Nghiên cứu hệ số truyền cacbon sẽ giúp cho quá trình điều khiển nồng độ cacbon trên bề mặt thép hợp kim thấp thường được sử dụng trong sản xuất như 20CrMo…
Influence of chromium content on the carbon transfer coefficient during carburizing process using LPG
Nguyễn Văn Tư, Nguyễn Anh Sơn
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
(Nhận bài ngày 15/11/2011, duyệt đăng ngày 15/01/1012)
Tóm tắt
Hệ số truyền cacbon là thông số phản ánh khả năng tiếp nhận cacbon của các loại thép thấm thông dụng trong môi trường thấm có thành phần xác đinh. Các kết quả nghiên cứu cho thấy Cr là nguyên tố thường có mặt trong thép hợp kim thấp có vai trò cố định cacbon trên bề mặt thép. Do vậy hàm lượng cacbon trong thép hợp kim chứa Cr thường cao hơn thép cacbon khoảng 1,2 lần. Hệ số truyền cacbon đối với loại thép này do vậy cũng cao hơn so với thép cacbon thường được sử dụng trong công nghệ thấm cacbon thể khí.
Từ khóa: Thấm cacbon thể khí, hoạt độ cacbon, thế cacbon, hệ số truyền cacbon, thép crôm
Abstract
The carbon absorption ability at the steel surface during carburizing process can be characterized by the car bon transfer coefficient. Experiment results show that the chromium improves the fixed carbon at the alloyed steel surface and therefore increases carbon content up to 1,2 times compared to the carbon steel. The carbon transfer coefficient of low alloyed chromium steel always reaches higher values than that of carbon steel.
Keyword: gas carburizing,carbon activity, carbon potential, carbon transfer coefficent, chromium steel
1. Đặt vấn đề
Thế cacbon (CP) là thông số công nghệ thường được sử dụng trong sản xuất để điều khiển hàm lượng cacbon trong lớp thấm. Thế cacbon được xác định thông qua hàm lượng cacbon cân bằng trong lá thép mỏng 1010 theo tiêu chuẩn Mỹ. Trong thực tế sản xuất thép hợp kim thấp, hầu hết các chi tiết được chế tạo từ thép 20CrMo.
Do vậy, khi áp dụng công nghệ thấm cacbon có điều khiển sử dụng thế cacbon, cần phải có sự điều chỉnh để có thể đạt được nồng độ cacbon cũng như phân bố nồng độ cacbon hợp lý trong lớp thấm. Hệ số truyền cacbon b là thông số phản ánh khả năng tiếp nhận cacbon của thép từ môi trường thấm có hoạt độ và thế cacbon xác định. Do vậy, nghiên cứu hệ số truyền cacbon sẽ giúp cho quá trình điều khiển nồng độ cacbon trên bề mặt thép hợp kim thấp thường được sử dụng trong sản xuất như 20CrMo.
2. Thực nghiệm
Khí thấm là hỗn hợp của 3 loại gas, CO2 và N2, trong đó thành phần N2 được giữ cố định là 70 % thể tích trong hỗn hợp khí thấm. Lượng gas được sử dụng lần lượt là 8,57 %; 7,5 % và 6,67 % còn lại là CO2 để tỷ lệ CO2/gas lần lượt là 2,5; 3 và 3,5 (bảng 1).
| STT | N2 | Gas | CO2 | Tỷ lệ CO2/Gas |
| 1 | 70,00 | 8,57 | 21,43 | 2.50 |
| 2 | 70,00 | 7,50 | 22,50 | 3.00 |
| 3 | 70,00 | 6,67 | 23,33 | 3.50 |
Bảng 1. Thành phần khí ban đầu đưa vào (% thể tích)
Gas sử dụng là khí hoá lỏng của Petrolimex, khí CO2 và N2 loại thương phẩm. Thành phần khí trong lò được xác định bằng các loại đầu dò hyđro của hãng Stange (CHLB Đức), đầu dò oxy của hãng SSI (Mỹ) và thiết bị phân tích CO, CO2 của hãng Wuhan Optoelectronics (Trung Quốc). Sử dụng phương pháp cân khối lượng để xác định hàm lượng cacbon trong mẫu mỏng. Thép dùng trong nghiên cứu là các loại 1010 theo tiêu chuẩn AISI (Mỹ), C20 và 20CrMo theo TCVN có thành phần các nguyên tố chủ yếu đưa ra ở bảng 2.
| Mác thép | C | Si | Mn | Cr | Mo | Ni |
| 1010 | 0,114 | 0,115 | 0,433 | 0,019 | – | 0,014 |
| C20 | 0,2 | 0,23 | 0,79 | 0,006 | 0,005 | – |
| 20CrMo | 0,184 | 0,167 | 0,777 | 1,030 | 0,158 | 0,029 |
Bảng 2. Thành phần thép nghiên cứu (%)
