Ch−¬ng 2

Nung nãng kim lo¹i

2.1. Môc ®Ých nung nãng

Nung nãng kim lo¹i tr−íc khi GCBD nh»m n©ng cao tÝnh dÎo vµ gi¶m kh¶ n¨ng chèng biÕn d¹ng cña chóng, t¹o ®iÒu kiÖn thuËn tiÖn cho qu¸ tr×nh biÕn d¹ng.

Nung nãng kim lo¹i lµ mét trong nh÷ng kh©u quan träng ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh kinh tÕ kü thuËt cña s¶n xuÊt. Chän chÕ ®é nung hîp lý sÏ lµm t¨ng cao chÊt l−îng s¶n phÈm, gi¶m hao phÝ kim lo¹i, gi¶m søc lao ®éng, gi¶m hao mßn thiÕt bÞ vµ gi¶m gi¸ thµnh s¶n phÈm, n©ng cao n¨ng suÊt lao ®éng.

2.2. mét sè vÊn ®Ò x¶y ra khi nung

2.2.1. Nøt nÎ

HiÖn t−îng nøt nÎ xuÊt hiÖn bªn ngoµi hoÆc bªn trong kim lo¹i.

Nguyªn nh©n: Do øng suÊt nhiÖt sinh ra v× sù nung kh«ng ®Òu, tèc ®é nung kh«ng hîp lý v.v...øng suÊt nhiÖt nµy cïng víi øng suÊt d− s½n cã cña ph«i (c¸n, ®óc) khi v−ît qua giíi h¹n bÒn cña kim lo¹i sÏ g©y ra nøt nÎ. (§èi víi thÐp th−êng x¶y ra nøt nÎ ë t0 0 < 800C).

2.2.2. HiÖn t−îng «xyho¸

Kim lo¹i khi nung trong lß, do tiÕp xóc víi kh«ng khÝ, khÝ lß nªn bÒ mÆt nã dÔ bÞ «xyho¸ vµ t¹o nªn líp v¶y s¾t. Sù mÊt m¸t kim lo¹i ®Õn 4 ÷ 6%, cßn lµm hao mßn thiÕt bÞ, gi¶m chÊt l−îng chi tiÕt v.v...Qu¸ tr×nh «xy ho¸ x¶y ra do sù khuyÕt t¸n cña nguyªn tö «xy vµo líp kim lo¹i vµ sù khuyÕt t¸n cña nguyªn tö kim lo¹i qua líp «xyt ë mÆt ngoµi vËt nung ®Ó t¹o thµnh 3 líp v¶y s¾t: FeO-Fe3O4-Fe2O3.

NhiÖt ®é nung trªn 570 0 0 c líp v¶y s¾t t¨ng m¹nh vµ trªn 1000c líp v¶y s¾t dµy ®Æc phñ kÝn mÆt ngoµi vËt nung, nhiÖt ®é tiÕp tôc t¨ng líp «xyt nµy bÞ ch¸y, ®ång thêi t¹o nªn líp «xyt míi. ¤xyt ho¸ cã thÓ do «xy ®−a vµo, hoÆc do khÝ CO2, H2O t¸ch ra.

2.2.3. HiÖn t−îng mÊt c¸cbon

HiÖn t−îng mÊt c¸cbon cña mÆt ngoµi vËt nung lµm thay ®æi c¬ tÝnh cña chi tiÕt, cã khi t¹o nªn cong vªnh, nøt nÎ khi t«i. KhÝ lµm mÊt C lµ O2, CO2, H2O, H2... Chóng t¸c dông víi c¸cbÝt s¾t Fe3C cña thÐp:

2Fe3C + O2 = 6Fe + 2CO Fe 3C + CO2 = 3Fe + 2CO

Fe3C + H2O = 3Fe + CO + H2

Fe 3C + 2H2 = 3Fe + CH4

T¸c dông m¹nh nhÊt lµ H2O råi ®Õn CO2, O2, H2...

