Nghiên cứu quy trình công nghệ thấm Nitơ thể khí cho thép SKD11 dùng làm khuôn dập nguội

ng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kì cơng trình nào khác. Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc. Nếu sai tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm. Tác giả luận văn Phạm Thị Hằng Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập, nghiên cứu và tiến hành làm luận văn tốt nghiệp, tơi đã nhận được sự dạy bảo, hướng dẫn và giúp đỡ rất tận tình của các thầy cơ, các anh chị đồng nghiệp, gia đình và bạn bè. Nhân dịp này, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới cơ giáo TS. Phùng Thị Tố Hằng, người thầy trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ tơi trong thời gian thực hiện đề tài này. Tơi cũng xin cảm ơn các thầy cơ giáo trong Bộ mơn cơng nghệ cơ khí, các thày cơ giáo trong khoa Cơ ðiện Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội đã giảng dạy, giúp đỡ và tạo điều kiện cho tơi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài. Qua đây, tơi xin được gửi lời cảm ơn tới các thầy cơ và các bạn đồng nghiệp trong bộ mơn Vật liệu học, xử lý nhiệt và bề mặt trường ðại học Bách khoa Hà Nội đã rất nhiệt tình giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp của mình. Xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã ủng hộ, động viên tạo điều kiện giúp tơi hồn thành khố học. Tơi xin chân thành cảm ơn! Tác giả Phạm Thị Hằng Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........iii MỤC LỤC Lời cam đoan ..................................................................................................................... i Lời cảm ơn.............................................................................................................. ii Mục lục.................................................................................................................. iii Danh mục các bảng................................................................................................. v Danh mục các hình ................................................................................................ vi MỞ ðẦU ............................................................................................................... 0 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................... 3 1.1. Tổng quan về khuơn dập nguội .................................................................... 3 1.1.1. Sơ lược về khuơn dập nguội ................................................................... 3 1.1.2. ðiều kiện làm việc của khuơn................................................................. 4 1.1.3. Yêu cầu cơ tính khuơn ............................................................................ 5 1.1.4. Các dạng sai hỏng của khuơn dập nguội ................................................ 6 1.1.5. Vật liệu làm khuơn ............................................................................... 10 1.1.6. Thép SKD11......................................................................................... 16 1.2. Nhiệt luyện thép SKD11............................................................................. 21 1.2.1. Quy trình cơng nghệ tổng quát nhiệt luyện ........................................... 21 1.2.2. Tơi thép SKD11.................................................................................... 23 1.2.3. Ram thép SKD11.................................................................................. 29 1.2.4. Sai hỏng khi nhiệt luyện khuơn dập nguội ............................................ 31 1.3. Tổng quan về thấm nitơ .............................................................................. 33 1.3.1. Mục đích thấm nitơ cho thép SKD11 dùng làm khuơn dập sâu và dập vuốt................................................................................................................ 33 1.3.2. Khái niệm thấm nitơ……………………………………………...……………34 1.3.3. Tổ chức lớp thấm ................................................................................. 34 1.3.4. Tính chất của lớp thấm nitơ ................................................................. 37 2.3.5. Các loại thép dùng để thấm nitơ........................................................... 38 1.3.6. Quá trình thấm nitơ.............................................................................. 39 1.3.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thấm ............................................ 41 2.3.8. Các phương pháp thấm nitơ ................................................................. 43 1.3.9. Thấm nitơ thể khí ................................................................................. 45 Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........iv CHƯƠNG II: ðỐI TƯỢNG, ðỊA ðIỂM, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................................................................................... 55 2.1. ðối tượng, địa điểm nghiên cứu.................................................................. 55 2.1.1. ðối tượng nghiên cứu .......................................................................... 55 3.1.2. ðịa điểm nghiên cứu ............................................................................ 55 3.2. Quy trình thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu.................................... 55 3.2.1. Sơ đồ thực nghiệm................................................................................ 55 2.2.2. Phương pháp kiểm tra.......................................................................... 61 2.2.3. Thiết bị thí nghiệm ............................................................................... 61 2.2.4. Thiết bị kiểm tra và nghiên cứu ............................................................ 63 2.2.5. Thiết bị phụ .......................................................................................... 67 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 68 3.1. Thành phần hĩa học và tổ chức tế vi của thép SKD11 trước nhiệt luyện..... 68 3.1.1. Thành phần hĩa học............................................................................. 68 3.1.2. Tổ chức tế vi của thép SKD11 trước khi nhiệt luyện ............................. 68 3.2. Tổ chức tế vi và độ cứng sau nhiệt luyện .................................................... 70 3.2.1. Tổ chức tế vi và độ cứng sau tơi ........................................................... 70 3.2.2. Tổ chức tế vi và độ cứng sau ram ......................................................... 73 3.3. Tổ chức và tính chất lớp thấm nitơ trên thép SKD11 .................................. 75 3.3.1. Ảnh hưởng của độ phân hủy NH3 đến tổ chức, tính chất của lớp thấm . 75 3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tổ chức và tính chất của lớp thấm nitơ..... 80 3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian thấm đến tổ chức và tính chất của lớp thấm.. 84 3.4. Ảnh hưởng của phương pháp thấm ............................................................. 88 3.5. Nghiên cứu các pha cĩ trong tổ chức lớp thấm ........................................... 91 3.5.1. Dự đốn các pha trong tổ chức lớp thấm trên giản đồ pha xây dựng bằng chương trình thermocal ................................................................................. 91 3.5.2. Xác định các pha trong tổ chức lớp thấm bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen ........................................................................................................ 94 3.6. Thử mài mịn .............................................................................................. 96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 97 1. Kết luận......................................................................................................... 97 2. Kiến nghị....................................................................................................... 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 99 Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........v DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng Tên bảng Trang 1.1 Vật liệu làm khuơn dập định hình bằng áp lực 12 1.2 Vật liệu làm khuơn dập sâu 13 1.3 Thành phần % của thép SKD11 và của mác thép tương ứng 16 1.4 Các mác thép tương ứng với SKD11 17 1.5 Tính chất vật lý của thép SKD11 17 1.6 Các pha trong tổ chức lớp thấm nitơ 36 1.7 Hệ số phân hủy β theo nhiệt độ 47 3.1 Thành phần hĩa học thép SKD11 nghiên cứu 66 3.2 ðộ cứng của mẫu giữ nhiệt với τ = 25 phút 69 3.3 ðộ cứng của mẫu giữ nhiệt với τ = 50 phút 70 3.4 ðộ cứng sau ram ở 530oC 72 3.5 ðộ cứng sau ram ở 560oC 73 3.6 Thơng số khi thấm với nhiệt độ và thời gian thấm khơng đổi với độ phân hủy β thay đổi 74 3.7 Giá trị độ cứng phân bố theo chiều sâu lớp thấm (nhiệt độ thấm 480oC, thời gian thấm 6h) 78 3.8 Giá trị độ cứng phân bố theo chiều sâu lớp thấm (khi nhiệt độ thay đổi) 81 3.9 Giá trị độ cứng phân bố theo chiều sâu lớp thấm 84 3.10 Chế độ thấm hai giai đoạn 97 3.11 Giá trị độ cứng phân bố theo chiều sâu lớp thấm (T=530oC, thời gian 8h, độ phân hủy 50-60%) 88 3.12 Kết quả phân tích thành phần pha mẫu thấm nitơ 95 3.13 Kết quả thử mài mịn 96 Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........vi DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang 1.1 Khuơn dập nguội và sản phẩm dập vuốt, dập sâu 4 1.2 Các sai hỏng của khuơn dập nguội 7 1.3 Một số chi tiết dập sâu với chiều dày và kích thước khác nhau 15 1.4 Biểu đồ so sánh cơ tính của một số loại thép hợp kim 15 1.5 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim tới cơ tính của thép 18 1.6 Giới hạn tồn tại của các loại cacbit trong hợp kim Fe-C-Cr 19 1.7 Quy trình cơng nghệ tổng quát nhiệt luyện thép SKD11 22 1.8 Sơ đồ nung, tơi thép SKD11 27 1.9 Giản đồ CCT của thép SKD11 28 1.10 Ảnh hưởng của nhiệt độ ram tới độ cứng của thép SKD11 30 1.11 Sự thay đổi thể tích các tổ chức trong quá trình ram 32 1.12 Sự thay đổi kích thước khuơn theo nhiệt độ trong quá trình ram 32 1.13 Giản đồ Fe-N 35 1.14 Tổ chức lớp thấm nitơ 35 1.15 Sơ đồ quá trình phân hủy, hấp thụ và khuếch tán khi thấm nitơ 40 1.16 Ảnh hưởng của khuếch tán đến nồng độ và chiều sâu lớp thấm 41 1.17 Sự phụ thuộc hệ số khuếch tán D vào nhiệt độ 42 1.18 Sự phụ thuộc chiều dày lớp thấm vào thời gian 43 1.19 ðộ phân hủy NH3 phụ thuộc vào nhiệt độ 46 1.20 Vết đo độ cứng Vicke 49 1.21 Biểu đồ thể hiện phương pháp điều khiển quá trình thấm nitơ thơng qua thế nitơ 50 1.22 Thấm nitơ một giai đoạn 51 1.23 Thấm nitơ hai giai đoạn 51 2.1 Sơ đồ nghiên cứu 54 Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........vii Số hình Tên hình Trang 2.2 Kích thước mẫu thí nghiệm 55 2.3 Quy trình tơi thép SKD11 55 2.4 Quy trình ram thép SKD11 56 2.5 Quy trình thấm nitơ thể khí 57 2.6 Lị nung theo