KTL
BDD
BDD
A
3
A
3
A
1
A
1
M
ñ
M
ñ
t°c
t°c
τ
(s)
τ
(s)
a)
b)
III-CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÍ KHÁC.
1-/ CƠ NHIỆT LUYỆN THÉP:
a/ Bản chất:
Cơ nhiệt luyện là quá trình tiến hành hai cơ chế hóa bền cùng một lúc: biến
dạng dẻo Austenit rồi tôi ngay tiếp theo trong một quá trình công nghệ duy nhất. Kết quả
là được Mactenxit nhỏ mịn với độ xô lệch mạng cao, nhờ đó đạt được sự kết hợp rất cao
giữa độ bền, độ dẻo và độ dai mà chưa có phương pháp hóa bền nào sánh kịp. Sau cơ
nhiệt luyện, thép được ram thấp ở 100-200

o
C.
So với nhiệt luyện tôi + ram thấp, cơ nhiệt luyện cho độ bền cao hơn 200-500
N/mm
2
(khoảng 10-20%) còn độ dẻo,dai -50-100%(tức gấp rưỡi - đôi).
Theo nhiệt độ tiến hành biến dạng dẻo và tôi chia ra loại nhiệt độ cao và thấp.
b/ Cơ nhiệt luyện nhiệt độ cao (hình 36a):
Biến dạng dẻo thép ở
nhiệt độ cao hơn AC3 rồi tôi ngay
tiếp theo để cho sự kết tinh lại
Austenit không kịp xảy ra tuy không
tránh được hoàn toàn.
* Đặc điểm:
- Có thể áp dụng cho mọi
thép kể cả thép Cacbon.
- Dễ tiến hành vì ở nhiệt độ cao
Austenit dẻo và ổn định, không cân
lực ép lớn vì chỉ cần độ biến dạng ε »
20-30%.
Hình 36:
Quá trình cơ nhiệt luyện.
- Độ bền khá cao(tuy không tránh khỏi kết tinh lại bộ phận), độ dẻo, độ dai cao
σ
b
=2200-2400N/mm
2
, δ=6-8%, a
k
=300KJ/m

2
.
c/ Cơ nhiệt luyện nhiệt độ thấp:(hình 36b).
Sau khi Austenit hóa ở trên AC3, làm nguội thép xuống 400-600
o
C là vùng
Austenit quá nguội có tính ổn định tương đối cao và thấp hơn nhiệt độ kết tinh lại, rồi
biến dạng dẻo và tôi ngay.
64
- Chỉ áp dụng được cho thép hợp kim là loại có tính ổn định của Austenit quá
nguội rất cao.
- Khó tiến hành hơn vì đòi hỏi độ biến dạng lớn(ε=50-90%) mà ở nhiệt độ
thấp(400-600
o
C) Austenit kém dẻo do vây phải cần máy cán lớn, yêu cầu cần phôi thép
phải có tiết diện nhỏ để kịp nguội nhanh đến 400-600
o
C.
- Đạt được độ bền rất cao do không thể xảy ra kết tinh lại bộ phận, song độ dẻo,
độ dai thấp hơn: σ
b
=2600-2800N/mm
2
: δ=3%; a
k
=200KJ/m
2
.
Đáng chú ý là cơ tính cao của cơ nhiệt luyện vẫn còn giữ lại (di truyền) được khi
tôi tiếp theo.