Qu¸ tr×nh mÊt C ng−îc víi qu¸ tr×nh «xy ho¸ vµ x¶y ra trªn bÒ mÆt kim lo¹i cïng mét lóc víi «xy ho¸. Tèc ®é cña hai qu¸ tr×nh kh¸c nhau. B¾t ®Çu nung tèc ®é mÊt C nhanh sau ®ã gi¶m dÇn, cßn tèc ®é «xy ho¸ th× ng−îc l¹i. Khi tèc ®é «xy ho¸ lín h¬n tèc ®é mÊt C th× líp mÊt C gi¶m ®i.

Tr−êng ®¹i häcB¸ch khoa 8

Hîp lý nhÊt lµ cÇn t¹o nªn líp «xyho¸ m¹nh h¬n l−îng mÊt c¸cbon. Líp mÊt c¸cbon b¾t ®Çu ph¸t triÓn khi t0 0 = 600 ÷ 800C vµ t¨ng khi nhiÖt ®é t¨ng. L−îng mÊt C t¨ng khi thêi gian t¨ng nh−ng tèc ®é mÊt C gi¶m.

§Ó gi¶m sù mÊt C cã thÓ dïng chÊt s¬n phñ lªn bÒ mÆt vËt nung. HiÖn nay hay

dïng chÊt s¬n sau ®©y hoµ víi n−íc hoÆc víi cån ªtyl: 60%SiO2+ 15%Al2O3+ 11,2%CaO + 4,4%MgO +5%(K 2O+N2O) + 0,8%Fe2O3.

2.2.4. HiÖn t−îng qu¸ nhiÖt

NÕu nhiÖt ®é nung qu¸ cao th× h¹t «stenit cµng lín lµm cho tÝnh dÎo cña kim

lo¹i gi¶m nhiÒu, cã thÓ t¹o nªn nøt nÎ khi gia c«ng hoÆc gi¶m tÝnh dÎo cña chi tiÕt sau nµy. §èi víi thÐp cacbon nhiÖt ®é qu¸ nhiÖt d 0 0 − íi ® − êng ®Æc kho¶ng 150 trë lªn (t >

to 0- 150C). NÕu thêi gian gi÷ ë nhiÖt ®é qu¸ nhiÖt cµng l©u h¹t «stenit cµng lín th×

®Æc

kim lo¹i cµng kÐm dÎo. HiÖn t−îng nµy ®−îc kh¾c phôc b»ng ph−¬ng ph¸p ñ. VÝ dô: ThÐp c¸cbon ñ ë 750 ÷ 0 900C, nh−ng víi thÐp hîp kim th× rÊt khã kh¨n.

2.2.5. HiÖn t−îng ch¸y

Khi kim lo¹i nung trªn nhiÖt ®é qu¸ nhiÖt (gÇn ®−êng ®Æc) vËt nung bÞ ph¸ huû

tinh giíi cña c¸c h¹t do vïng tinh giíi bÞ «xy ho¸ m·nh liÖt. KÕt qu¶ lµm mÊt tÝnh liªn tôc cña kim lo¹i, dÈn ®Õn ph¸ huû hoµn toµn ®é bÒn vµ ®é dÎo cña kim lo¹i. Khi ch¸y kim lo¹i sÏ ph¸t s¸ng vµ cã nhiÒu tia löa b¾n ra. Sau khi bÞ ch¸y th× kim lo¹i bÞ vøt ®i hoÆc chÆt ra tõng khóc ®Ó nÊu l¹i.

2.3. ChÕ ®é nung kim lo¹i

2.3.1. Chän kho¶ng nhiÖt ®é nung

Yªu cÇu:

• §¶m b¶o kim lo¹i dÎo nhÊt. Kim lo¹i biÕn d¹ng tèt vµ hao phÝ Ýt nhÊt. • ChÊt l−îng vËt nung ph¶i ®−îc b¶o ®¹m.

