt mẫu vào trong đã cho thấy nitơ nguyên tử khuếch tán vào bề mặt thép chủ yếu theo đường biên hạt, kích thước lưới nitrit khá đồng đều trên toàn bộ tiết diện mẫu thép quan sát. Sau thời gian thấm 8 giờ chiều dày lớp thấm giàu nitơ trên bề mặt thấm đạt được mức độ trung bình khoảng 4,5 μm. Lưới nitrit phát triển tại biên hạt 18 μm NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 50 Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 3 (70) 2020 Hình 15. Tổ chức tế vi của thép S20C với độ phóng đại 500X tại các chế độ xử lý nhiệt trước thấm khác nhau và kết quả phân bố độ cứng sau thấm [1;2] a) Thép S20C sau thường hóa; b) Thép S20C sau tôi; c) Phân bố độ cứng sau thấm nitơ Để khẳng định được ảnh hưởng của kích thước hạt ban đầu đến mức độ khuếch tán của nitơ nguyên tử vào bề mặt thép, mẫu thép khối S20C cũng được mang đi tôi ở 900oC với môi trường tôi là nước trước khi mang đi thấm nitơ trong thời gian 3 giờ. Kết quả phân bố độ cứng được thể hiện trên hình 15. Quan sát ảnh tổ chức tế vi giữa 2 mẫu thép S20C có tôi trước thấm và không tôi cho thấy, với mẫu thép tôi, tốc độ làm nguội nhanh cho phép nhận được các hạt mactenxit có kích thước nhỏ hơn đáng kể đồng thời nền ferrit giàu cacbon hơn. Kết quả phân bố độ cứng của hai mẫu thép sau khi thấm nitơ ở cùng một chế độ trên hình 15c cho thấy. Với mẫu thép sau tôi, số lượng biên hạt nhiều đã làm cho lượng nitơ khuếch tán vào sâu trong bề mặt thép. Điều này chứng tỏ kích thước hạt ban đầu có ảnh hưởng đến mức độ hấp thụ nitơ trên bề mặt thép, mẫu thép S20C sau thường hóa được thử nghiệm oxy hóa trước bề mặt bằng hơi nước tại 580oC (PH2O = 2×103 Pa) trong thời gian 30 phút trước khi tiến hành thấm nitơ thể khí trong thời gian 3 giờ và có kết quả sau khi oxy hóa bề mặt thép hình 15, tổ chức oxit nhận được Fe3O4 có cấu trúc rỗ xốp [5], kém ổn định là điều kiện thuận lợi để nitơ hấp thụ và khuếch tán vào bề mặt thép, nhờ đó đẩy nhanh tốc độ thấm độ cứng của chi tiết cao hơn. Qua các kết quả thí nghiệm ở trên thì ta thấy khi thấm nitơ thể khí ở nhiệt độ 510÷530oC, trong môi trường áp suất dương, với cùng chế độ cấp khí thích hợp (độ phân hủy NH3, thời gian lưu) thì hệ số truyền nitơ β N tĕng khi nhiệt độ tĕng, qua đó chiều sâu lớp thấm cũng tĕng. Thấm nitơ cho thép S20C tạo được lớp thấm có độ cứng cao, chứa nhiều pha nitrit nhỏ, mịn, phân bố đều, làm tĕng tuổi thọ cho các loại chi tiết cơ khí như trục cam ô tô, hoặc vũ khí làm việc trong điều kiện chịu va đập, chịu mỏi và chịu ma sát mài mòn. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Văn Lân (1996), Luận án Tiến sỹ khoa học ‘‘Nghiên cứu ảnh hưởng của một số nguyên tố hợp kim đến quá trình khuếch tán đồng thỏi C –N – S vào hợp kim Fe – C’’. [2] Nguyễn Ngọc Minh (2015), Luận án tiến sỹ khoa học vật liệu ‘‘Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính nhằm ổn định công nghệ thấm nitơ thể khí lên một số loại thép thông dụng ở Việt Nam’’. [3] Nguyễn Văn Tư (1999), Xử lý bề mặt, Nhà xuất bản Đại học Bách khoa Hà Nội. [4] JIS G4051- 1979. [5] Mei Yang (2012), Nitriding – fundamentals, modeling and process optimization. [6] Linde Gas Division, Furnace Atmospheres No.3. Gas Nitriding and Nitrocarburising. THÔNG TIN TÁC GIẢ Nguyễn Thị Hồng Nhung - Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo, nghiên cứu): + Năm 2007: Tốt nghiệp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, chuyên ngành Luyện kim màu và luyện kim bột, khoa Khoa học & Kỹ thuật vật liệu. + Năm 2012: Tốt nghiệp Thạc sĩ khoa học, chuyên ngành Khoa học & Kỹ thuật vật liệu, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. - Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên khoa Cơ khí, Trường Đại học Sao Đỏ. - Lĩnh vực quan tâm: Vật liệu. - Email: hongnhungsaodo@gmail.com. - Điện thoại: 0944183794. c)

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfnghien_cuu_anh_huong_cua_nhiet_do_va_thoi_gian_den_chat_luon.pdf