chu trình 60 2.7 Lị ram và thấm nitơ 60 2.8 Bảng điều chỉnh lưu lượng 61 2.9 Máy đo độ cứng thơ đại 61 2.10 Máy đo độ cứng tế vi 62 2.11 Kính hiển vi quang học Axiovert 25° 62 2.12 Máy thử mài mịn 63 2.13 Máy phân tích Rơnghen 63 2.14 Thiết bị đo độ phân hủy NH3 63 2.15 Sơ đồ đo độ phân hủy NH3 64 3.1 Thép SKD11 ở trạng thái cung cấp 67 3.2 Thép SKD sau rèn (tiết diện ngang phương rèn) 67 3.3 Thép SKD sau rèn (tiết diện dọc phương rèn) 67 3.4 Tổ chức tế vi thép sau tơi (τ =25 phút) 69 3.5 Tổ chức tế vi thép sau tơi (τ =50 phút) 69 3.6 Quan hệ giữa nhiệt độ ram và độ cứng của mẫu sau tơi 71 3.7 Tổ chức thép SKD11 sau ram ở 530oC 72 3.8 Tổ chức thép SKD11 sau ram ở 560oC 72 3.9 Lớp thấm nitơ ở 480oC, độ phân hủy 40-45 % ; thời gian thấm 6h 75 3.10 Lớp thấm nitơ ở 480oC, độ phân hủy 50-60% ; thời gian thấm 6h 75 3.11 Lớp thấm nitơ ở nhiệt độ 480oC, độ phân hủy 70 % ; thời gian thấm 6h 76 3.12 Ảnh tổ chức tế vi lớp thấm thấm ở 5300C, trong 6 giờ độ phân hủy 50-60% 76 Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........viii 3.13 Ảnh tổ chức tế vi lớp thấm thấm ở 530oC, trong 6 giờ với độ phân hủy 80-85% 76 3.14 Sự phân bố độ cứng theo chiều sâu lớp thấm tính từ bề mặt khi thấm vào trong nền của lớp thấm nitơ 77 3.15 Sự phân bố độ cứng theo chiều sâu lớp thấm tính từ bề mặt khi thấm với độ phân hủy khác nhau 78 3.16 Lớp thấm nitơ ở nhiệt độ 480oC, độ phân hủy β= 50-60% thời gian thấm 6h 79 3.17 Lớp thấm nitơ ở nhiệt độ 500oC, độ phân hủy β= 50-60% thời gian thấm 6h 79 3.18 Lớp thấm nitơ ở nhiệt độ 530oC, độ phân hủy β= 50-60%, thời gian thấm 6h 80 3.19 Sự phân bố độ cứng theo chiều sâu lớp thấm nitơ tính từ bề mặt khi thấm ở các nhiệt độ khác nhau 82 3.20 Lớp thấm nitơ ở nhiệt độ 500oC, độ phân hủy 40-50 % ; thời gian thấm 4h 83 3.21 Lớp thấm nitơ ở nhiệt độ 500oC, độ phân hủy 40-50 % ; thời gian thấm 6h 83 3.22 Lớp thấm nitơ ở nhiệt độ 500oC, độ phân hủy 40-50 % ; thời gian thấm 7h 83 3.23 Sự phân bố độ cứng theo chiều sâu lớp thấm tính từ bề mặt khi thấm với thời gian giữ nhiệt khác nhau 84 3.24 Ảnh tổ chức tế vi của mẫu thấm ở 530oC, thời gian thấm 6h với độ phân hủy 50-60% 85 3.25 Ảnh tổ chức tế vi của mẫu thấm ở 530oC, thời gian thấm 8h với độ phân hủy 50-60% 86 3.26 Ảnh tổ chức tế vi của mẫu thấm 2 giai đoạn ở 530oC, bão hịa 6h, khuếch tán 2h, độ phân hủy 50-60% 87 Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........ix Số hình Tên hình Trang 3.27 Ảnh tổ chức tế vi của mẫu thấm 2 giai đoạn ở 530oC, bão hịa 5h, khuếch tán 3h, độ phân hủy 50-60% 87 3.28 Sự phân bố độ cứng theo chiều sâu lớp thấm tính từ bề mặt khi thấm 2 giai đoạn, T=530oC, độ phân hủy 50-60% 89 3.29 Giản đồ thermocal xây dựng với 12%Cr, 0,76%Mo 91 3.30 Phổ phân tích thành phần pha với mẫu thấm cĩ lớp trắng γ’ ở bề mặt mẫu 93 3.31 Phổ phân tích thành phần pha với mẫu thấm cĩ thể khơng xuất hiện lớp trắng γ’ ở bề mặt mẫu 94 Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........1 MỞ ðẦU Khuơn dập nguội là dụng cụ để gia cơng kim loại và hợp kim bằng phương pháp biến dạng nguội. Khuơn dập nguội được sử dụng rộng rãi trong các ngành cơng nghiệp chế tạo ơtơ, xe máy, đồ gia dụng... gồm nhiều chủng loại như đột dập, dập vuốt, dập sâu... Ở Việt Nam hiện nay, khuơn dập nguội được sử dụng theo hai nguồn: sản xuất trong nước song chất lượng khơng cao, tuổi thọ thấp và nhập khẩu thì giá thành cao. Vì vậy, nâng cao chất lượng và tuổi thọ của khuơn đang là vấn đề được quan tâm của cơng nghiệp Việt Nam. Trong quá trình làm việc, ngồi việc chịu áp lực lớn, khuơn cịn chịu ứng suất uốn, lực va đập và ma sát lớn. ðể đảm bảo điều kiện làm việc như vậy, bên cạnh việc lựa chọn chính xác vật liệu làm khuơn tùy theo chủng loại khuơn, vật liệu dập, khối lượng mẻ, khuơn phải được nhiệt luyện để cĩ độ bền, độ cứng, độ dai và khả năng chống mài mịn, đảm bảo khuơn làm việc lâu dài, tạo ra các sản phẩm cĩ độ chính xác cao, chất lượng tốt với giá thành hạ. Nếu độ cứng của khuơn cao, khả năng chống mài mịn tốt thì dộ bền và độ dai va đập lại kém, khuơn dễ bị sứt, vỡ. Song để độ bền và độ dai cao, thì độ cứng và khả năng chống mài mịn lại kém. Cần cĩ biện pháp tăng độ cứng và chống mài mịn bề mặt. Vật liệu làm khuơn dập nguội cĩ chất lượng cao hiện nay thường dùng là thép SKD11 (Nhật bản), thơng thường, khuơn chỉ cần nhiệt luyện tơi và ram là đã cĩ thể đáp ứng được các cơ tính làm việc. Song với khuơn dập vuốt, dập sâu, với mẻ dập lên đến hàng triệu sản phẩm, bề mặt khuơn bị mài mịn mạnh. Do vậy cần áp dụng các lớp phủ cứng và chống mài mịn. Thấm nitơ là cơng nghệ xử lý bề mặt nâng cao khả năng chống mài mịn cĩ hiệu quả. Cơng nghệ này được áp dụng phổ biến cho họ khuơn dập nĩng Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........2 và đùn ép. Ở Việt Nam, đã cĩ nhiều cơng trình nghiên cứu cơng nghệ thấm nitơ trên thép SKD61 dùng làm khuơn dập nĩng. Song với thép SKD11, hầu như chưa cĩ cơng bố nào về thấm nitơ. Vì vậy, với mục tiêu nâng cao chất lượng cho khuơn dập sâu và vuốt, đã đặt ra đề tài:“Nghiên cứu quy trình cơng nghệ thấm nitơ thể khí cho thép SKD11 dùng làm khuơn dập nguội”. Mục tiêu của đề tài: Nghiên cứu xác lập quy trình cơng nghệ thấm nitơ thể khí cho thép SKD11 dùng làm khuơn nguội (dập vuốt và dập sâu) bao gồm: ảnh hưởng của thời gian thấm, nhiệt độ thấm và độ phân hủy khí thấm trong quan hệ với chế độ nhiệt luyện trước đĩ thơng qua khảo sát tổ chức tế vi, sự phân bố độ cứng từ bề mặt vào nền vật liệu, chiều dày, cấu trúc lớp thấm và khả năng chống mài mịn; nhằm nâng cao chất lượng, tuổi thọ của khuơn dập nguội. Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan về khuơn dập nguội 1.1.1. Sơ lược về khuơn dập nguội Khuơn dập nguội là dụng cụ tạo hình sản phẩm dưới tác dụng của áp lực, phơi dùng để tạo hình ở trạng thái nguội (T < Tktl), thường cĩ dạng tấm mỏng, như thép cacbon thấp dạng tấm, thép khơng gỉ, hợp kim nhơm, hợp kim magie... Ngày nay, cơng nghiệp ơ tơ, đồ gia dụng, các ngành cơng nghiệp phụ trợ khác… phát triển kéo theo một số lượng lớn khuơn dập nguội cần cĩ như khuơn đột dập, khuơn dập sâu, khuơn dập vuốt… Về mặt chủng loại thì khuơn dập được sử dụng rất đa dạng với nhiều chủng loại khác nhau. Tuy nhiên dựa vào tính năng làm việc cĩ thể chia ra làm hai dịng khuơn chính là khuơn dập vuốt, dập sâu và khuơn đột dập. Một vài ví dụ về các loại khuơn và đặc điểm ứng dụng của nĩ như sau: - Dụng cụ uốn cong, tạo hình nổi, vuốt. ðây cĩ thể gọi chung là khuơn dập vuốt tạo hình, yêu cầu độ cứng bề mặt rất cao và độ dai va đập vừa phải. Loại này được dùng để dập sâu xoong, nồi làm bằng nhơm hoặc inox, dụng cụ y tế từ tấm thép khơng gỉ… - Khuơn đột dập, cắt phơi tiền, dập lỗ. Loại này thì cần độ cứng thấp hơn khuơn dập vuốt do phải chịu va đập mạnh và thường xuyên hơn. Ứng dụng chủ yếu của loại như là: dập đồng tiền xu bằng hợp kim, đột dập tấm thép mỏng sản xuất cây máy vi tính… Cấu tạo của khuơn gồm hai phần: khuơn trên và khuơn dưới. Khuơn trên (cịn được gọi là chày) được gắn với búa, chuyển động nhờ áp lực của búa. Khuơn dưới (cịn gọi là cối) được cố định. Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........4 ðộ cứng bề mặt khuơn cần cĩ để đảm bảo lượng sản phẩm trên một đầu khuơn theo yêu cầu. Hình 1.1. Khuơn dập nguội và sản phẩm dập vuốt, dập sâu 1.1.2. ðiều kiện làm việc của khuơn ðối với khuơn dập nguội yêu cầu khi làm việc cần phải biến dạng dẻo được kim loại ở nhiệt độ thường (hoặc To< Toktl) vì vậy, khi làm việc các khuơn dập nguội ngồi phải chịu áp lực rất lớn cịn chịu ứng suất uốn, lực va đập và lực ma sát. ðể đảm bảo điều kiện làm việc như vậy thép làm khuơn dập nguội phải đạt được các yêu cầu cơ tính cao, đảm bảo khuơn làm việc lâu dài, dập ra các sản phẩm cĩ độ chính xác cao với giá thành hạ. Muốn vậy vật liệu làm khuơn phải được lựa chọn chính xác tùy theo vật liệu dập, theo khối lượng mẻ, đồng thời quá trình nhiệt luyện khuơn phải được thực hiện đúng để khuơn cĩ tuổi thọ cao. Việc đảm bảo được khơng bị nứt, vỡ khuơn là yêu cầu tối thiểu và tiên quyết đối với khuơn. Chịu ma sát lớn khi dập, ép, miết… làm cho khuơn bị mài mịn. Yếu tố tránh mài mịn phụ thuộc rất lớn vào độ cứng bề mặt và cấu trúc của vật liệu. Vì vậy để đảm bảo cho khuơn chống mài mịn tốt (đây cũng chính là chỉ tiêu kinh tế cho nhà sản xuất là số lượng sản phẩm lớn trên tuổi thọ của khuơn) thì Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........5 độ cứng bề mặt và cấu trúc tế vi của vật liệu phải xem xét và lựa chọn phù hợp. Ví dụ: với khuơn dập vuốt và dập sâu thì ma sát rất lớn, kéo dài vì vậy nguy cơ bị mịn là khơng thể tránh khỏi. Ngồi ra khuơn cịn bị nung nĩng do nhiệt độ được sinh ra trong quá trình dập. Khuơn cũng phải chịu va đập khi dập, khả năng chịu va đập của khuơn phụ thuộc vào độ dai va đập ak. ðộ dai này phải thỏa mãn điều kiện cho khuơn khơng bị biến dạng dẻo khi làm việc. Ngồi ra khuơn cịn làm việc trong mơi trường hĩa chất, khơng khí ẩm… làm cho khuơn bị ăn mịn hĩa học ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cũng như tuổi thọ của khuơn. Như vậy từ điều kiện làm việc được phân tích và đưa ra mang đến cho khuơn những yêu cầu khắt khe, trong đĩ cĩ một số yêu cầu mang tính đối lập. Bài tốn đặt ra là làm sao phải dung hịa các điều kiện đĩ để đạt được chỉ tiêu kinh tế cao nhất. 1.1.3. Yêu cầu cơ tính khuơn Cĩ thể nêu ra các yêu cầu tổng quát về cơ tính đối với khuơn dập nguội như sau: a) ðộ cứng cao ðây là yêu cầu đầu tiên về cơ tính đối với khuơn dập nguội, tuy khơng địi hỏi độ cứng cao như dao cắt nhưng cũng phải đạt được khoảng 56÷62 HRC, tùy vào loại khuơn, chiều dày và độ cứng của phơi thép. Các khuơn dập cắt phơi thép cứng và cĩ chiều dày lớn phải yêu cầu cĩ độ cứng cao trên 60 HRC, khi dập, uốn các lá thép mỏng cĩ độ cứng thấp, độ cứng của khuơn cĩ thể thấp hơn. Nhưng khi độ cứng quá cao (quá 62 HRC) khuơn dễ bị nứt, vỡ hoặc sứt mẻ khi làm việc, với khuơn dập sâu dễ gây ra rách sản phẩm. Do vậy, đối với các khuơn dập vuốt và dập sâu thì độ cứng cĩ thể giảm đi (56-58 HRC) [3], khi đĩ khả năng chống mài mịn cao cĩ thể đạt Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........6 được nhờ cơng nghệ xử lý bề mặt, chẳng hạn như phun phủ cacbit, mạ crơm cứng hay thấm nitơ. b) Tính chống mài mịn cao Khuơn dập nguội cần cĩ tính chống mài mịn cao để đảm bảo khả năng làm việc lâu dài, ổn định kích thước sản phẩm trong phạm vi dung sai cho phép nhất là khi số lượng sản phẩm lớn. Khi khuơn bị mài mịn nhanh, khe hở giữa chày và cối tăng lên, khuơn dập khi đĩ sẽ bị loại bỏ và sản phẩm sẽ bị phế phẩm, quá trình sản xuất bị dừng lại, giá thành sản phẩm vì thế sẽ tăng lên. c) ðộ bền và độ dai bảo đảm Khuơn dập nguội ngồi yêu cầu cĩ độ cứng cao để cĩ được tính chống mài mịn cao cịn phải cĩ độ bền và độ dai nhất định để đảm bảo chịu được lực va đập trong suốt quá trình làm việc, chịu được tải trọng đặt vào lớn, tránh hiện tượng lún