§èi víi thÐp c¸cbon dùa trªn gi¶n ®å Fe-C ®Ó chän kho¶ng nhiÖt ®é GCBD.

t0C 0 c

t t t0 0 C max vïng ch¸y max

1350

v.qu¸ nhiÖt

1100 vïng gcal

tmin t 800 min

O %c vïng biÕn cøng %c O 0,8 0,8 1,7 1,1 % c bon H.2.1 .Gi¶n ®å c hän kho¶ng nhiÖt ®é gia c« 0,8 ng ®è i ví 2,1 i t hÐ p c¸c bon a) b) H.2.2.Ph¹m vi nhiÖt ®é gia c«ng ¸p a) Gi¶n ®å lý thuyÕt b) Gi¶n ®å thùc tÕ

Trong thùc tÕ cã thÓ chän nhiÖt ®é nung khi gia c«ng ¸p lùc theo ph¹m vi nhiÖt

®é nh− h×nh trªn.

Tr−êng ®¹i häcB¸ch khoa 9

Trong s¶n xuÊt ®Ó x¸c ®Þnh kho¶ng nhiÖt ®é cña c¸c kim lo¹i vµ hîp kim th−êng dïng b¶ng. §èi víi c«ng nh©n trong ®iÒu kiÖn thiÕu dông cô ®o cã thÓ x¸c ®Þnh nhiÖt ®é theo mµu s¾c khi nung.

VÝ dô: ®èi víi thÐp khi nung mµu sÏ s¸ng dÇn tõ mµu ®á xÉm (500 0c) ®Õn s¸ng tr¾ng (1250 c).

2.3.2. Thêi gian nung

ChÕ ®é nung hîp lý cÇn ®¶m b¶o nung kim lo¹i ®Õn nhiÖt ®é cÇn thiÕt trong mét thêi gian cho phÐp nhá nhÊt. NhiÖt ®é ph¶i ph©n bè ®Òu trªn toµn bé tiÕt diÖn ph«i. Qu¸ tr×nh nung cã 3 h×nh thøc: §èi l 0 0 − u (khi t < 600c th× ®èi l−u lµ chñ yÕu), bøc x¹ (khi t0 0 > 600c th× bøc x¹ lµ chñ yÕu), truyÒn nhiÖt (c¶ qu¸ tr×nh nung). Thêi gian nung tõ nhiÖt ®é b×nh th−êng ®Õn nhiÖt ®é ban ®Çu gia c«ng cã thÓ chia thµnh 2 giai ®o¹n: Giai ®o¹n nhiÖt ®é thÊp: Thêi gian nung giai ®o¹n nµy cÇn dµi, tèc ®é nung chËm, nÕu kh«ng kim lo¹i dÓ nøt nÎ hoÆc biÕn d¹ng. Tèc ®é nung nµy gäi lµ: “tèc ®é nung cho phÐp” vµ cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc:

K = 5 6 ,λ σ . o (c/giê). β Ε 3 . r

K - Tèc ®é nung σ - Giíi h¹n bÒn.. λ - HÖ sè dÉn nhiÖt.

E - Modul ®µn håi. β - HÖ sè në dµi. r - B¸n kÝnh ph«i h×nh trô.

K chñ yÕu phô thuéc vµo λ cßn c¸c th«ng sè kia kh«ng ®¸ng kÓ. Giai ®o¹n nhiÖt ®é cao: o (850c ®Õn nhiÖt ®é b¾t ®Çu gia c«ng)

Khi nhiÖt ®é vË nung trªn 850oc tÝnh dÎo t¨ng, tèc ®é oxy ho¸ m¹nh. Tèc ®é nung ë giai ®o¹n nµy kh«ng phô thuéc nhiÒu vµo hÖ sè dÉn nhiÖt n÷a, v× thÕ cã thÓ t¨ng nhanh tèc ®é nung nh»m t¨ng n¨ng suÊt nung, gi¶m l−îng oxy ho¸ vµ ch¸y c¸cbon, h¹n chÕ sù lín lªn cña c¸c h¹t kim lo¹i, gi¶m hao phÝ nhiªn liÖu.vv...Tèc ®é nung cña giai ®o¹n nµy gäi lµ “tèc ®é nung kü thuËt”, nã phô thuéc vµo c¸ch xÕp ph«i, ®é dµi ph«i v.v...

