Việc xác định lượng austenit dư hiện nay rất khó khăn bằng phương pháp hiển vi quang học hoặc phương pháp rơngen. Tuy nhiên khi làm lạnh sâu các mẫu sau tôi có thể nhận biết mức độ chuyển biến austenit-mactenxit qua sự thay đổi độ cứng tế vi của mẫu
Deep cooling treatment to reduce the retained austenite in carbonitriding depth
Lê Thị Chiều
Trường ĐHBK HN
TÓM TẮT
Sự thay đổi tổ chức và độ cứng tế vi khi gia công lạnh với nhiệt độ và thời gian khác nhau cho phép nhận biết và có thể khống chế mức độ chuyển biến austenit dư-mactenxit trong lớp thấm của các mẫu đã thấm cacbon-nitơ và tôi. Nhờ vậy có thể thay đổi tính chất lớp thấm bằng gia công lạnh.
ABSTRACT
Nitrogen lowers the transformation temperature of austenite, delays the transformation of austenite to marten- site at ambient temperature. The low hardness resulting from retained austenite is undesirable in many applica- tions. The amount of retained austenite can be significantly decreased by cooling the quenched parts to (-100 + – 20)°C and it results in increasing hardness of samples.
1. Mở đầu
1.1. Sự có mặt và vai trò của austenit dư
Sự có mặt của nitơ trong lớp thấm cacbon-nitơ có tác dụng hạ thấp điểm Md (điểm chuyển biến từ austenit sang mactenxit). Vì vậy khi làm nguội đến nhiệt độ thường sau tôi, trong lớp thấm cacbon- nitơ luôn tồn tại austenit dư, nhất là vùng sát bề mặt [1]. Lượng austenit dư quá lớn, (lớn hơn 50%) sẽ làm giảm mạnh độ cứng, tính chống mài mòn [2], giảm độ bền tiếp xúc và độ bền mỏi của chi tiết. Hơn nữa, trong quá trình chi tiết làm việc, austenit dư có thể chuyển biến thành mactexit làm tăng thể tích, sinh biến dạng và tạo ứng suất dư, có thể dẫn đến giòn, nứt. Mặt khác, với một lượng austenit dư hợp lý, trong khoảng (25-40)% lớp thấm sẽ có độ bền uốn cao, có độ dai va đập tốt và giảm thiểu các điểm tập trung ứng suất, độ bền uốn và độ dai va đập đều tăng [3]. Nếu austenit dư chỉ còn (10-20)%, độ dai của lớp thấm giảm, khả năng chống mài mòn cũng giảm. Có thể nói austenit dư vừa là tốt vừa là xấu đối với lớp thấm cacbon-nitơ.
Khi làm lạnh sâu chi tiết có chứa austenit dư, tuỳ theo nhiệt độ và thời gian xử lý, austenit có thể chuyển biến thành mactenxit gần hết hoặc từng phần [4].
Việc xác định lượng austenit dư hiện nay rất khó khăn bằng phương pháp hiển vi quang học hoặc phương pháp rơngen. Tuy nhiên khi làm lạnh sâu các mẫu sau tôi có thể nhận biết mức độ chuyển biến austenit-mactenxit qua sự thay đổi độ cứng tế vi của mẫu, từ đó điều chỉnh được các thông số thấm có ảnh hưởng đến sự tồn tại của austenit dư để đạt được cơ tính theo yêu cầu. Đó chính là nội dung nghiên cứu được trình bầy trong bài báo này.
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới hàm lượng austenit dư
1.2.1. ảnh hưởng của tổng hàm lượng cacbon và nitơ
Lượng austenit dư trong lớp thấm phụ thuộc mạnh vào tổng lưọng hai nguyên tố thấm. Khi tổng lượng C+N tăng, lượng austenit dư tăng dần, đạt cực đại và sau đó giảm. Ví dụ với thép 20XΓT (theo tiêu chuẩn Nga), austenit dư cực đại là (40÷50%) khi tổng lượng (C+N) = 0,95% [2]. Trong thép 25X(M austenit đạt giá trị cực đại (45-60%) khi tổng lượng (C+N) = (0,951-1,2) % (hình 1). Tiếp tục tăng tổng hàm lượng (C+N), lượng austenit dư giảm vì lúc đó nitơ có điều kiện tập trung thành phân tử (N2) tạo nên các bọt khí dạng lỗ đen làm giảm độ bền lớp thấm [2,4].
Hình 1. Sự phụ thuộc của austenit dư vào tổng lượng C+N
1.2.2. Ảnh hưỏng của loại thép
Lượng austenit dư còn phụ thuộc vào loại thép.
Với các thép chỉ chứa các nguyên tố tạo cacbit mạnh như Mn, Cr, Ti, thép 20XΓT, 20X (tiêu chuẩn Nga), khi thấm, do hàm lượng cacbon và nitơ trên bề mặt cao hơn trong lõi, các nguyên tố hợp kim chủ yếu nằm trong hợp chất với các cacbon và nitơ. Trong lớp thấm chứa một lượng lớn cacbit và nitơrit. austenit trở nên nghèo nguyên tố hợp kim nên sau khi tôi, lượng austen- it dư không lớn. Gia công lạnh không có tác dụng tăng độ cứng vì không có chuyển biến austenit- mactenxit. Với các thép có thêm môlipđen hoặc môlipđen và niken: niken không tạo cacbit, làm ổn định austenit, làm tăng mạnh austenit dư.