khuơn cĩ thể xảy ra, đảm bảo tuổi thọ khuơn cao. d) Giảm triệt để ứng suất của khuơn để tránh nứt vỡ khuơn do việc tích thêm ứng suất trong suốt quá trình làm việc. e) Khuơn cĩ tính cứng nĩng ở nhiệt độ khoảng 300÷350oC: do trong quá trình làm việc khuơn bị biến dạng mạnh, chu trình dập một chi tiết kéo dài, bề mặt chi tiết cĩ thể bị nung nĩng lên đến khoảng nhiệt độ đĩ. 1.1.4. Các dạng sai hỏng của khuơn dập nguội Sau một thời gian sử dụng, khuơn thường xuất hiện các sai hỏng như bị nứt vỡ, mài mịn khơng đều hoặc cũng cĩ thể bị mài mịn quá nhanh do độ cứng thấp, cĩ hiện tượng dính giữa khuơn và vật liệu làm bề mặt khuơn bị xước. Các dạng sai hỏng này thường làm giảm sản lượng và chất lượng sản phẩm, khơng đạt do sai số về kích thước hay bề mặt xấu. ðiều này ảnh hưởng rất lớn tới giá thành sản phẩm. Các dạng sai hỏng thường gặp bao gồm: Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........7 Hình 1.2. Các dạng sai hỏng của khuơn dập nguội a) Nứt, vỡ Nứt cĩ thể sinh ra do mỏi (ở vùng bề mặt) hoặc quá tải khi làm việc. Nứt sinh ra đầu tiên tại các vùng cĩ tổ chức tế vi giịn (như cacbit) trong thép. Chẳng hạn nếu chọn thép làm khuơn là thép SKD11 cĩ hàm lượng Cr tới gần 12%, hàm lượng C vào khoảng 1,6%, lượng cacbit của thép là rất lớn. Tổ chức ban đầu (sau đúc) của vật liệu này cĩ cacbit phân bố dạng xương cá thơ, giịn, nếu khơng được phá bỏ trước khi chế tạo khuơn sẽ là nguyên nhân gây giịn, dẫn đến nứt vỡ. Do đĩ, cần phải tiến hành rèn phơi cẩn thận sau khi đúc. Nếu mức độ biến dạng khơng đủ để phá bỏ cacbit xương cá ban đầu để trở thành những hạt cacbit nhỏ mịn phân bố đều đặn thì sau này dù cĩ thực hiện quy trình nhiệt luyện với quy trình đầy đủ và chặt chẽ cũng khơng cải thiện được sự phân bố cacbit. Nứt vỡ cịn cĩ thể do ứng suất nhiệt. Chi tiết khơng đồng đều về tiết diện, cĩ phần dày, phần mỏng. Phần mỏng khi nung sẽ đạt nhiệt độ trước phần dày và thường là nơi bị quá nhiệt khi nung làm hạt bị lớn, gây hiện tượng giịn. Do đĩ, để tránh nứt hoặc cong vênh, cần nung chậm hoặc nung phân cấp, tạo cân bằng nhiệt giữa phần dày và phần mỏng, cũng như giữa bề mặt và lõi. Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........8 Làm nguội đột ngột cũng gây ra ứng suất nhiệt. Với khuơn được chế tạo từ thép SKD11 là thép hợp kim cao, cĩ tốc độ nguội tới hạn nhỏ, làm nguội chậm cũng nhận được mactenxit, nên khơng cần làm nguội với tốc độ lớn, thường sử dụng dầu nĩng để hạn chế ứng suất. Khi nhiệt luyện cịn cĩ ứng suất tổ chức do quá trình chuyển biến austenit thành mactenxit với thể tích tăng lên. Sự tăng thể tích của các phần khơng đều nhau cũng sẽ gây ra nứt. Trong mơi trường nung, nếu khơng được bảo vệ dễ gây ơxy hố và thốt cacbon. Hiện tượng mất cacbon ở bề mặt gây chuyển biến tổ chức khơng đồng đều giữa bề mặt bị thốt cacbon và phần liền kề bề mặt khơng bị thốt cacbon tạo ra một lớp ứng suất kéo, khi gia cơng cơ tiếp theo ứng suất đĩ tăng lên cĩ thể lớn hơn giới hạn bền, dẫn đến nứt chân chim bề mặt khuơn. Dạng khuyết tật này khơng làm hỏng khuơn nhưng làm giảm chất lượng bề mặt sản phẩm. Bề mặt sản phẩm khơng nhẵn bĩng như mong muốn. Một dạng nữa cần đáng lưu ý là sứt ở mép cắt khuơn, điều này đặc biệt hay xảy ra ở khuơn đột dập. Do độ cứng quá cao, điều này làm cho khuơn cĩ khả năng cắt tốt, chống mài mịn nhưng đối với khuơn đột dập do phải chịu va đập mạnh lại dẫn đến dễ sứt đặc biệt là mép khuơn. b) Mài mịn Do khuơn làm việc chịu tải trọng lớn, các bề mặt chịu lực luơn tiếp xúc trực tiếp với nhau nên trong quá trình làm việc, khuơn bị mài mịn. Mặt khác, nếu độ cứng của khuơn khơng đạt, dưới tác dụng của tải trọng lớn khuơn cũng bị mài mịn đi. Khi độ mài mịn quá giới hạn cho phép thì khuơn khơng cịn sử dụng được nữa. Ngồi ra, dạng mài mịn cĩ thể xảy ra là mài mịn khơng đều, nguyên nhân là do tổ chức tế vi sau nhiệt luyện, chẳng hạn, sự phân bố khơng đồng Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........9 đều austenit dư và cacbit sau tơi cĩ thể gây ra điểm cứng và điểm mềm. Vai trị của cacbit trong khả năng chống mài mịn là rất quan trọng vì vậy ngay từ trước khi chế tạo khuơn dập nguội từ thép SKD11 việc rèn để làm vỡ cabit xương cá, chế độ nhiệt luyện để nhận được các bít cĩ độ phân tán cao và nhỏ mịn, sẽ làm giảm thiểu cho khuơn dạng sai hỏng này. c) Khuơn bị biến dạng Do khuơn khi làm việc chịu tác dụng lực lớn, độ cứng và độ bền của khuơn thấp, khơng đủ để chống lại lực tác dụng. Cĩ rất nhiều nguyên nhân dẫn đến chi tiết khơng đạt độ cứng sau nhiệt luyện, chẳng hạn mơi trường tơi, nhiệt độ tơi khơng đúng, thời gian giữ nhiệt khơng đủ, chọn khơng đúng mác thép, hoặc đúng mác thép nhưng thành phần khơng ổn định. Ngồi ra, cịn phải kể đến lượng austenit dư, nếu cịn nhiều sau khi ram, độ cứng cũng thấp, do đĩ, cần điều chỉnh lượng austenit dư phù hợp với độ cứng yêu cầu. Thốt cacbon cũng làm cho độ cứng bề mặt thấp và khuơn chĩng mịn. Thời gian giữ nhiệt quá lâu cĩ thể làm lớn hạt cũng dẫn đến độ cứng và độ bền thấp. Biến dạng sẽ làm khuơn khơng cịn sử dụng được nữa vì gây sai khác về hình dạng và kích thước của sản phẩm. d) Trĩc rỗ bề mặt do dính khuơn Trong quá trình làm việc, khuơn và phơi luơn tiếp xúc với nhau dưới áp lực lớn, ma sát cũng lớn. Vì vậy, sau một thời gian làm việc trên bề mặt khuơn cĩ hiện tượng trĩc rỗ làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm. Hiện tượng này làm xước bề mặt khuơn, đặc biệt ở các mép cắt của khuơn làm mất cạnh sắc, khả năng làm việc của khuơn giảm, bề mặt sản phẩm bị xước, các mép cắt khơng sắc nét, người ta gọi là hiện tượng dính khuơn. Khi khuơn làm việc liên tục, nhiệt độ của khuơn càng tăng lên vì vậy hiện tượng trĩc rỗ bề Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........10 mặt càng dễ xảy ra. ðể khắc phục dạng sai hỏng này trong quá trình dập của khuơn theo chu kì dập người ta quét một lượng dầu để bơi trơn, giúp giảm ma sát và sự bám dính giữa bề mặt khuơn và phơi. Với các vật liệu gia cơng khác nhau, dầu bơi trơn được chọn khác nhau. Ngồi ra, tiến hành hĩa nhiệt luyện và tạo ra bề mặt khuơn với độ bĩng cao cũng giúp giảm bớt hiện tượng này. 1.1.5. Vật liệu làm khuơn Lựa chọn vật liệu làm khuơn dựa vào các chỉ tiêu sau: - ðộ bền cao để cĩ thể chịu được tải trọng liên tục trong quá trình làm việc - Khả năng chống mài mịn cao - Dẻo dai để chống phá huỷ và chống mỏi - Ổn định kích thước trong quá trình làm việc - Tổ chức vật liệu đồng đều và đẳng hướng - Khả năng gia cơng tạo hình khuơn tốt - Khả năng chống ăn mịn tương đối tốt vì khuơn làm việc trong chế độ với dầu bơi trơn. [10] ðể đạt được các yêu cầu cơ tính như đã đề cập ở trên các loại thép làm khuơn dập nguội nĩi chung phải cĩ thành phần C cao, thường ở mức trên dưới 1%, trong trường hợp chịu va đập cao thì hàm lượng C sẽ ít hơn. Lượng nguyên tố hợp kim của thép được quyết định bởi kích thước của khuơn, tính chống mài mịn, tính cứng nĩng. Các nguyên tố hợp kim thường dùng để hợp kim hĩa là các nguyên tố làm tăng độ thấm tơi, tạo cacbit và tăng tính chống mài mịn như Cr, Mn, Mo,v.v. Loại vật liệu sử dụng để làm khuơn cần phải được lựa chọn một cách chính xác để vừa cĩ thể đảm bảo yêu cầu kỹ thuật nhưng đồng thời cũng đảm bảo tính kinh tế. ðiều này cịn tùy thuộc vào vật liệu dập, số lượng ch._.i tiết sản Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........11 xuất... ðể chế tạo khuơn dập nguội người ta thường dùng thép cacbon dụng cụ (CD7-CD12) hoặc thép hợp kim dụng cụ. - Thép cacbon dụng cụ thích hợp trong trường hợp dùng chế tạo khuơn nhỏ, hình dạng đơn giản, chịu tải trọng nhỏ, sản lượng khơng lớn. - Thép hợp kim dụng cụ để làm khuơn cần tuân theo đặc tính kỹ thuật của từng loại: + Với khuơn cĩ kích cỡ trung bình (bề dày thành khoảng 70-100mm) cĩ thể dùng các loại thép hợp kim thấp như 100Cr, 100CrWMn, 100CrWSiMn do chúng cĩ độ thấm tơi cao hơn thép cacbon. Các mác cĩ Mn sau khi tơi cĩ kích thước ít thay đổi do cĩ một lượng nhỏ austenit dư. + Khuơn chịu va đập vừa phải dùng các thép 40CrSi, 60CrSi và 40CrW2Si + Khuơn dập kích thước lớn, chịu tải nặng, yêu cầu chống mài mịn cao, loại thép chứa khoảng 12% crom được sử dụng như 210Cr12, 160Cr12Mo, 130Cr12V. Nhĩm thép này cĩ độ thấm tơi lớn vì vậy dùng làm khuơn cĩ kích thước lớn. Cĩ thể áp dụng nhiều chế độ nhiệt luyện khác nhau để đạt được cơ tính cũng như sự ổn định kích thước của khuơn theo yêu cầu sử dụng. - Loại vật liệu được lựa chọn sử dụng làm chày và cối để dập, cắt các chi tiết nĩ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: + Vật liệu làm sản phẩm; + Chiều dày vật liệu dập, kích thước, hình dáng sản phẩm; + Số lượng sản phẩm sản xuất. Tiêu chuẩn đánh giá cơ bản đặc trưng của vật liệu làm khuơn là số lượng và chất lượng sản phẩm sản xuất ra đúng tiêu chuẩn. Dấu hiệu thơng thường để xác định dụng cụ bị hỏng là khuơn bị nứt vỡ, kích thước sản phẩm khơng Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........12 đúng theo thiết kế, độ bĩng của sản phẩm khơng đảm bảo yêu cầu, đặc biệt là cĩ bavia dọc theo đường biên của sản phẩm. Ban đầu dụng cụ cịn mới, độ hở giữa chày và cối nhỏ, mép cắt rất nét. Sau một thời gian làm việc trong điều kiện va đập và mài mịn, phần cối bắt đầu bị hỏng (phần khơng tiếp xúc với chày), cối chịu ứng suất kéo lớn nhất do các thớ bên ngồi bị giãn ra. Khi càng nhiều chi tiết được sản xuất, mép cắt của chày và xung quanh khuơn càng bị mịn và ứng suất tác động tới đáy khuơn thay đổi. Tập trung ứng suất dần dần hình thành và làm nứt một điểm nào đĩ do quá trình làm việc nặng diễn ra tiếp theo. Ngồi ra cịn phải chú ý tới hiện tượng chi tiết cĩ thể bị rách, nứt trong và sau khi dập, hiện tượng này cĩ thể do khuơn quá cứng, hoặc cĩ thể do điều kiện bơi trơn khơng tốt, hoặc do cĩ vấn đề trong thiết kế cơ khí. Trong bảng 1.1 và 1.2 là số liệu thống kê một số vật liệu làm khuơn dập nguội thường dùng, vật liệu được chọn dựa trên cơ sở vật liệu làm chi tiết, số lượng chi tiết sản xuất và cả chiều dày của chi tiết. Bảng1.1. Vật liệu làm khuơn dập định hình bằng áp lực [13] Vật liệu làm khuơn tương ứng với số lượng sản phẩm Vật liệu phơi 100 1 000 10 000 100 000 1 000 000 Thép C thấp Hợp kim kẽm Polyeste- thủy tinh Gang hợp kim D2, A2 thấm Nitơ D2, D2 thấm Nitơ Thép khơng gỉ loại 300 Hợp kim kẽm Hợp kim kẽm Gang hợp kim D2, A2 thấm Nitơ D2, D2 thấm Nitơ Hợp kim ðồng hoặc Nhơm cĩ độ bền cao Hợp kim kẽm Polyeste- thủy tinh Gang hợp kim D2, A2 thấm Nitơ D2, D2 thấm Nitơ Hợp kim chịu nhiệt Hợp kim kẽm Hợp kim kẽm Gang hợp kim D2 thấm Nitơ D2 thấm Nitơ Thép Cácbon thấp Hợp kim kẽm Hợp kim kẽm Gang hợp kim D2 thấm Nitơ D2 thấm Nitơ Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........13 Bảng 1.2. Vật liệu làm khuơn dập sâu (xét cho dạng trịn- cốc và vuơng-khay) Vật liệu làm khuơn tương ứng với số lượng chi tiết Vật liệu phơi 10 000 100 000 1 000 000 Chi tiết dạng cốc trịn đường kính 76mm, dày 1,6mm. Chi