2.4. ThiÕt bÞ nung kim lo¹i

§Ó nung kim lo¹i khi gia c«ng ¸p lùc ng−êi ta sö dông nhiÒu lo¹i lß nung kh¸c nhau. Chóng ®−îc ph©n lo¹i theo nguån cÊp nhiÖt (nhiªn liÖu hoÆc ®iÖn n¨ng), tÝnh chÊt ho¹t ®éng (chu kú hoÆc liªn tôc) vµ kÕt cÊu lß (lß buång, lß giÕng ...).

2.4.1. Lß rÌn thñ c«ng

Lß rÌn thñ c«ng cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n nh−ng nung nãng kh«ng ®Òu, ch¸y hao lín, khã khèng chÕ nhiÖt ®é, n¨ng suÊt vµ hiÖu suÊt nhiÖt thÊp, chñ yÕu dïng trong c¸c ph©n x−ëng nhá.

Kh«ng khÝ thæi theo cöa giã 1 theo èng dÉn qua ghi lß 5 ®Ó ®èt ch¸y nhiªn liÖu 4 (than) trong buång lß 3 (®−îc c−êng lùc nhê vá lß b»ng thÐp 2), bôi vµ khãi theo nãn 6 qua èng khãi 7 ra ngoµi. Lß nµy ®¬n gi¶n, rÎ tiÒn nh−ng kh«ng khèng chÕ ®−îc nhiÖt ®é, n¨ng suÊt nung thÊp, hao tèn kim lo¹i nhiÒu, nhiÖt ®é vËt nung kh«ng ®Òu v.v...chØ dïng trong c¸c ph©n x−ëng söa ch÷a ®Ó nung vËt nhá. 2.4.2. Lß buång (lß ph¶n x¹)

Tr−êng ®¹i häcB¸ch khoa 10

Lµ lß cã nhiÖt ®é kho¶ng kh«ng gian

c«ng t¸c cña lß ®ång nhÊt. Lß

buång lµ mét buång kÝn, khèng

chÕ ®−îc nhiÖt ®é nung, cã thÓ xÕp nhiÒu ph«i, sù hao phÝ kim

lo¹i Ýt, ph«i kh«ng trùc tiÕp tiÕp

xóc víi nhiªn liÖu.

Lß buång thuéc lo¹i lß

ho¹t ®éng chu kú, cã thÓ dïng

nhiªn liÖu (than ®¸, khÝ ®èt, dÇu)

hoÆc ®iÖn trë. Trªn h×nh sau tr×nh

bµy s¬ ®å mét lß buång dïng

nhiªn liÖu r¾n.

Kim lo¹i chÊt vµo lß vµ lÊy

ra b»ng cöa c«ng t¸c 7. Nhiªn

liÖu r¾n ®Æt trªn ghi lß 2 sau khi

®èt nhiÖt l−îng nung nãng buång ®èt vµ vËt nung 8.

KhÝ ch¸y sÏ theo kªnh

khãi 9 vµ tho¸t qua cèng khãi 10

ra ngoµi. Sù ®iÒu chØnh nhiÖt ®é 5 6 7 4 b»ng c¸ch ®iÒu chØnh l−îng nhiªn liÖu vµ l−îng giã.

¦u ®iÓm cña lß buång: 8 3

nhiÖt ®é nung kh¸ ®ång ®Òu, kim

lo¹i kh«ng tiÕp xóc trùc tiÕp víi 1 9

ngän löa nªn ch¸y hao gi¶m, thao

t¸c vËn hµnh dÔ.

Nh−îc ®iÓm chñ yÕu lµ lß lµm viÖc theo chu kú, tæn thÊt 10 2

nhiÖt do tÝch nhiÖt cao. Lß buång H.2.4. Lß buång dïng nhiªn liÖu r¾n thÝch hîp víi c¸c ph©n x 1- cöa lÊy xÜ; 2- ghi lß; 3- cöa vµo than; 4- than; − ëng s¶n

5- t−êng ng¨n; 6- sµn lß; 7- cöa c«ng t¸c; 8- ph«i

l−îng t−¬ng ®èi lín. nung; 9- bé thu håi nhiÖt; 10- cèng khãi.

