Bài báo này đề cập kết quả nghiên cứu sự thay đổi tổ chức tính chất khi thấm lại nitơ khuôn đã qua sử dụng nhiều lần. Xác định công nghệ thấm nitơ hợp lý, thời điểm cần thấm lại, số lần thấm lại tối đa,… để tuổi thọ làm việc của khuôn tốt nhất.

Nitriding for new and used extrusion dies

Lê Thị Chiều, Nguyễn Văn Tư
ĐHBK Hà Nội
Nguyễn Anh Sơn

Tóm tắt

   Để tăng thời gian phục vụ, sau một thời gian vận hành, khuôn thường được thấm lại nitơ. Bài báo này đề cập kết quả nghiên cứu sự thay đổi tổ chức tính chất khi thấm lại nitơ khuôn đã qua sử dụng nhiều lần. Xác định công nghệ thấm nitơ hợp lý, thời điểm cần thấm lại, số lần thấm lại tối đa,… để tuổi thọ làm việc của khuôn tốt nhất.

Abstract

   To improve performance of extrusion die, after number of exploitation periods, the dies must be renitrided. This paper presents the change of micro structure and properties of die after a lot of nitriding. The problem is how many times can be applied renitriding for a die to prevent deterioration during service? This study is to try to find out solution of this problem

 1. Đặt vấn đề

   Khuôn đùn ép nhôm hình là chi tiết làm việc ở nhiệt độ khá cao (450-500°C), thời gian kéo dài, chịu tải trọng lớn, thay đổi và chịu mài mòn. Thép làm khuôn đùn ép SKD61 (theo tiêu chuẩn JIS G4404 (1983)-Nhật bản có thành phần: (0,32÷0,42)%C; (0,8÷1,2)%Si; ≥0,5%Mn; (4,5÷5,5)%Cr, (1÷1,5)%Mo; (0,8÷1,2)%V) là loại thép hợp kim có hàm lượng cacbon trung bình. Sau khi nhiệt luyện hoá tốt thép sẽ có độ dai cao, chịu lực tốt kể cả va đập nhưng chịu mài mòn không cao. Để cải thiện khả năng chịu mài mòn nhất là ở nhiệt độ cao người ta thường phải tiến hành thấm nitơ. Theo [1] thấm nitơ không những làm tăng độ cứng và tính chịu mài mòn bề mặt mà còn nâng cao tính cứng nóng và bù lại lượng kim loại mất đi do mài mòn. Khuôn làm việc tốt nhất khi lõi có độ cứng (48÷53) HRC, bề mặt (62÷65) HRC.

2. Thực nghiệm

   Các mẫu mới và mẫu cắt ra từ khuôn hỏng do nhà máy nhôm thuộc Công ty Cơ khí Đông Anh cung cấp theo hợp đồng nghiên cứu. Độ cứng tế vi và phân tích tổ chức thực hiện trên máy DURAMIN và kính hiển vi quang học AXIOVERT100 trên kính hiển vi điện tử quét.

   Thấm nitơ quy mô thí nghiệm thực hiện trong lò thấm ở trường ĐHBK Hà Nội, quy mô công nghiệp tại Công ty Cơ khí Đông Anh. Chất thấm nitơ là NH3 do Công ty đạm Hà Bắc chế tạo. Mẫu thấm được đánh bóng và tẩy sạch trong cùng một điều kiện.

3. Kết quả và thảo luận

3.1. Công nghệ thấm nitơ cho khuôn mới

   Đã tiến hành nhiều mẻ thấm ở các nhiệt độ và thời gian thấm khác nhau, đồng thời thay đổi lưu lượng khí thấm, môi trường thấm để có tỷ lệ phân huỷ NH3 khác nhau. Để tránh bị ôxy hoá, chi tiết thấm được đưa vào lò ở nhiệt độ dưới 350°C. Chất chi tiết vào lò nguội thì tốt nhưng chu kỳ sản xuất kéo dài và không tận dụng được nhiệt khi thấm nhiều mẻ liên tiếp. Sau khi đóng chặt nắp lò, sục NH3 vào lò để đuổi hết không khí ra ngoài. Nâng dần nhiệt độ lò lên nhiệt độ thấm và đưa NH3 để bảo vệ (lưu lượng NH3 bảo vệ cho 1 m3 dung tích lò khoảng 20÷30 dm3/m3.phút).

   Hai dạng công nghệ tốt nhất được xem xét trình bày trên hình 1 và 2.

   Chế độ thấm nitơ 1 cấp (hình 1)

Hình 1. Sơ đồ công nghệ thấm nitơ 1 cấp

Hình 1. Sơ đồ công nghệ thấm nitơ 1 cấp

   Công nghệ thấm một cấp là: nhiệt độ thấm 530°C, thời gian 7 giờ, độ phân huỷ NH3: (55÷60)% (Độ phân huỷ được đo qua hệ thống đặt ngoài lò, đo bằng tỷ số thể tích của NH3 tan trong nước, H2 và N2 là các sản phẩm phân huỷ của nó). Sau khi đủ thời gian thấm làm nguội đến (200÷250)°C giữ ở đó 2 giờ, đuổi hết khí ra, mở lò đưa chi tiết ra nguội ngoài không khí. Nếu làm nguội chậm cùng lò thì không cần giữ ở (200÷250)°C. Giữ nhiệt ở (200÷250)°C có tác dụng tạo nhiều mầm nitơrit phân tán do đó hạn chế các hạt nitơrit thô to.

Hình 2. Sơ đồ công nghệ thấm nitơ 2 cấp

Hình 2. Sơ đồ công nghệ thấm nitơ 2 cấp

   Chế độ thấm 2 cấp được sơ đồ hoá trên hình 2 bao gồm: nhiệt độ 530°C, thời gian 7 giờ. Nửa chu kỳ đầu: độ phân huỷ NH3: (50-55)%; nửa chu kỳ sau: độ phân huỷ (70-75)%. Sự phân bố độ cứng trên bề mặt và theo chiều sâu lớp thấm nêu trong bảng 1.

Bảng 1. Sự phân bố độ cứng trên bề mặt và theo chiều

Bảng 1. Sự phân bố độ cứng trên bề mặt  và theo chiều

   Nhận thấy độ cứng bề mặt khá đều, độ cứng giảm dần từ ngoài vào trong, lõi đạt yêu cầu cho khuôn làm việc lâu dài, chiều dày lớp thấm hợp lý. Tổ chức lớp thấm xem trên hình 3.

Bình luận

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>