Hóa nhiệt luyện là phương pháp hóa bền bề mặt bằng cách thay đổi bề mặt thép sau nhiệt luyện để tạo lớp thấm có độ cứng cao, khả năng chịu mài mòn tốt. So với tôi tần số, thì hóa nhiệt luyện cho chất lượng bề mặt tốt hơn, nhưng năng suất thấp hơn.
1.Mục đích của các phương pháp hóa nhiệt luyện
Khác với nhiệt luyện (tôi, ram) chỉ làm biến đổi tổ chức và do đó tính chất của thép, không làm thay đổi thành phần hóa học của thép, hóa nhiệt luyện là phương pháp bão hòa các nguyên tố hóa học như cacbon, nito… vào bề mặt thép bằng cách khuếch tán ở nhiệt độ phù hợp. Thấm cacbon được xảy ra ở nhiệt độ cao hơn thấm nito. Như vậy mục đích của hóa nhiệt luyện:
-Nâng cao độ cứng, tính chống mài mòn và độ bền mỏi của thép với hiệu quả cao hơn tôi bề mặt. Thuộc về loại này có thấm cacon, thấm nitơ, thấm cacbon-nito được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo cơ khí
-Nâng cao tính chống ăn mòn điện hóa và hóa học, như thấm crom, thấm nhôm, thấm silic. Các quá trình thấm phải được sử dụng ở nhiêt độ cao hơn.
2. Các giai đoạn xảy ra trong quá trình hóa nhiệt luyện
Khi tiến hành quá trình hóa nhiệt luyện, người ta đặt chi tiết thép cần thấm đã xử lý bề mặt (tẩy dàu mỡ, phun cát….) vào trong môi trường thấm (rắn, lỏng, khí) rồi nung nóng đến nhiệt độ thích hợp. Có ba gia đoạn nối tiếp nhau xảy ra.
-Quá trình phân hóa tạo môi trường thấm: là quá trình phân tích nguyên tử, tạo nên nguyên tử hoạt tính của nguyên tố định thấm
-Quá trình hấp thụ: tiếp theo nguyên tử hoạt được hấp thụ (xâm nhập, hòa tan vào mạng tinh thể sắt) vào bề mặt với nồng độ cao, tạo chênh lệch gradien giữa bề mặt và lõi.
– Quá trình khuếch tán: tiếp theo nguyên tử hoạt tính hấp thụ sẽ đi sâu vào bên trong theo cơ chế khuếch tán tạo nên lớp thấm có chiều sâu nhất định.
3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian tới quá trình thấm
Nhiệt độ: Nhiệt độ càng cao thì quá trình khuếch tán càng mạnh, tốc độ khuếch tán càng lớn, lớp thấm càng chóng đạt chiều dày nhất định. Tốc độ khuếch tán phụ thuộc vào nhiệt độ theo hàm mũ, ví dụ hệ số khuếch tán của cacbon trong austenit tăng lên 7 lần khi nhiệt độ tăng từ 925 lên 1100 oC. Nên trong hóa nhiệt luyện thường có khuynh hướng nâng nhiệt độ, song nhiều trường hợp hạn chế vì hạt sẽ bị thô và lớn.
Thời gian: Ở một nhiệt độ cố định, kéo dài thời gian cũng giúp nâng cao chiều dày lớp thấm nhưng không mạnh bằng thời gian. Khi kéo dài thời gian mức độ tăng chiều sâu lớp thấm càng giảm đi, do vậy kéo dài thời gian là biện pháp kém hiệu quả khi nhiệt luyện.
–