tiết 1,2,3 trên hình 1.3 Hợp kim Nhơm và ðồng chất lượng W1, O1 O1, A2 A2, D2 Thép dập chất lượng W1, O1 O1, A2 A2, D2 Thép khơng gỉ họ 300 W1 đã phủ Cr, hoặc hợp kim Nhơm ðồng A2 thấm Nitơ, Hợp kim Nhơm ðồng Thấm Nitơ D2 hoặc D3 Chi tiết dạng cốc cĩ đường kính 305mm, dày 1,6mm. Chi tiết 4 và 5 như hình 1.3 Hợp kim Nhơm và ðồng chất lượng Gang hợp kim Gang hợp kim, A2 A2, D2 Thép dập chất lượng Gang hợp kim Gang hợp kim, A2 A2, D2 Thép khơng gỉ họ 300 Gang hợp kim, Hợp kim Nhơm ðồng A2, Hợp kim Nhơm ðồng Thấm Nitơ A2 hoặc D2 Cốc vuơng rộng 458mm, dày 1,6mm. Chi tiết 6 trên hình 1.3 Hợp kim Nhơm và ðồng chất lượng W1 O1, A2 A2, D2 Thép dập chất lượng W1 O1, A2 A2, D2, thấm Nitơ cho A2 hoặc D2. Thép khơng gỉ họ 300 W1, Hợp kim Nhơm ðồng A2 thấm Nitơ, Hợp kim Nhơm ðồng Thấm Nitơ cho A2 hoặc D2. Chi tiết dạng khay vuơng rộng 1373mm, dày 0,8mm. Chi tiết 7 trên hình 1.3 Hợp kim Nhơm và ðồng chất lượng Gang hợp kim Gang hợp kim, A2 Thấm Nitơ A2 hoặc D2 Thép dập chất lượng Gang hợp kim Gang hợp kim, A2 Thấm Nitơ A2 hoặc D2 Thép khơng gỉ họ 300 Gang hợp kim, Hợp kim Nhơm ðồng A2 thấm Nitơ hoặc hợp kim Nhơm ðồng Thấm Nitơ A2 hoặc D2 Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........14 Chú thích: + D2: Thép dụng cụ loại Cr cao, Cacbon cao. + W1: Thép dụng cụ tơi nước. + CPM 10V: thép dụng cụ hợp kim cao, %V =10% + O1: Thép dụng cụ tơi dầu. + A2: Thép dụng cụ tơi trong khơng khí. [11] Từ bảng trên ta thấy vật liệu làm khuơn dập sâu là khá phong phú, phụ thuộc vào vật liệu phơi và số lượng sản phẩm yêu cầu sản xuất cho một khuơn. Với số lượng sản phẩm khơng quá lớn, khoảng dưới 100.000, vật liệu thường được sử dụng để chế tạo khuơn là thép dụng cụ, khi tơi được làm nguội trong dầu và trong khơng khí như O1, A2, gang hợp kim....Với những sản phẩm số lượng lớn, yêu cầu về vật liệu làm khuơn cao hơn nhiều để đảm bảo cơ tính và tính kinh tế khi sản xuất, vật liệu được sử dụng là D2, A2, hoặc D2 và A2 sau nhiệt luyện cĩ thấm nitơ. Cũng từ bảng 1.2 ta cĩ thể thấy với số lượng chi tiết được sản xuất khoảng một triệu sản phẩm thì vật liệu thường được sử dụng là thép dụng cụ D2 (theo tiêu chuẩn AISI của Mĩ) hay tương đương với mác của Nhật theo tiêu chuẩn JIS là SKD11. Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........15 Hình 1.3. Một số chi tiết dập sâu với chiều dày và kích thước khác nhau. Hình 1.4. Biều đồ so sánh cơ tính một số loại thép hợp kim [6] Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........16 Trên hình 1.4 là biểu đồ so sánh cơ tính của một số loại thép làm khuơn dập nguội thơng dụng. Qua biểu đồ cho thấy các thép hợp kim cĩ độ cứng gần tương đương nhau, một số loại thép cĩ độ bền cao nhưng khả năng chịu mài mịn lại kém. Những thép cĩ khả năng chịu mài mịn, đồng thời lại cĩ độ bền cao đều là các thép cĩ chứa các nguyên tố hợp kim đắt tiền như V, Mo. Các nguyên tố này sẽ tạo ra các cacbit hợp kim như Mo6C, MoC, V2C, VC cĩ độ cứng, khả năng chịu mài mịn cao. D2 là thép cĩ hàm lượng cacbon và crơm cao, độ cứng khá cao, tạo cacbit crơm như Cr3C, Cr7C3, thậm chí là Cr23C6, các cacbit này cũng cĩ độ cứng và khả năng chịu mài mịn cao nhưng vẫn thấp hơn so với cacbit của Mo và V. Chính vì cĩ sự khác nhau về cơ tính như vậy, mà tùy theo từng loại phơi dập, số lượng chi tiết yêu cầu mà nhà sản xuất lựa chọn vật liệu làm khuơn nào là hợp lý đem lại hiệu quả kinh tế cao. 1.1.6. Thép SKD11 a) ðặc điểm của thép SKD11 Thép SKD11 là loại thép làm khuơn thích hợp với các vật liệu dập là thép tấm, thép khơng gỉ với sản lượng lớn. Ở Việt Nam, SKD11 là loại vật liệu chủ yếu được sử dụng trong chế tạo khuơn dập nguội để dập với sản lượng lớn. Thành phần hĩa học của SKD11 (tiêu chuẩn JIS) và một số mác thép với thành phần tương đương được đưa ra trong bảng 1.3 và 1.4. Bảng 1.3. Thành phần % của thép SKD11 và của mác thép tương ứng [5] Thành phần % Tiêu chuẩn Mác thép C Cr Mo Mn Si V Các nguyên tố khác JIS SKD11 1,4-1,6 11- 13 0,8-1,2 0,6 0,35 0,2-0,5 P<0,03 S<0,03 ASTM D2 1,4-1,6 11- 13 0,7-1,2 0,6 0,6 0,7-1,2 Ni< 0,30 Co<1,0 ГOCT X12M 1,45-1,65 11,0-12,5 0,4-0,6 0,15-0,45 0,1-0,4 0,15-0,3 P<0,03 S<0,03 Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........17 Bảng 1.4. Các mác thép tương đương với SKD11 Nước Nhật Anh Hoa Kỳ ðức Tây Ban Nha Nga Tiêu chuẩn JIS BS970 AISI/SAE Werkstoff UNE ГOCT Mác thép SKD11 BD2 D2 1.2379 X155CrVMo12- F .520A X12M Qua bảng 1.3 ta thấy hàm lượng hai nguyên tố cacbon và Cr rất cao, cacbon lên tới 1,4-1,6 % trong khi crơm là 11-13 %. ðây là loại thép hợp kim cao (thép Leđeburit), với lượng cacbit lớn, sau nhiệt luyện cĩ thể đạt được độ cứng cao, cĩ khả năng chống mài mịn cao. Ngồi ra trong thành phần thép cịn cĩ các nguyên tố hợp kim quan trọng như Mo (0,8-1,2)%, V (0,2-0,5)% giúp cho thép SKD11 nâng cao độ thấm tơi, tạo cácbit chống mài mịn, tăng tính cứng nĩng trong điều kiện khuơn làm việc liên tục với cường độ lớn, đồng thời tránh được hiện tượng giịn ram loại hai. Thép SKD11 cĩ thể chọn chế độ tơi và ram để cĩ được độ cứng thứ hai. ðiều này hết sức cĩ ý nghĩa để thực hiện quá trình thấm nitơ tiếp theo. Với hàm lượng nguyên tố hợp kim lớn như vậy thì yêu cầu nhiệt luyện loại thép này là hết sức khắt khe. Hai nguyên tố cĩ hại là lưu huỳnh và phốtpho được khử khá triệt để (0,03 %) giúp tăng chất lượng của thép. Tính chất vật lý của thép SKD11 được đưa ra trên bảng 1.5 Bảng 1.5. Tính chất vật lý của thép SKD11 [13] Nhiệt độ Tính chất vật lý 20oC 200oC 400oC Khối lượng riêng (kg/dm³) 7.70 7.65 7.60 Hệ số giãn nở nhiệt (mỗi °C từ 0°C) - 22.0 x 10-6 10.8 x 10-6 Hệ số dẫn nhiệt(cal/cm.s °C) 40.9 x 10-3 50.4 x 10-3 55.2 x 10-3 Nhiệt dung riêng (cal/g °C) 0.110 - - Mơđun đàn hồi Kp/mm² 19 700 19 200 17 650 N/mm² 193 000 188 000 173 000 Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........18 Qua bảng này chúng ta nhận thấy rằng thép SKD11 cĩ hệ số giãn nở nhiệt và dẫn nhiệt nhỏ. ðiều này được lưu ý khi nung và khi làm nguội, cần nung phân cấp với tốc độ nung chậm khi nung tơi; làm nguội trong mơi trường cĩ tốc độ nguội nhỏ để tránh nứt vỡ. b) Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim trong thép SKD11 Từ hàm lượng các nguyên tố hợp kim trong thép ban đầu ta thấy tổng hàm lượng các nguyên tố hợp kim khoảng 14%, thép SKD11 là thép hợp kim cao, với nguyên tố hợp kim chính là crom, ngồi ra cịn cĩ molipden và vanadi. Các nguyên tố hợp kim này cĩ tác dụng tạo cacbit hợp kim, là yếu tố chính giúp tăng khả năng chống mài mịn cho thép. Các nguyên tố hợp kim cho vào thép làm cho austenit trở nên ổn định hơn, vì vậy làm đường cong chữ C dịch sang phải, làm giảm tốc độ nguội tới hạn, đồng thời làm tăng độ thấm tơi cho thép. Thép SKD11 cĩ thể làm nguội chậm vẫn nhận được mactenxit. Hình 1.5. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim tới cơ tính của thép Nhìn chung, khi hàm lượng các nguyên tố hợp kim tăng, độ cứng của thép tăng, độ dai va đập giảm. Crom và niken với hàm lượng nhỏ (khoảng 1% Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........19 Cr và 3 - 4% Ni) làm tăng độ dai va đập của thép. Sau đây, chúng ta đi xét ảnh hưởng của từng nguyên tố riêng biệt đến tổ chức và tính chất của thép. [6] Cacbon (C) Cacbon là nguyên tố quan trọng nhất quyết định đến tổ chức và tính chất của thép. Với hàm lượng (1,4÷1,6)% trong thép cĩ tác dụng đảm bảo lượng cacbit chống mài mịn và độ bền cho khuơn. Crơm (Cr) Với hàm lượng lớn trong thép làm khuơn dập nguội, Cr là nguyên tố hợp kim đĩng vai trị quan trọng nhất. Cr cĩ thể hịa tan trong ferit, mở rộng α, đồng thời Cr cĩ thể kết hợp với cacbon tạo xementit hợp kim (Fe,Cr)3C, cacbit trung bình và phức tạp (Cr7C3 và Cr23C6). Hình 1.6 cho thấy vùng tồn tại của các loại cacbit Cr tùy thuộc vào hàm lượng Cr và C trong thép. Khi hàm lượng Cr = 12 % (tương ứng với lượng Cr trong thép SKD11), phần lớn tồn tại cacbit dạng (Fe, Cr)7C3 và (Cr,Fe)23C6. [6] Hình 1.6. Giới hạn tồn tại của các loại cacbit trong hợp kim Fe-C-Cr Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........20 Khi hịa tan vào Austenit, Cr cĩ tác dụng tăng thấm tơi cho thép do làm giảm tốc độ nguội tới hạn, hệ số thấm tơi δ = 3,1÷ 3,3. Tơi trong mơi trường dầu vẫn đảm bảo nhận được độ cứng lớn hơn hoặc bằng 60 HRC. Khi ram, các cacbit Cr tiết ra ở nhiệt độ trên 250oC, do đĩ nĩ cĩ tính chống ram đến nhiệt độ 250 ÷ 300oC và tính cứng nĩng đến 300oC. Ngồi ra, Cr cịn tăng mạnh tính chống oxy hĩa do tạo thành Cr2O3 rất bền. Mơlipđen (Mo) Cải thiện tính chống ram do tạo độ cứng thứ hai khi ram ở nhiệt độ cao và làm giảm nhạy cảm đối với giịn ram, do đĩ nâng cao độ cứng và độ bền. Mo làm thu hẹp vùng γ, là nguyên tố giúp cho thép nhỏ hạt vì vậy làm tăng nhiệt độ tơi, ram và thường hĩa, tăng tính thấm tơi, giảm tốc độ nguội tới hạn. Trong thép SKD11 cĩ 0,8%Mo, ngồi khả năng tạo thành cacbit Mo2C, Mo cịn cĩ thể tạo thành cacbit hợp kim dạng (Fe,Me)3C, đây là loại cacbit cĩ tính ổn định cao, khĩ phân huỷ khi nung. Tuy nhiên Mo cĩ những ảnh hưởng xấu như dễ bị ơxy hĩa, khi nung nĩng tạo thành oxyt MoO3. Vanadi (V) ðây là nguyên tố tạo cacbit mạnh hơn Mo. Cacbit VC hầu như khơng hịa tan vào γ khi tơi, nghĩa là giữ cacbon ở dạng liên kết VC và do vậy làm giảm độ thấm tơi và độ cứng của thép. VC nhỏ mịn, nằm ở biên hạt, nĩ cĩ tác dụng ngăn cản sự lớn lên của hạt γ khi nung. Ngồi ra V cũng tăng khả năng chống mài mịn cho thép. [6] Mangan (Mn) Hịa tan lượng nhỏ 0,2% vào Ferit và hĩa bền pha này, là nguyên tố mở rộng và ổn định γ, Mn kìm hãm sự phân hủy của Austenit trong vùng Peclit và Bainit. Do đĩ làm tăng độ ổn định của Austenit quá nguội, đẩy đường cong Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........21 chữ “C” sang phải và làm tăng mạnh độ thấm tơi, hệ số thấm tơi δ = 4, làm tăng lượng γ dư sau tơi, do đĩ làm giảm độ biến dạng khuơn khi nhiệt luyện. Nhược điểm của Mn là nếu nung trong thời gian dài ở nhiệt độ cao dễ làm lớn hạt, dẫn đến làm cho thép giịn và giảm độ dai. Trong thép SKD11, lượng Mn nhỏ, nằm trong phạm vi được coi là tạp chất. Silic (Si) Là nguyên tố khơng tạo cacbit, mở rộng mạnh vùng α, nâng cao giới hạn chảy, cản trở sự thải bền của thép khi ram, nâng cao độ thấm tơi và chống ram cho thép, độ thấm tơi δ = 1,7 (trung bình). Ở nhiệt độ cao, cĩ thể tạo SiO2 xít chặt ở bề mặt thép, do đĩ cĩ tác dụng chống ơxy hĩa cho thép. Tuy nhiên trong thép, Si lại dễ gây thốt cacbon và làm khĩ biến dạng dẻo.[6] 1.2. Nhiệt luyện thép SKD11 Với mục đích nâng cao tuổi thọ của khuơn, để cĩ thể sản xuất tối đa số lượng chi tiết trên một khuơn với chất lượng tốt thì chọn chế độ nhiệt luyện đúng là hết sức quan trọng. Khuơn dập làm bằng thép SKD11 nếu chỉ nhiệt luyện, cĩ thể đạt độ cứng cao (nhưng vẫn giữ được độ dai nhất định) trong khoảng từ (58–60 HRC), cĩ thể nâng cao đáng kể tuổi thọ của khuơn dập sâu và khuơn dập định hình. Bằng biện pháp xử lý bề mặt (thấm nitơ, hoặc phun phủ cacbit, mạ crom cứng) để nâng cao khả năng chịu mài mịn ở bề mặt khuơn, đồng thời cĩ thể hạ thấp độ cứng của khuơn để tăng độ dai va đập và độ bền (chẳng hạn từ 54-56 HRC) thì tuổi thọ của khuơn cịn được nâng cao hơn nữa. 1.2.1. Quy trình cơng nghệ tổng quát nhiệt luyện Quy trình cơng nghệ tổng quát để nhiệt luyện thép SKD11 được thể hiện trên hình 1.7. Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........22 Hình 1.7. Quy trình cơng nghệ tổng quát nhiệt luyện thép SKD11 Rèn phơi: SKD11 là thép lêđêburit, sau khi đúc cacbit nhiều và cĩ dạng xương cá thơ, giịn, rất khĩ tan trong quá trình tơi. Ranh giới giữa vùng tập trung nhiều và ít cacbit sau tơi sẽ dễ xuất hiện vết nứt. Vì vậy nguyên cơng rèn đối với thép này nhằm mục đích để phá cacbit sơ cấp dạng xương cá, làm cho cacbit nhỏ mịn và phân bố đều. ðiều này đảm bảo cho thời gian giữ nhiệt khi tơi ngắn mà vẫn hịa tan được phần lớn cacbit, tránh được lớn hạt do phải nâng nhiệt độ tơi mà vẫn khơng thể hịa tan được hết cacbit sơ cấp. Ủ: Sau rèn nếu chế độ giữ nhiệt tốt phơi cĩ thể đem gia cơng cơ ngay, nếu phơi bị biến cứng do tốc độ nguội lớn phải tiến hành ủ để làm mềm phơi, đồng thời khử triệt để ứng suất sau rèn. Phương pháp thực hiện là ủ đẳng nhiệt. Nung trên Ac1 + (20 – 40oC), sau đĩ giữ đẳng nhiệt ở nhiệt độ nhỏ hơn A1 khoảng 50oC, giữ đẳng nhiệt ở nhiệt độ này để nhận được tổ chức peclit hồn tồn, thuận lợi cho gia cơng cơ. Lưu ý cần tránh thốt cacbon khi ủ do thép cĩ hàm lượng cacbon cao. Khuơn phải làm việc trong điều kiện khắc nghiệt với áp lực thay đổi và mài mịn cao. Vì thế vật liệu làm khuơn địi hỏi phải cĩ độ bền, độ dai, độ chịu mịn cao. ðây là tổ hợp các tính chất trái ngược nhau, khi độ cứng cao thì Rèn Tơi + Ram Gia cơng cơ Ủ Thấm Nitơ Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........23 độ dai lại giảm. Vì thế lựa chọn được các thơng số cơng nghệ nhiệt luyện hợp lý là rất quan trọng cĩ ý nghĩa quyết định đến chất lượng của khuơn. Tổ chức tế vi và cơ tính của thép khi làm việc, ngồi yếu tố đầu vào (mác thép) thì phụ thuộc chủ yếu vào quá trình nhiệt luyện tơi, ram. Nếu sản lượng lớn (≥ 1 triệu sản phẩm) để đảm bảo tuổi thọ, khuơn phải thêm giai đoạn hố nhiệt luyện. Mặc dầu vậy, tơi và ram vẫn là hai cơng đoạn quan trọng nhất quyết định đến tuổi thọ và tính chất của khuơn. Hiểu rõ quá trình sẽ giúp chúng ta điều khiển để đạt được tổ chức và cơ tính mong muốn. 1.2.2. Tơi thép SKD11 Việc xác định chế độ nhiệt luyện cho thép phụ thuộc rất lớn vào hình dáng, kích thước của chi tiết và sự phân bố cacbit trong tổ chức của thép ban đầu. Thép SKD11 cĩ tới 12% Cr, cacbit sau khi đúc cĩ dạng xương cá. Hình dáng, kích thước và sự phân bố cacbit trong tổ chức phụ thuộc rất nhiều vào quá trình gia cơng trước đĩ như rèn phơi. Trường hợp lý tưởng là cacbit trong phơi thép cung cấp cĩ dạng cầu nhỏ mịn (1-2 µm) phân bố đều. Trên thực tế, phơi cung cấp ở dạng sau rèn, phơi được rèn cẩn thận sao cho cacbit vỡ vụn, cĩ thể phân bố dọc theo phương rèn (khơng cịn dạng xương cá). Khuơn dập nguội yêu cầu độ cứng cao, thường trên 58HRC. Ở trạng thái cung cấp độ cứng của thép khoảng 20HRC. ðể phát huy các đặc tính của chúng với điều kiện làm việc chịu áp lực cao, chịu mài mịn và va đập chúng phải được nhiệt luyện tơi và ram. Tơi thép phải nhằm mục tiêu đạt được cơ tính cao sau tơi, cĩ nghĩa là mactenxit bão hịa cacbon và các nguyên tố hợp kim, nhưng khơng làm thơ hạt và giịn. Lượng cacbon và nguyên tố hợp kim trong thép SKD11 cao, do vậy cĩ nhiều cách tơi. Tùy thuộc vào việc chọn nhiệt độ tơi, thời gian giữ nhiệt để hịa tan phần lớn cacbit ban đầu, lượng austenit dư nhận được khác Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........24 nhau, cơ tính khác nhau. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tơi bao gồm: nhiệt độ tơi, thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ tơi và mơi trường tơi. a) Quá trình nung tơi, nhiệt độ tơi Thép được nung đến nhiệt độ austenit hĩa. Ở nhiệt độ này, cacbit được hồ tan vào austenit, ferit (tự do hoặc trong cùng tích peclit) cũng chuyển biến thành austenit. Lượng cacbon, nguyên tố hợp kim cĩ trong austenit được quyết định bởi việc chọn nhiệt độ tơi và thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ tơi. Khi tơi, austenit chuyển biến thành mactenxit và giữ lại một lượng austenit chưa chuyển biến (austenit dư). Nhiệt độ càng cao, thời gian giữ nhiệt càng dài, lượng cacbit hịa tan càng nhiều vào austenit, nhiệt độ bắt đầu và kết thúc chuyển biến mactenxit càng thấp, lượng austenit dư càng nhiều. ðộ cứng sau khi tơi vì thế mà khơng đạt được giá trị cao nhất. Nhiệt độ tơi quá cao cịn dẫn đến hiện tượng làm lớn hạt, sau khi tơi thép trở nên giịn, khơng đáp ứng được yêu cầu làm việc. Vì vậy chọn nhiệt độ tơi phải hợp lý. Nguyên tắc cơ bản của tồn bộ quá trình này là nung chậm và nung trong mơi trường trung tính tránh thốt hoặc thấm C hoặc bị oxy hố. Nhiệt luyện chân khơng, nhiệt luyện trong mơi trường cĩ khí bảo vệ hoặc nhiệt luyện trong lị muối nĩng chảy là lựa chọn cần thiết. Từ bảng tính chất vật lý của thép (bảng 1.5), ta thấy SKD11 là thép cĩ hệ số dẫn nhiệt nhỏ, hệ số dẫn nhiệt lại phụ thuộc và nhiệt độ của thép. Nhiệt độ cao, hệ số dẫn nhiệt tăng lên. Nung nhanh cĩ thể dẫn đến hiện tượng nứt khuơn. Phương pháp được lựa chọn là nung phân cấp. Thép SKD11 thường được tiến hành nung phân cấp hai lần, lần 1 tại 650-700oC, lần 2 tại 850- 900oC do đây là hai khoảng nhiệt độ nhạy cảm của thép. Tại nhiệt độ 600- 700oC là khoảng đàn hồi của thép, và tại 800 ÷ 850oC là khoảng mà cacbit hợp kim (cacbit Cr) bắt đầu hịa tan. Do chịu sự thay đổi thể tích khi nung nĩng chuyển từ peclit thành austenit. Khuơn cĩ kích thước khơng đồng nhất, Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........25 các phần cĩ bề dày khác nhau, sự thay đổi thể tích này diễn ra khơng đồng đều, nĩ cĩ thể là nguyên nhân dẫn tới biến dạng dụng cụ. Nung phân cấp lần thứ nhất từ nhiệt độ thường nung với tốc độ chậm, tốc độ nung khoảng từ 100 đến 150oC/h đến nhiệt độ 650-700oC, sau đĩ cần giữ nhiệt ở nhiệt độ này để đồng đều nhiệt trên tồn tiết diện. Phân cấp lần 2 ở nhiệt độ 850-900oC, tốc độ nung từ phân cấp lần một đến nhiệt độ phân cấp lần hai cĩ thể nung với tốc độ lớn hơn (đến 200oC/h). Thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ phân cấp lần hai thường 2 phút/mm chiều dầy vật nung. Việc giữ nhiệt ở 850oC cĩ mục đích là hịa tan một phần cacbit Cr. Ở nhiệt độ này cacbit Crom ở dạng (Fe,Cr)3C bắt đầu được hịa tan, việc giữ nhiệt này cĩ ý nghĩa là giảm bớt được thời gian giữ ở nhiệt độ tơi (để hịa tan các cacbit), tránh được lớn hạt. [3] Nhiệt độ tơi cĩ tầm quan trọng đặc biệt khi tơi thép dụng cụ, nhiệt độ này sẽ quyết định hàm lượng %C cũng như % các nguyên tố hợp kim trong austenite và cuối cùng là quyết định đến độ cứng sau khi tơi. Nhiệt độ tơi được chọn để sao cho hịa tan phần lớn cacbit, cacbit trong SKD11 chủ yếu là cacbit Cr. Cacbit (Fe, Cr)7C3 và (Cr,Fe)23C6 hịa tan ở nhiệt độ trên 1000oC, do vậy nhiệt độ tơi được chọn phải trên 1000oC, trong khoảng 1020-1050oC, khơng nên lớn hơn. Nếu nung tới khoảng 1100oC thì cacbit hợp kim sẽ hịa tan vào austenit nhiều, lượng austenit dư sau tơi nhiều hơn, độ cứng đạt được thấp (khoảng 56HRC). Lượng austenit dư lớn cĩ ưu điểm là giảm sự tăng thể tích do chuyển biến mactenxit khi tơi, do vậy ổn định được kích thước, điều này đặc biệt cần thiết với các chi tiết cĩ hình dạng phức tạp. Nhưng lượng austenit dư nhiều sẽ làm cho thép mềm, sau tơi khơng đạt độ cứng tối đa. Ngược lại, nhiệt độ tơi thấp, thời gian giữ nhiệt khơng đủ thì lượng cacbit sơ cấp (cacbit 1) hịa tan ít, độ cứng sau tơi khơng cao, cacbit sơ cấp cịn nhiều, cacbit này cĩ khả Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........26 năng chống mài mịn nhưng do kích thước lớn, đa cạnh, phân bố khơng đều, là nơi dễ sinh ra vết nứt tế vi trong quá trình làm việc sau này. Ở nhiệt độ tơi (1020-1050oC), cacbit bắt đầu được hồ tan vào austenit. Một số cacbit chưa hồ tan (như cacbit vanadi, mơlipden) đĩng vai trị quan trọng trong việc cản trở sự lớn lên của hạt khi nung và giữ nhiệt, Cacbit này càng mịn và càng phân bố đều thì cấu trúc của thép sau nhiệt luyện càng nhỏ mịn. Tuy nhiên nếu cacbit sơ cấp (ban đầu) khơng được hịa tan cịn lại nhiều khi nung tơi do kích thước quá lớn hoặc cĩ dạng xương cá, nằm lại trong nền sau khi tơi, xung quanh vùng ranh giới cacbit và nền cĩ thể sẽ xuất hiện vết nứt tế vi, bản thân cacbit cũng sẽ là nơi phát sinh vết nứt đầu tiên trong quá trình làm việc sau này. Vì vậy thép này trước khi chế tạo khuơn nhất thiết phải rèn để nhận được cacbit sơ cấp nhỏ và làm phân tán, đồng thời cĩ thời gian giữ hợp lý để hịa tan chúng. [3] Từ nhiệt độ nung phân cấp lần hai đến nhiệt độ tơi, tốc độ nung cĩ thể lớn hơn chút ít so với giai đoạn hai, nếu nung quá chậm sẽ tạo điều kiện cho hạt lớn lên. Thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ tơi: khơng cĩ một cơng thức chính xác về thời gian này vì nĩ phụ thuộc nhiều vào thiết bị nung, nhiệt độ tơi, kích thước, số lượng sản phẩm. Theo tham khảo tài liệu của một số nước [12], thơng thường với nhiệt độ tơi khoảng 1000o – 1100oC, người ta thường tính thời gian giữ nhiệt khi bắt đầu đạt nhiệt độ tơi là 1h/25mm chiều dày sản phẩm, sau khi đạt được nhiệt độ tơi, nên giữ nhiệt khoảng 30 phút rồi mới tơi. ðối với các sản phẩm mỏng hay nhiệt độ tơi cao thì thời gian đĩ cĩ thể giảm xuống cịn 15 phút hay chỉ vài phút. Tuân thủ chặt chẽ qui trình nung tơi là rất cần thiết, đồng thời sẽ làm cho ứng suất nhiệt xuất hiện trong chi tiết là nhỏ nhất, biến dạng cũng ít nhất. Các giai đoạn nung được nêu như trên hình 2.8. Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........27 Hình 1.8. Sơ đồ nung, tơi thép SKD11 b) Quá trình làm nguội - mơi trường tơi Làm nguội thép phải căn cứ vào giản đồ CCT của thép đĩ, biết được tốc độ nguội tới hạn, cĩ thể chọn được mơi trường tơi thích hợp để nhận được tổ chức tế vi đáp ứng với yêu cầu làm việc. Thơng thường, mong muốn nguội chậm, để làm giảm ứng suất nhiệt, ứng suất tổ chức do chuyển biến austenit thành mactenxit làm tăng thể tích gây ra ứng suất tổ chức, điều này đặc biệt cần thiết cho các chi tiết dày và cĩ hình dạng phức tạp. Vì thế với thép dụng cụ khơng nên làm nguội đến nhiệt độ phịng mà nên dừng và chuyển sang ram khi nhiệt độ đạt đến 50o – 70oC. Tuy nhiên nếu nguội quá chậm, các pha khơng mong muốn như bainit hay ferit hình thành làm giảm chất lượng sản phẩm. Mơi trường tơi của thép hợp kim thơng thường là dầu. ðể cĩ được khả năng làm nguội tốt nhất, dầu tơi nên cĩ nhiệt độ khoảng 60o – 80oC, để tăng độ linh động của dầu, đồng thời giảm bớt ứng suất nhiệt trong chi tiết tơi. Cĩ Thời gian Dầu nĩng ToC 1050 650 850 τgn1 τgn2 τgn3 Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........28 thể thực hiện cách tơi trong dầu là làm nguội qua 2 giai đoạn. Giai đoạn 1, sản phẩm được làm nguội trong dầu đến nhiệt độ trên MS một chút, giữ để đồng đều nhiệt sau đĩ làm nguội ngồi khơng khí qua quá trình chuyển mactenxit. Khi sử dụng phương pháp tơi này cần lưu ý là quá trình chuyển biến pha rất nhanh vì thế khơng được giữ ở nhiệt độ trên MS ở giai đoạn 1 lâu dễ cĩ hiện tượng chuyển biến bainite làm giảm độ cứng. Cũng cĩ thể tơi trong khơng khí tĩnh đối với các thép hợp kim cao, khí nén cĩ tốc độ nguội thấp hơn 2 mơi trường tĩnh. Tơi khơng khí cho ta độ biến dạng thấp nhất, tuy nhiên cần lưu ý đến nguy cơ bị oxy hố bề mặt. Những năm gần đây khi mà cơng nghệ nhiệt luyện chân khơng được ứng dụng rộng rãi , khí trơ (N2, Ar) dưới áp suất cao được sử như là mơi trường tơi lý tưởng cho thép dụng cụ hợp kim cao. Hình 1.9. Giản đồ CCT của thép SKD11 Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........29 Hình 1.9 là giản đồ CCT của thép SKD11 khi làm nguội liên tục, đây là thép hợp kim cao, đường cong chữ C dịch nhiều sang bên phải vì vậy tốc độ nguội tới hạn nhỏ. Từ giản đồ này thấy rằng thép SKD11 cĩ thể nguội chậm (0,1 độ/phút) trong khơng khí nhận được mactenxit. ðể giảm bớt ứng nhiệt khi tơi, thép này cĩ thể làm nguội đẳng nhiệt ở 500oC với thời gian khoảng 104 giây (2,8 giờ), sau đĩ nguội trong khơng khí, cách tơi nhận được mactenxit cĩ độ cứng cao với ứng suất nhỏ nhất. Trên thực tế với mẻ tơi lớn, ở vùng nhiệt độ cao, tốc độ nguội chậm cĩ thể chạm vào đường cong chữ ”C” và nhận được tổ chức cĩ một phần peclit với độ cứng thấp, khơng đạt yêu cầu. Vì vậy cĩ thể làm nguội trong khơng khí nén, quạt giĩ hoặc an tồn hơn, làm nguội trong dầu nĩng. Tuy nhiên làm nguội trong dầu gây ứng suất lớn, do vậy sau tơi cần phải tiến hành ram ngay để tránh hiện tượng nứt chi tiết. [3] 1.2.3. Ram thép SKD11 Sau khi tơi, tổ chức nhận được gồm mactenxit tơi, austenit dư và lượng cacbit cịn lại (chưa hịa tan hết), tổ chức này khơng ổn định và tạo ra ứng suất dễ gây nứt, cơ tính chưa ổn định và cĩ thể chưa đạt được theo yêu cầu (đặc biệt là độ dẻo dai). Vì thế cần phải xử lý bằng cách nung nĩng đến một nhiệt độ nhất định để khử ứng suất và chuyển đổi austenite dư, cơng đoạn này gọi là ram. Với thép SKD11, ram phải được tiến hành ngay sau khi tơi, khi nhiệt độ của chi tiết khoảng 50-70oC. [2] Do thép SKD11 cĩ nhiều chế độ tơi khác nhau vì vậy cũng cĩ thể cĩ nhiều cách ram khác nhau để đạt được yêu cầu cơ tính khác nhau, sự ổn định kích thước và tính chống mài mịn. Chọn nhiệt độ ram phụ thuộc vào nhiệt độ tơi và độ cứng yêu cầu bằng cách tham khảo biểu đồ quan hệ giữa nhiệt độ ram với độ cứng và lượng austenit dư (hình 1.10). Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........30 Hình 1.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ ram tới độ cứng thép SKD11 Khi nhiệt độ tơi cao, thời gian giữ nhiệt dài, lượng austenit dư sau tơi nhiều, để austenit dư chuyển biến thành mactenxit ram và tăng độ cứng sau tơi thì phải tiến hành ram ở nhiệt độ cao, kết hợp với ram nhiều lần (thường là hai lần với thép dụng cụ). Tơi ở 1020oC, lượng austenit dư sau tơi ít, độ cứng cao, biến dạng lớn do mactenxit quá bão hồ cacbon và nguyên tố hợp kim, nếu sau đĩ tiến hành ram ở nhiệt độ thấp (150oC-200oC) thì kết quả nhận được độ cứng cao và gần như khơng thay đổi (chỉ giảm 1-2 HRC) do nhiệt độ thấp, chủ yếu khử bỏ một phần ứng suất nhiệt, cịn mactenxit và austennit dư hầu như chưa chuyển biến. Khi tơi ở nhiệt độ cao hơn, với thời gian giữ nhiệt dài, hịa tan cacbit lớn, sau tơi nhận được austenit dư nhiều, độ cứng đạt được khơng cao. Nếu tiến hành ram, như trên hình 1.10, ở khoảng nhiệt độ 540-560oC xuất hiện điểm cực đại giá trị độ cứng, đ._.khi thấm với nhiệt độ và thời gian thấm khơng đổi với độ phân hủy β thay đổi Thời gian thấm (h) 6 6 6 Lưu lượng (l/h) 120 90 50 Hệ số phân hủy β (%) 40-45 50-60 70-75 Thời gian lưu (phút) 7.5 10 18 Mẫu thí nghiệm được chụp ảnh tổ chức trên hiển vi quang học và đo độ cứng tế vi từ bề mặt lớp thấm. Ảnh tổ chức tế vi được thể hiện trên hình 3.9; 3.10; 3.11. Từ ảnh tổ chức tế vi, cĩ thể nhận thấy rằng, ở cùng nhiệt độ thấm, thời gian thấm, độ phân hủy thấp (thế thấm cao), lớp thấm dày hơn. Lớp thấm dày nhất trên mẫu thấm với độ phân hủy 40-45% (hình 3.9). Trên mẫu này, lớp trắng xuất hiện và cũng cĩ chiều lớn nhất, lớp này dày khoảng 7- 10µm và là các nitrit của sắt, của các nguyên tố hợp kim, chủ yếu là Cr. Mẫu thấm với độ phân hủy 50-60% cĩ lớp trắng mỏng hơn (hình 3.10), lớp lưới nitrit màu sáng khoảng 50µm. Mẫu thấm với độ phân hủy 70-75%, cĩ chiều dày nhỏ nhất, với thế thấm nhỏ, khơng qua sát thấy sự tạo thành lớp trắng (γ’) (hình 3.11). Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........77 Nguyên nhân do khi độ phân hủy cao, thế thấm thấp, lượng nitơ nguyên tử phân hủy ra từ NH3 nhiều, khơng kịp khuếch tán vào trong thép, chúng kết hợp với nhau để tạo thành khí N2, vì vậy chiều sâu lớp thấm nhỏ. Cũng tương tự, thấm ở 530oC với độ phân hủy khác nhau cũng cho kết quả tương tự như ở 480oC. ðộ phân hủy cao, thế thấm thấp, chiều sâu lớp thấm nhỏ. Trên mẫu thấm ở 530oC với độ phân hủy 50-60% (hình 3.12), chiều dày lớp thấm khá dày và cĩ lớp trắng γ’. Trong khi đĩ, mẫu thấm ở 530oC, với độ phân hủy 80-85% (thế thấm thấp hơn – hình 3.13), lớp thấm nhỏ hơn và khơng quan sát thấy lớp trắng (γ’). Hình 3.9. Lớp thấm nitơ ở 480oC, độ phân hủy 40-45 % ; thời gian thấm 6h, (X500) Hình 3.10. Lớp thấm nitơ ở 480oC, độ phân hủy 50-60% ; thời gian thấm 6h, (X500) Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........78 Hình 3.11. Lớp thấm nitơ ở nhiệt độ 480oC, độ phân hủy 70-75 % ; thời gian thấm 6h, (X500) Hình 3.12. Ảnh tổ chức tế vi lớp thấm ở 530oC, trong 6 giờ với độ phân hủy 50-60% Hình 3.13. Ảnh tổ chức tế vi lớp thấm ở 530oC, trong 6 giờ với độ phân hủy 80-85% Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........79 ðộ cứng tế vi của các mẫu được đo từ bề mặt lớp thấm vào tới nền (nơi cĩ độ cứng tế vi ổn định, khơng đổi) [9] trên máy đo độ cứng tế vi Duramin Struer. Ảnh chụp các vết đo độ cứng trên hình 3.14. Hình 3.14. Sự phân bố độ cứng tế vi từ bề mặt lớp thấm vào trong nền của lớp thấm nitơ (mẫu thấm ở 480oC) Khảo sát độ cứng của các mẫu thấm ở 480oC với các độ phân hủy khác nhau được thể hiện trên bảng 3.7 và sự phân bố độ cứng tính từ chiều sâu bề mặt trên các mẫu thấm với độ phân hủy khác nhau được thể hiện trên đồ thị hình 3.15. Từ đồ thị này cĩ thể nhận xét rằng, mẫu với độ phân hủy thấp (40- 45%) cĩ độ cứng khá cao, đến 986HV, nhưng do nhiệt độ thấm thấp, chiều sâu lớp thấm mỏng (khoảng 60µm). Trong khi đĩ, khi thấm với độ phân hủy cao thì độ cứng lớp thấm giảm dần, mẫu thấm với độ phân hủy 50-60% cĩ độ cứng cao hơn mẫu thấm với độ phân hủy 70-75% (975HV so với 880HV). ðiều này là do thế thấm thấp, đồng thời do nhiệt độ thấm thấp, khả năng khuếch tán của các nguyên tử nitơ vào bề mặt thép nhỏ, do vậy chỉ cĩ khả năng tạo ra lớp thấm mỏng với độ cứng khơng cao. Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........80 Bảng 3.7. Giá trị độ cứng phân bố theo chiều sâu lớp thấm (nhiệt độ thấm 480oC, thời gian thấm 6h) Khoảng cách từ bề mặt (µm) 10 20 30 40 60 80 100 120 140 β=40-45 % 986 973 926 916 756 680 665 650 655 β=50-60% 975 849 812 720 660 655 650 645 650 ðộ cứng tế vi (HV) β=70% 880 857 760 700 680 656 655 650 648 0 200 400 600 800 1000 1200 10 20 30 40 60 80 100 120 140 Khoảng cách từ bề mặt (µm) ð ộ cứ n g tế v i (H V) β=40−45 % β=50−60% β=70−75% Hình 3.15. Sự phân bố độ cứng theo chiều sâu lớp thấm tính từ bề mặt khi thấm với độ phân hủy khác nhau, T=480oC, τ=6h Từ các thí nghiệm trên cĩ thể rút ra kết luận: độ phân hủy của mơi trường thấm thấp (40-45%) khả năng thấm cao do thế nitơ cao, nhưng do thấm ở nhiệt độ thấp, khĩ tạo ra lớp thấm cĩ chiều dày đáng kể đáp ứng yêu cầu làm việc của khuơn. Như vậy, nâng cao nhiệt độ thấm là cần thiết để tăng tốc quá trình thấm. 3.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tổ chức và tính chất của lớp thấm nitơ Thí nghiệm được thực hiện thấm nitơ trên các mẫu thép SKD11 đã qua tơi và ram ở nhiệt độ 480 - 500 - 530oC, với độ phân hủy β= 50-60% ; thời gian thấm là 6h. Sau khi thấm theo qui trình đã nêu, các mẫu được mài, soi tổ chức Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........81 tế vi và chụp ảnh trên kính hiển vi quang học Axiovert25A. Kết quả nhận được ảnh tổ chức tế vi của các lớp thấm ở nhiệt độ 480oC, 500oC; và 530oC trên hình 3.16, 3.17 và hình 3.18. Hình 3.16. Lớp thấm nitơ ở nhiệt độ 480oC, độ phân hủy β= 50-60% thời gian thấm 6h (X500) Hình 3.17. Lớp thấm nitơ ở nhiệt độ 500oC, độ phân hủy β= 50-60% thời gian thấm 6h (X500) Từ ảnh tố chức tế vi nhận được cho thấy, tổ chức lớp thấm gồm 4 vùng rõ rệt: lớp trắng (pha γ’), lớp lưới trắng (γ’+α) và lớp màu sẫm (dung dịch rắn α) và trong cùng là nền thép. Trên cả 3 mẫu đều xuất hiện lớp trắng, dày nhất trên mẫu thấm ở 530oC, mỏng nhất trên mẫu thấm ở 480oC. ðồng thời ta cĩ Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........82 thể quan sát thấy chiều dày lớp thấm trên mẫu thấm ở nhiệt độ 480oC là nhỏ nhất, mẫu ở 500oC cĩ chiều dày lớn hơn và dày nhất trên mẫu được thấm ở nhiệt độ 530oC. Như vậy, cĩ thể nhận xét là nhiệt độ thấm càng cao thì chiều dày lớp thấm càng tăng. Mặc dù độ phân hủy β nhỏ, lượng nitơ hoạt tính trong mơi trường cao, khả năng thấm lớn, nhưng nếu nhiệt độ thấm thấp (480oC), hệ số khuếch tán của nitơ trong thép thấp khả năng tạo chiều sâu lớp thấm kém. Như vậy, khi độ phân hủy β khơng đổi (thế thấm giống nhau), sự khác biệt về chiều sâu lớp thấm được giải thích bởi hệ số khuếch tán D, nhiệt độ càng cao, hệ số khuếch tán càng cao, do vậy sự hấp phụ và dịch chuyển của các nguyên tử nitơ vào bề mặt và nền thép nhanh hơn, lớp bão hịa nitơ (γ’ cĩ thể cĩ cả ε), các lớp khuếch tán và chuyển tiếp dày hơn. Cũng từ ảnh tổ chức tế vi lớp thấm, ta cĩ nhận xét rằng, nếu cacbit sơ cấp quá thơ, nguyên cơng tơi khơng hịa tan hết, khi thấm nitơ, cacbit này sẽ nằm lại trong lớp thấm, cản trở quá trình thấm, lớp thấm sẽ khơng đồng đều (hình 3.18). Do vậy, việc rèn phơi để nhận được cacbit nhỏ, phân bố đều là rất cần thiết để nâng cao chất lượng bằng nhiệt luyện và thấm nitơ tiếp theo cho thép SKD11. Hình 3.18. Lớp thấm nitơ ở nhiệt độ 530oC, độ phân hủy β= 50-60%, thời gian thấm 6h, (X500) Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........83 Ta cĩ bảng 3.8 là giá trị độ cứng tế vi từ bề mặt vào trong lõi của các mẫu thấm ở các nhiệt độ khác nhau. Hình 3.19 là đồ thị quan hệ giữa độ cứng và chiều sâu tính từ bề mặt. Từ đồ thị cĩ thể thấy, chiều sâu lớp thấm đạt được lớn nhất khoảng 80 micron trên mẫu thấm ở 530oC. Mẫu thấm ở 480oC cĩ chiều dày nhỏ nhất do hệ số khuếch tán nhỏ. ðộ cứng giảm dần từ bề mặt vào trong lõi, khơng bị tạo bậc. ðộ cứng lớn nhất đạt được trên mẫu thấm ở 530oC đến 1045 HV, là ở vùng sát lớp trắng (lớp trắng quá mỏng nên khơng thể đo được độ cứng). Với độ cứng này, khả năng chống mài mịn của mẫu chắn chắn sẽ tăng lên đáng kể. Tuy nhiên, nếu mẫu làm việc trong điều kiện va đập, sự xuất hiện của lớp trắng ( γ’) với độ cứng cao là khơng mong muốn do bản chất của pha này cĩ độ cứng cao và rất giịn, vì vậy lớp thấm chỉ nên chọn là lớp hỗn hợp của γ’và α ( lớp lưới trắng trên ảnh tổ chức tế vi) Bảng 3.8. Giá trị độ cứng phân bố theo chiều sâu lớp thấm (khi nhiệt độ thay đổi) Khoảng cách từ bề mặt (µm) 10 20 30 40 60 80 100 120 140 480oC 975 849 812 720 660 655 650 645 650 500oC 979 950 881 823 716 680 660 650 642 ðộ cứng tế vi (HV) ở các nhiệt độ khác nhau 530oC 1045 984 947 860 761 720 690 650 630 Từ đồ thị, ta cũng thấy rằng, các mẫu thấm ở nhiệt độ từ 480-530oC, sau khi thấm 6h, độ cứng của nền giảm chỉ cịn 660-630HV (tương ứng với 57- 58HRC), giá trị độ cứng này vẫn nằm trong khoảng tối ưu của các khuơn dập vuốt và dập sâu (trong khoảng 56-58HRC). Như vậy, để thời gian thấm ít nhất cĩ thể mà tạo ra được chiều dày lớp thấm đáp ứng được khả năng chống mài mịn, nhiệt độ thấm nitơ nên chọn trong khoảng 520-530oC. Tuy nhiên, thời gian dài hơn để lớp thấm dày thêm sẽ dẫn đến việc giảm tiếp theo độ cứng nền, sẽ được khảo sát trong trong nghiên cứu tiếp theo. Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........84 0 200 400 600 800 1000 1200 10 20 30 40 60 80 100 120 140 Khoảng cách từ bề mặt (µm) ð ộ cứ n g tế v i (H V) 480 500 530 Hình 3.19. Sự phân bố độ cứng theo chiều sâu lớp thấm tính từ bề mặt khi thấm ở các nhiệt độ khác nhau 3.3.3. Ảnh hưởng của thời gian thấm đến tổ chức và tính chất của lớp thấm Ở một nhiệt độ nhất định, độ phân hủy của mơi trường thấm khơng đổi (thế thấm khơng đổi), chiều dày lớp thấm phụ thuộc vào thời gian thấm. Thí nghiệm được thực hiện ở 500oC, với độ phân hủy β=50-60%, thời gian giữ nhiệt lần lượt là 4h, 6h và 7h. Ảnh tổ chức tế vi được đưa ra trên hình 3.20 (thời gian thấm 4h), hình 3.21 (thời gian thấm 6h), hình 3.22 (thời gian thấm 7h). ðộ cứng tế vi được đo từ bề mặt thấm với các số liệu trên bảng 3.9 và biểu diễn trên đồ thị hình 3.23. Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........85 Hình 3.20. Lớp thấm nitơ ở nhiệt độ 500oC, độ phân hủy 50-60 % ; thời gian thấm 4h (X500) Hình 3.21. Lớp thấm nitơ ở nhiệt độ 500oC, độ phân hủy 50-60 % ; thời gian thấm 6h, (X500) Hình 3.22. Lớp thấm nitơ ở nhiệt độ 500oC, độ phân hủy 50-60 % ; thời gian thấm 7h, (X500) Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........86 Bảng 3.9. Giá trị độ cứng phân bố theo chiều sâu lớp thấm K/C từ bề mặt (µm) 10 20 30 40 60 80 100 120 140 4h 870 849 760 690 665 656 642 638 625 6h 979 950 881 823 716 680 660 650 642 ðộ cứng tế vi (HV) theo thời gian thấm 7h 985 968 896 849 752 720 685 635 630 0 200 400 600 800 1000 1200 10 20 30 40 60 80 100 120 140 Khoảng cách từ bề mặt (µm) ð ộ cứ n g tế v i (H V ) 4h 6h 7h Hình 3.23. Sự phân bố độ cứng theo chiều sâu lớp thấm tính từ bề mặt khi thấm với thời gian giữ nhiệt khác nhau Từ các ảnh tổ chức tế vi, ta cĩ nhận xét rằng, khi cùng nhiệt độ và độ phân hủy của mơi trường thấm, thời gian thấm càng dài, chiều sâu lớp thấm càng tăng. Lớp thấm mỏng nhất trên mẫu thấm với 4h, chỉ gồm lớp lưới trắng (γ’+α ) và lớp α. Lớp thấm dày nhất trên hai mẫu 6h và 7h, trên các mẫu này đã xuất hiện lớp trắng γ’, tuy nhiên chiều dày lớp thấm của 2 mẫu này cũng khơng cĩ sự khác biệt rõ rệt (đồ thị hình 3.23), độ cứng nền trên mẫu thấm trong 7h đã thấp hơn mẫu thấm trong 6h (630HV so với 642 HV) và vẫn đảm bảo độ cứng trong khoảng 610-650HV (tương đương 56-58HRC). ðiều này cho thấy, muốn tăng chiều sâu lớp thấm, việc tăng thời gian khi thấm khơng phải là giải pháp hiệu quả như tăng nhiệt độ. Song với thấm nitơ, nhiệt độ thấm luơn bị khống chế bởi nhiệt độ ram và phải bảo đảm độ cứng làm việc Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........87 của nền theo yêu cầu nên phải cân nhắc chiều dày lớp thấm dày cần thiết để chọn thời gian cho hợp lý, đảm bảo tính kinh tế vì thơng thường thời gian thấm nitơ dài. Cũng từ bảng giá trị độ cứng (bảng 3.9) và hình 3.23 ta thấy, nếu thời gian thấm quá ngắn, lớp thấm mỏng, đồng thời giá trị độ cứng bề mặt thấp, chỉ đạt khoảng 870HV (mẫu thấm ở 4h), với giá trị độ cứng này, khả năng chống mài mịn của mẫu tăng lên chưa nhiều. Vì vậy cần thiết phải tăng độ cứng của lớp thấm, tức là phải tăng thời gian thấm. Thí nghiệm nâng nhiệt độ thấm lên 530oC thấm với thời gian 6h (hình 3.24) và 8h (hình 3.25) với độ phân hủy 50-60% cho thấy rõ hiệu quả của việc tăng hệ số khuếch tán do tăng nhiệt độ. Lớp thấm 6 giờ đã thấy xuất hiện lớp trắng khá dày. Trên mẫu thấm trong 8h, lớp trắng dày và đồng đều, lớp lưới dày và dày đặc cacbit. ðiều này, thêm một lần nữa khẳng định vai trị quan trọng của nhiệt độ thấm. Hình 3.24. Ảnh tổ chức tế vi của mẫu thấm ở 530oC, thời gian thấm 6h với độ phân hủy 50-60% (X500) Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........88 Hình 3.25. Ảnh tổ chức tế vi của mẫu thấm ở 530oC, thời gian thấm 8h với độ phân hủy 50-60% (X500) 3.4. Ảnh hưởng của phương pháp thấm Như đã nêu trong phần tổng quan lý thuyết, lớp trắng (bao gồm pha γ’, cĩ thể cĩ cả ε) là những pha giàu nitơ cĩ độ cứng cao nhưng rất giịn. Khuơn làm việc trong điều kiện chịu tải trong va đập sẽ làm lớp thấm trĩc rỗ dễ dàng, vì vậy, cần giảm hoặc loại bỏ lớp trắng. Lớp thấm chỉ với hỗn hợp γ’+ α (lớp lưới trắng trên ảnh tổ chức tế vi) cĩ độ cứng khá cao, cĩ khả năng chịu mài mịn và va đập tốt hơn. Vì vậy, nghiên cứu tiến hành phương pháp thấm 2 giai đoạn để giảm và loại bỏ lớp trắng. Các thí nghiệm đã thực hiện trong các phần trên là thấm 1 giai đoạn. Ở một nhiệt độ nhất định, trong một thời gian xác định, độ phân hủy được giữ khơng đổi với giá trị nhỏ, đảm bảo quá trình thấm xảy ra hiệu quả nhất. Thấm 2 giai đoạn bao gồm, giai đoạn đầu thấm với độ phân hủy nhỏ, đảm bảo mơi trường thuận lợi (về nhiệt độ, độ phân hủy và thời gian) cho quá trình thấm như thấm 1 giai đoạn (gọi là giai đoạn bão hịa), giai đoạn hai với độ phân hủy tăng, hiệu quả thấm kém hơn, chủ yếu để lớp ngồi cùng giàu nitơ khuếch tán vào bên trong (gọi là giai đoạn khuếch tán). Các thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ thấm 530oC, tổng thời gian thấm là 8h, trong đĩ thay đổi tỷ lệ thời gian thời gian bão hịa và khuếch tán. ðộ phân hủy giai đoạn bão hịa thấp (50-60%) và giai đoạn khuếch tán độ phân hủy cao hơn (80-85%). Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........89 Trên hình 3.26, 3.27 là ảnh tổ chức tế vi của mẫu thấm theo chế độ đưa ra trong bảng 3.10. Bảng 3.10. Chế độ thấm hai giai đoạn Thời gian thấm (bão hịa- khuếch tán), h 8 8 (6-2) 8 (5-3) ðộ phân hủy β (%) 50 – 60 50-60/ 80-85 50-60/ 80-85 Hình 3.26. Ảnh tổ chức tế vi của mẫu thấm 2 giai đoạn ở 530oC, bão hịa 6h, khuếch tán 2h, độ phân hủy 50-60% (X500) a Hình 3.27. Ảnh tổ chức tế vi của mẫu thấm 2 giai đoạn ở 530oC, bão hịa 5h, khuếch tán 3h, độ phân hủy 50-60% (X500) Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........90 Hình trên là ảnh tổ chức tế vi của các mẫu thấm 2 giai đoạn ở nhiệt độ 530oC, độ phân hủy 50-60%, tổng thời gian thấm là 8h. Trong đĩ hình 3.26 là mẫu thí nghiệm ở chế độ bão hịa 6h - khuếch tán 2h, hình 3.27 theo chế độ bão hịa 5h - khuếch tán 3h. Từ các ảnh tổ chức tế vi, cĩ thể nhận thấy, so với thấm một giai đoạn, các mẫu thấm theo 2 giai đoạn cĩ chiều dày lớp trắng nhỏ hơn khá nhiều (hình 3.26) và gần như khơng cịn (hình 3.27). Trong khi đĩ chiều dày lớp lưới, độ dày đặc của lưới cacbit tăng lên và lưới nitơrit phân bố đều hơn. Khảo sát sự thay đổi độ cứng theo chiều sâu lớp thấm với các giá trị thể hiện trong bảng 3.11. ðồ thị quan hệ độ cứng theo chiều sâu lớp thấm thể hiện trong hình 3.28. Bảng 3.11. Giá trị độ cứng phân bố theo chiều sâu lớp thấm (T=530oC, thời gian 8h, độ phân hủy 50-60%) K/C từ bề mặt (µm) 10 30 50 70 90 110 130 150 200 6h- 2h 1081 1075 1023 923 842 778 680 630 615 ðộ cứng HV theo thời gian thấm (bão hịa-khuếch tán) (h) 5h- 3h 1141 1069 980 967 932 894 746 660 626 Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........91 0 200 400 600 800 1000 1200 10 30 50 70 90 110 130 150 200 Khoảng cách từ bề mặt (µm) ð ộ cứ n g tế v i (H V ) 6h-2h 5h-3h Hình 3.28. Sự phân bố độ cứng theo chiều sâu lớp thấm tính từ bề mặt khi thấm 2 giai đoạn, T=530oC, độ phân hủy 50-60% Cĩ thể nhận xét rằng, thấm 2 giai đoạn ở nhiệt độ 530oC với độ phân hủy 50-60% cho độ cứng lớp thấm khá cao (đến trên 1000HV), chiều dày lớp thấm khá cao: mẫu với tỷ lệ bão hịa - khuếch tán 6-2 dày khoảng 130µm, cịn mẫu thấm theo tỷ lệ 5-3 dày khoảng 150µm. Như vậy, cĩ thể kết luận rằng, để giảm hoặc làm mất hẳn chiều dày lớp trắng thì việc thấm hai giai đoạn kết hợp với điều chỉnh lưu lượng phù hợp sẽ cĩ hiệu quả rất lớn. Tỷ lệ 5-3 cho lớp khuếch tán cĩ chiều dày và cơ tính tốt hơn tỷ lệ 6-2. 3.5. Nghiên cứu các pha cĩ trong tổ chức lớp thấm 3.5.1. Dự đốn các pha trong tổ chức lớp thấm trên giản đồ pha xây dựng bằng chương trình thermocal ðối với vật liệu, đặc biệt là các hệ hợp kim, việc nghiên cứu giản đồ pha cĩ tầm quan trọng rất lớn vì cĩ mối tương quan chặt chẽ giữa tổ chức và tính chất (cơ, lý, hĩa tính). Ngồi ra giản đồ pha cũng cho ta biết các thơng tin về chuyển pha, nhiệt độ kết tinh, các tổ chức cĩ trong hợp kim nghiên cứu... điều này cĩ quan hệ đến gia cơng chế tạo, quá trình nhiệt luyện và hĩa nhiệt luyện. Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........92 Giản đồ pha (hay cịn gọi là giản đồ trạng thái) của một hệ các hợp kim nghiên cứu biểu thị mối quan hệ giữa nhiệt độ, thành phần và số lượng (tỷ lệ) các pha hoặc tổ chức của hệ ở trạng thái cân bằng. Thermocal là phần mềm dùng để xây dựng giản đồ pha với cơ sở dữ liệu nhất định, cho phép xây dựng giản đồ pha với độ tin cậy khá cao, trên cơ sở đĩ cho phép người nghiên cứu dự báo sơ bộ các pha, chuyển pha....xuất hiện trong hợp kim nghiên cứu, và do đĩ dự báo được các tính chất cĩ khả năng xuất hiện trong các hợp kim này. [10] Tiến hành nghiên cứu, dự đốn các pha trong tổ chức của lớp thấm nitơ trên thép SKD11, với các thơng số được đưa vào như sau: + P = 100000 Pa, W(C) = 1.77%, W(Cr) = 12%, W(Mo) = 0.8%, W(C) = 85.43%, + Các thơng số đưa vào ngồi áp suất (bằng áp suất khí quyển), thì thành phần về khối lượng của các cấu tử chính là thành phần khối lượng của thép SKD11 được cung cấp (bảng 3.1) Kết quả xây dựng đạt được giản đồ trên hình 3.29. Từ giản đồ xây dựng được, cĩ thể xác định được các pha tồn tại trong vùng nhiệt độ thấm nitơ 480 – 525oC và do đĩ, biết các pha tồn tại ở nhiệt độ phịng, tương ứng với thành phần nitơ trên trục X tăng dần từ 0 đến 10% về khối lượng. Cơ sở của việc chọn đến 10% N về khối lượng là do dựa vào giản đồ Fe – N đã cĩ (hình 1.13), với khoảng 5,7 đến 6,1 % N thì tổ chức hồn tồn là γ' (pha Fe4N - lớp trắng của nitrit sắt), cịn tạo thành pha ε (pha Fe2N1-x) thì hàm lượng nitơ là từ 7,8-11,3%, vì vậy chúng tơi chọn giản đồ pha đến 10% nitơ. Vì trong thép SKD11 chứa đến 12%Cr; 0,76%Mo nên khả năng sẽ tạo thành các nitrit với Cr, Mo. Trong đĩ các vùng pha ở nhiệt độ thấm nitơ đã thực hiện 480-500oC tương ứng được tính tốn, kết quả như sau: Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........93 Hình 3.29. Giản đồ thermocal xây dựng với 12%Cr, 0,76%Mo - Vùng 1: T = 500oC, W(N) = 0.2%. Các pha tồn tại: BCC – A2 ; FCC – A1 (pha nitrit CrN) ; Cr23C6 ; Cr7C3 ; - Vùng 2: T = 500oC, W(N) = 2%. Các pha tồn tại: BCC – A2 ; FCC – A1 (pha nitrit CrN) ; Cementit ; Cr23C6 ; Cr7C3 - Vùng 3: T = 500oC, W(N) = 3%. Các pha tồn tại: BCC – A2 ; FCC – A1 (pha nitrit CrN) ; Cementit ; Cr23C6 ; - Vùng 4: T = 500oC, W(N) = 5%. Các pha tồn tại: BCC – A2 ; FCC – A1 (pha nitrit CrN) ; Cementit ; - Vùng 5: T = 500oC, W(N) = 8%. Các pha tồn tại: BCC – A2 ; FCC – A1 (pha nitrit CrN) ; Cementit ; Fe4N ; - Vùng 6: T = 500oC, W(N) = 10%. Các pha tồn tại: Cementit ; FCC – A1 ; Fe4N ; HCP – A3 (Cr2N) Từ các kết quả này, chúng ta cĩ nhận xét sau: các nitrit xuất hiện trong khoảng nhiệt độ này chủ yếu là của Cr, khi hàm lượng N thấp, nitrit chủ yếu là loại CrN (vùng 1-4), cịn khi hàm lượng N tăng, xuất hiện nitrit dạng Cr2N Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ...........94 (vùng 5), ngồi ra cịn cĩ các cacbit Cr. Các nitrit sắt (Fe4N) chỉ thấy xuất hiện ở vùng tương ứng với lượng nitơ cao (vùng 5). 3.5.2. Xác định các pha trong tổ chức lớp thấm bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen ðể kiểm nghiệm kết quả của giản đồ pha, nhiễu xạ rơn ghen gĩc nhỏ (chụp các lớp mỏng ở bề mặt) đã được thưc hiện trên 2 mẫu. Một mẫu được thấm trong 8 giờ ở chế độ một giai đoạn (8h), nhiệt độ thấm 530oC, độ phân hủy 50-60%. Lớp thấm nitơ của mẫu này cĩ ảnh tổ chức trên hình 3.25 cĩ lớp trắng ngồi cùng, sau đĩ đến vùng nitơrit, vùng khuếch tán và tổ chức nền. Mẫu thứ hai được thấm trong 8 giờ theo chế độ hai giai đoạn (5-3) ở nhiệt độ 530oC, độ phân hủy 50-60%. Lớp thấm nitơ của mẫu này như ảnh tổ chức hình 3.27 gồm lớp ngồi cùng là vùng lưới nitơrit, vùng khuếch tán và tổ chức nền, tức là mẫu khơng cĩ lớp trắng. Lớp thấm cĩ chiều dày khoảng 130µm, do đĩ khi chụp nhiễu xạ tia X bằng kĩ thuật thơng thường sẽ khơng nhận được thơng tin về vùng thấm, do tia X cĩ khả năng đâm xuyên qua lớp thấm. ðề tài đã ghi giản đồ nhiễu xạ sử dụng kĩ thuật tán xạ gĩc nhỏ 3o trên thiết bị (X’Pert 5000 tại Viện vật lý kĩ thuật trường ðại học Bách khoa Hà Nội), cho phép xác định thành phần pha lớp thấm dày khoảng 50µm trên bề mặt. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu cĩ lớp trắng (chế độ thấm 8h) và khơng cĩ lớp trắng chế độ thấm (5-3) thể hiện trên hình 3.30 và 3.31. Phân tích giản đồ nhiễu xạ mẫu thấm nitơ trong 8 giờ một giai đoạn và 8 giờ hai giai đoạn (5 giờ cho giai đoạn bão hồ - 3 giờ cho giai đoạn khuếch tán), ta nhận thấy lớp thấm nitơ từ bề mặt đến độ sâu khoảng 50µm cĩ các pha thể hiện như trong bảng 3.12. Tr ư ờ n g ð ạ i h ọ c N ơn g n gh iệ p H à N ộ i – Lu ậ n vă n th ạ c sĩ n ơn g n gh iệ p .. .. .. .. .. .9 3 H ìn h 3. 30 . Ph ổ ph ân tí ch th àn h ph ần ph a vớ i m ẫu th ấm cĩ lớ p tr ắn g γ’ ở bề m ặt m ẫu Tr ư ờ n g ð ạ i h ọ c N ơn g n gh iệ p H à N ộ i – Lu ậ n vă n th ạ c sĩ n ơn g n gh iệ p .. .. .. .. .. .9 4 H ìn h 3. 31 . Ph ổ ph ân tíc h th àn h ph ần ph a vớ i m ẫu th ấm cĩ th ể kh ơn g xu ất hi ện lớ p tr ắn g γ’ ở bề m ặt m ẫu Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ............ 95 Bảng 3.12. Kết quả phân tích thành phần pha mẫu thấm nitơ Mẫu thấm 8 giờ Mẫu thấm 8 giờ (5-3) Pha Gĩc 2θ (o) Pha Gĩc 2θ (o) Fe0,8Mo1,2N2 32.4 36 49.2 Mo3N2 30.2 42.9 62.8 C3N4 30 35.4 62.4 C3N4 30.2 35.6 42.9 Fe2N 41 43.2 57.3 Fe2N 37.5 40.8 42.9 Fe3N 41 43.2 72 Fe3N 40.8 Fe4N 41 47.8 72 Fe4N CrN 43.2 CrN 37.5 42.9 62.8 Cr2N 41 43.2 57.3 Cr2N 37.5 40.8 56.6 Fe3C 41 43.2 57.3 V2C 35.4 53.9 62.4 MoC 36.4 61.2 Fe-δ 43.2 62.4 Fe-α 44.6 82.1 Từ hình 3.30 và 3.31, đồng thời từ bảng 3.12 ta nhận thấy: - Các pha cĩ thể cĩ trong bảng 3.10 xuất hiện một bộ gồm ba gĩc 2θ (tương ứng với 3 pick) - Mẫu cĩ lớp trắng cĩ xuất hiện các pha Fe3N, Fe2N và Fe4N. Trong khi mẫu khơng cĩ lớp trắng chỉ thấy sự cĩ mặt của pha Fe2N. ðiều này khẳng định rằng mẫu thấm với nitơ với chế độ 5 giờ bão hồ và 3 giờ khuếch tán là khơng cĩ hoặc cĩ lớp trắng rất mỏng. - Trong cả hai mẫu cĩ xuất hiện các pha nitơrit của crơm. - Ngồi ra kết quả cịn cho thấy cĩ sự xuất hiện của các cácbit hợp kim và nitơrit hợp kim của vanadi và molipden. Nếu so sánh với giản đồ pha đã xây dựng bằng Thermocal, khơng thấy cĩ một số pha như trên giản đồ. ðiều này cĩ thể giải thích là do trong quá trình nhiễu xạ Rơnghen, chùm tia quét một vùng trên bề mặt mẫu vì vậy cĩ thể vào vùng khơng xuất hiện những pha này. Muốn cĩ kết luận chắc chắn, cần phải làm nhiều lần, trên nhiều mẫu khác nhau. Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ............ 96 3.6. Thử mài mịn ðể hiểu biết thêm tính năng của lớp thấm nitơ, đã tiến hành thử mài mịn lớp thấm. Mẫu được thử mài mịn là mẫu đã được thấm nitơ (sử dụng mẫu thấm theo chế độ 6 giờ khuếch tán, 2 giờ bão hồ) và mẫu đối chứng là mẫu sau khi nhiệt luyện tơi và ram tại 560oC. Phương pháp là thử mài mịn theo khoảng cách, tức là xét lượng mẫu bị mất đi do mài mịn theo chiều sâu của mẫu (tính theo µm) trong một đơn vị thời gian. Từ đĩ đánh giá được mức độ mài mịn của từng mẫu. Kết quả được đưa ra trong bảng 3.13. Từ bảng này cĩ thể thấy khả năng chịu mài mịn của mẫu đã được thấm nitơ tăng lên rất nhiều so với mẫu chỉ nhiệt luyện thuần tuý. Với cùng số vịng quay, mẫu thấm nitơ bị mịn ít hơn, thể hiện là khoảng thời gian mẫu thấm nitơ bị mài mịn là dài hơn so với mẫu chỉ nhiệt luyện. Bảng 3.13. Kết quả thử mài mịn Lượng mài mịn (µm) Thời gian (phút) Số vịng quay Mẫu đã thấm nitơ Mẫu đã qua nhiệt luyện 0 95 0 0 5 595 0 0 10 1096 0 0 15 1596 0 0 20 2096 0 0 25 2596 0 1 30 3097 0 1 35 3597 0 1 40 4097 0 1 45 4597 0 1 50 5097 1 2 55 5597 1 2 60 6097 1 2 Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ............ 97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận Từ các kết quả thí nghiệm, cĩ thể đưa ra một số kết luận về cơng nghệ nhiệt luyện và thấm nitơ thể khí sử dụng khí NH3 cho thép SKD11 dùng làm khuơn dập nguội như sau: - ðề tài đã thực nghiệm và xác định được quy trình nhiệt luyện tơi và ram đạt được cơ tính để đảm bảo sau thấm nitơ độ cứng của nền đáp ứng được yêu cầu làm việc (56-58HRC). - ðã nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tổ chức và tính chất của lớp thấm nitơ trên thép SKD11: + Ảnh hưởng của độ phân hủy β + Ảnh hưởng của nhiệt độ + Ảnh hưởng của thời gian thấm. + Ảnh hưởng của phương pháp thấm Từ đĩ đưa ra được các thơng số cơ bản của quá trình thấm nitơ thể khí bằng khí NH3 như sau: + Nhiệt độ thấm 520-530oC + Thời gian thấm 8h + Thấm 2 giai đoạn: bão hịa 5h với độ phân hủy 50-60%; khuếch tán 3h với độ phân hủy 80-85%. - ðã đạt được lớp thấm với chiều dày từ 130-150µm, độ cứng lớn nhất đạt được lớn hơn 1000HV, tổ chức lớp thấm 2 giai đoạn khơng cĩ lớp trắng γ’ (hoặc cĩ cả ε), chỉ cĩ lớp lưới nitrit là hỗn hợp của γ’+ α, α. ðộ cứng nền sau Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ............ 98 thấm 8h ở 530oC trong khoảng 56-57HRC, hồn tồn đáp ứng yêu cầu đề ra với khuơn dập vuốt và dập sâu. - ðề tài đã nghiên cứu thành phần pha trong lớp thấm nitơ bằng phương pháp xây dựng giản đồ pha bằng phần mềm Thermocal, đồng thời bằng phương pháp nhiễu xạ rơnghen, kết quả cho thấy, cả 2 phương pháp đều tồn tại các pha nitrit của các pha Fe4N ( γ’), Cr2N, CrN, các cacbit của crơm. Kết quả nhiễu xạ rơnghen cịn thấy sự xuất hiện của các pha liên kim nhiều hơn, đĩ là ngồi các pha kể trên, dạng các nitrit sắt cịn cĩ Fe2N, Fe3N, các nitrit, cacbit của Mo, V như Mo3N2..... - Tiến hành thử nghiệm cơ tính của lớp thấm nitơ, kết quả cho thấy, lớp thấm nitơ so với mẫu chỉ qua nhiệt luyện tơi và ram ở 560oC cĩ khả năng chống mài mịn tăng lên gấp 2 lần. 2. Kiến nghị Mặc dù các thí nghiệm đã được tiến hành kiểm tra, phân tích trên các thiết bị hiện đại cĩ độ tin cậy cao nhưng do luận văn được thực hiện trong một thời gian ngắn, thời gian thí nghiệm của một lần thấm rất dài, do vậy vấn đề chất lượng lớp thấm chưa được giải quyết triệt để và mới chỉ ở qui mơ thí nghiệm. Vì vậy cần cĩ thời gian để hồn thiện cơng nghệ thấm nitơ thể khí cho khuơn dập nguội làm từ SKD11 và triển khai áp dụng trên lị cơng nghiệp và chi tiết thực. Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ............ 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Arzamaxoc B.N (2001), Vật liệu học (Chu Thiên Trương dịch), NXB Giáo Dục, Hà Nội. 2. Lê Cơng Dưỡng (1996), Vật liệu học, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. 3. Phùng Tố Hằng, Nguyễn Văn ðức (2010), “Nhiệt luyện trước khi thấm nitơ cho thép SKD11 dùng làm khuơn dập nguội”, Tạp chí Khoa học và cơng nghệ các trường đại học kỹ thuật, số 75, tr. 121-125. 4. Phùng Tố Hằng (2006), “Xử lý nhiệt sau tơi để đạt tổ chức tế vi và cơ tính tối ưu, nâng cao tuổi thọ của khuơn dập nguội làm bằng thép SKD11”, Tạp chí khoa học và cơng nghệ, số tháng 5, năm 2006, tr. 37-40. 5. Nghiêm Hùng (1997), Sách tra cứu thép, gang thơng dụng, NXB ðại học Bách khoa Hà Nội. 6. Nghiêm Hùng (2004), Vật liệu học cơ sở, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. 7. Tạ Văn Thất, Phạm Thị Minh Phương (2000), Cơng nghệ nhiệt luyện, NXB Giáo dục, Hà Nội . 8. Nguyễn Văn Tư (1999), Xử lý bề mặt, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. 9. Các phương pháp nghiên cứu kim loại và hợp kim (1990), NXB ðại học Bách khoa Hà Nội. Tiếng Anh 10. André Paulo Tschiptschin (2002), Predicting Microstructure Development During High Temperature Nitriding of Martensitic Stainless Steels Using Thermodynamic Modeling, science vol 299 32, January 2002 Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nơng nghiệp ............ 100 11. Burce Wright (2002), Selection of materials for blanking and piercing dies, 12. Jerome Darbellay, Drs D.Embury and H. Zurob (2006), Gas nitriding: An industrial perspective, MES 701 Seminar Department of Materials Science and Engineering McMaster University, March 22, 2006 13. Queen H.J.M., Jin N (1995), Materials science and engineering, Vol.A 190, No.1-2, page 43-53. 14. X. A. FILINOP, I. V. FIRGER (1979), Sổ tay nhiệt luyện, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 15. Nitrig state of the art controlled gas nitriding technology, ww.nitrexmetaltech.com 16. Amec, Ams Commtittee (2006), Automated gaseous nitriding controlled by nitriding potential, www.sciencemag.org ._.