2.4.3. Lß nung liªn tôc

§ã lµ lo¹i lß mµ nhiÖt ®é trong kh«ng gian lµm viÖc cña nã t¨ng dÇn tõ cöa chÊt

ph«i ®Õn cöa lÊy ph«i ra. Lß nµy th−êng dïng khi nung thÐp hîp kim, nung thÐp c¸n. Nhiªn liÖu th−êng dïng lµ khÝ ®èt. Lß gåm hai buång chÝnh: Buång nung s¬ bé vµ buång nung ®Õn nhiÖt ®é cÇn thiÕt. KiÓm tra vµ ®iÒu chØnh nhiÖt ®é thùc hiÖn tõng buång. Ph«i di chuyÓn b»ng b¨ng truyÒn c¬ khÝ ph¼ng, nghiªng hoÆc lµ quay ®¸y lß. Ph«i ® o − îc chuyÓn vµo buång nung s¬ bé (300 ÷ 700c) sau ®ã chuyÓn qua buång nung

Tr−êng ®¹i häcB¸ch khoa 11 chÝnh (1250÷ o

1400 c) qua buång gi÷ nhiÖt vµ lÊy ra theo cöa lß. Trªn h×nh sau tr×nh

bµy s¬ ®å nguyªn lý cña mét lß nung liªn tôc ba vïng.

3 4 5 6

1 7 2

10 9

H.2.5. Lß buång liªn tôc

1-C¬ cÊu ®Èy ph«i, 2-Cöa n¹p ph«i, 3-Vïng ®ång nhiÖt, 4- Vïng nung

5-VËt nung, 6-Vïng nung,7- Má phun, 8-Cöa ra, 9-Thanh ®ì,10-èng khãi

Ph«i nung ®−îc cÊp vµo qua cöa (2), nhê c¬ cÊu ®Èy (1) dÞch chuyÓn dÇn ra phÝa cöa ra (8). C¸c má ®èt (7) ®èt ch¸y nhiªn liÖu t¹o thµnh khÝ lß chuyÓn ®éng ng−îc chiÒu chuyÓn ®éng cña ph«i nung. Trong vïng nung (6) ph«i ®−îc nung nãng chËm, vïng (4) ph«i ®−îc nung nãng nhanh, cßn vïng (3) lµ vïng ®ång nhiÖt.

¦u ®iÓm c¬ b¶n cña lß nung liªn tôc lµ n¨ng suÊt cao, ho¹t ®éng liªn tôc phï

hîp víi c¸c d©y chuyÒn s¶n xuÊt liªn tôc. Lß nung liªn tôc ®−îc sö dông chñ yÕu trong c¸c x−ëng s¶n l−îng lín, c¸c nhµ m¸y c¸n.

2.4.4. Lß dïng n¨ng l−îng ®iÖn

Th−êng dïng ®Ó nung vËt nhá, vËt quan träng b»ng kim lo¹i mµu. Lß ®iÖn cã −u ®iÓm lµ khèng chÕ nhiÖt ®é nung chÝnh x¸c (sai sè: ± o 5c), chÊt l−îng vËt nung cao, Ýt hao tèn kim lo¹i, thêi gian nung nhanh, nh−ng ®¾t tiÒn do thiÕt bÞ phøc t¹p vµ tèn n¨ng l−îng ®iÖn. V× thÕ nªn chØ dïng nh÷ng vËt nung yªu cÇu kü thuËt cao, nhÊt lµ c¸c kim lo¹i quý.

Lß ®iÖn trë:

2 3

1 4

H.2.6. Lß ®iÖn trë

6 1- §Çu nèi ®iÖn

7 3- nhiÖt kÕ

4- n¾p ®Ëy

5- ph«i nung 6- ghi lß

7- cöa lß

Tr−êng ®¹i häcB¸ch khoa 12

Lß c¶m øng: Dïng trong s¶n xuÊt hµng lo¹t lín. ChÊt l−îng vËt nung tèt nhÊt, dÓ c¬ khÝ ho¸ vµ tù ®éng ho¸. Cho dßng ®iÖn cao tÇn (®−îc t¹o nªn bëi m¸y ph¸t cao tÇn) th× trong vËt nung sÏ ph¸t sinh dßng ®iÖn c¶m øng vµ do hiÖu øng mÆt ngoµi nªn dßng ®iÖn c¶m øng chñ yÕu ph©n bè trªn mÆt ngoµi vµ lµm vËt nãng lªn. ChiÒu

dµy ®−îc nung nãng cña chi tiÕt ®−îc tÝnh: ∆ = 5030 (mm). f ρ

Trong ®ã: ∆- bÒ dµy chi tiÕt ®−îc nung;

ρ- ®iÖn trë riªng cña vËt nung («m.mm).

µ- hÖ sè tõ thÈm t−¬ng ®èi;

f- tÇn sè dßng ®iÖn (Hz).

Nung trùc tiÕp: Cho dßng ®iÖn c−êng ®é lín trùc tiÕp ch¹y qua vËt nung. Chñ yÕu dïng nung vËt ®Ó uèn lß xo.

2.5. Sù lµm nguéi sau khi gia c«ng biÕn d¹ng

Sau khi GCBD vËt nguéi dÇn cã sù thay ®æi thÓ tÝch, thay ®æi thµnh phÇn cÊu tróc, thay ®æi ®é h¹t v.v...MÆt kh¸c líp kim lo¹i ë ngoµi nguéi nhanh bªn trong nªn gi¶m thÓ tÝch nhanh h¬n, do ®ã líp ngoµi bÞ kÐo vµ líp trong bÞ nÐn, g©y nªn øng suÊt lín dÈn ®Õn nøt nÎ bªn trong hoÆc trªn bÒ mÆt vËt gia c«ng, còng cã thÓ g©y nªn biÕn d¹ng lµm cho kÝch th−íc vµ h×nh d¸ng cña vËt thay ®æi. Cã 3 ph−¬ng ph¸p lµm nguéi:

2.5.1. Lµm nguéi tù nhiªn:

Khi lµm nguéi ngoµi kh«ng khÝ tÜnh, chæ ®Æt vËt ph¶i kh« r¸o, kh«ng cã giã thæi. Tèc ®é nguéi t−¬ng ®èi nhanh nªn th−êng dïng ®èi víi thÐp c bon vµ hîp kim thÊp cã h×nh d¸ng ®¬n gi¶n.

2.5.2. Lµm nguéi trong hßm chøa v«i, c¸t, xÜ, than vônv.vv...:

Tèc ®é lµm nguéi kh«ng cao, nhiÖt ®é vËt tr−íc khi ®−a vµo hßm kho¶ng 500 o ÷ 750c. Dïng ®Ó nung c¸c lo¹i thÐp c¸cbon vµ hîp kim thÊp cã h×nh d¸ng phøc t¹p.

2.5.3. Lµm nguéi trong lß:

NhiÖt ®é lß ®−îc khèng chÕ theo tõng giai ®o¹n. VÝ dô: o o Tõ 900 ®Õn 800 c cho nguéi nhanh (25c/giê) ®Ó tr¸nh ph¸t triÓn h¹t, sau ®ã cho nguéi chËm h¬n (15o o c/giê) ®Õn nhiÖt ®é 100c cho nguéi ngoµi kh«ng khÝ. Chñ yÕu dïng thÐp c«ng cô, thÐp hîp kim cao vµ thÐp ®Æc biÖt cã h×nh d¸ng phøc t¹p.

NhiÖt ®é cña vËt tr o − íc khi bá vµo lß ®Ó lµm nguéi tèi thiÖu lµ 500 ÷ 700c.

Tr−êng ®¹i häcB¸ch khoa 13