2-/ HÓA BỀN BỀ MẶT THÉP.
Trong nhiệt luyện thép, hóa bền bề mặt chiếm vị trí quan trọng, đặc biệt là trong
chế tạo ôtô - máy kéo. Trong chương này sẽ trình bày các phương pháp tôi bề mặt và
hóa nhiệt luyện thép. Cần nắm vững các điểm sau đây:
- Bản chất, tác dụng, nguyên lý, ưu nhược điểm, ứng dụng của tôi cảm ứng và
ngọn lửa.
- Bản chất, cách tiến hành, ứng dụng của thấm cacbon, nitơ, cacbon-nitơ.
- So sánh giữa các phương pháp hóa bền đó.
Bề mặt chi tiết máy là bộ phận có yêu cầu cao nhất: chịu ứng suất tác dụng lớn
nhất, chịu mài mòn khi ma sát, tiếp xúc với môi trường và có thể bị ăn mòn khi làm
việc. Rất nhiều chi tiết chỉ yêu cầu bề mặt có độ cứng, độ bền cao trong khi đó lõi vẫn
mềm, dẻo, dai.
Muốn vậy phải dùng các cách biến đổi tổ chức của lớp bề mặt theo phương hướng
hóa bền (làm cứng lên). Trong chế tạo cơ khí người ta cũng dùng các phương pháp cơ
học: phun bi, lăn ép, đập làm biến dẻo, biến cứng, nâng caco độ cứng bề mặt thép, song
có hiệu quả không cao, năng suất thấp. Các phương pháp tôi bề mặt và hóa nhiệt luyện
có nhiều ưu điểm hơn.
a-/ TÔI BỀ MẶT:
Tôi bề mặt là phương pháp hóa bền có hiệu quả với năng suất cao, hiện được áp
dụng phổ biến trong chế tạo cơ khí.
* Nguyên lý chung:
Có nhiều phương pháp tôi bề mặt song đều dựa trên nguyên lý chung là nung
nóng thật nhanh bề mặt đến nhiệt độ tôi, trong khi đó lõi vẫn nguội nên khi làm nguội
65
f
a
*
µ
ρ
δ

=
Bề mặt
Lõi
t°c
1 2
3
A
C1
A
C3
t
Bề mặt
a
)
b
)
Vòng phun
nước
Nước làm nguội
Vòng cảm ứng
Nước tuần hoàn
nhanh tiếp theo chỉ làm cho bề mặt bị tơi và trở nên cứng, còn lõi khơng có chuyển biến
gì, vẫn mềm.
Sự phân bố nhiệt độ theo tiết diện khi nung để tơi bề mặt, được trình bày như ở
hình 33, trong đó I là lớp tơi hồn tồn vì khi nung nóng có t
0
> Ac3, II - lớp tơi khơng
hồn tồn vì Ac1 < t
0
< Ac3, III - phần khơng được tơi chiếm phần lớn tiết diện.

Hai phương pháp tơi bề mặt phổ biến nhất là tơi cảm ứng và ngọn lửa.
* Tơi cảm ứng (tơi cao tần):
Tơi cảm ứng là phương pháp
tơi bề mặt có chỉ tiêu kinh tế - kỹ
thuật cao nhất, được áp dụng rộng rãi
trong kỹ thuật, đặc biệt là sản xuất
hàng loạt.
- Ngun lý nung nóng bề mặt:
Lợi dụng hiện tượng cảm ứng
điện từ.
Khi vật dẫn có dòn điện xoay
chiều chạy qua sẽ tạo ra quanh nó một
từ trường biến thiên, nếu đặt trong
một chi tiết kim loại thì do sự biến
thiên của từ trường sẽ sinh ra sức điện
động cảm ứng, trên bề mặt kim loại sẽ Hình 37: Phân bố nhiệt độ khi nung nhanh.
xuất hiện dòng điện cảm ứng cùng tần số,
chính nó sẽ nung nóng nhanh
bề mặt đến nhiệt độ tơi.
Thường dùng dòng điện có
tần số cao tới hàng nghìn -
hàng chục vạn hec, mà chiều
sâu d của lớp bề mặt có dòng
điện chạy qua tỷ lệ nghịch với
tần số f của nó theo cơng
thức:
Trong
đó: a- Hệ số tỷ lệ.
r- Điện trở.
µ- Hệ số từ thẩm.

Hình 38: Vòng cảm ứng tơi mặt trụ ngồi.
66
a)
b)
- Vòng cảm ứng và các phương pháp nung nóng, làm nguội:
Bộ phận dẫn điện để gây ra dòng điện cảm ứng nung nóng bề mặt chi tiết được
gọi là vòng cảm ứng, nó thường có dạng phù hợp với bề mặt chi tiết cần nung để sao cho
bao, ôm nhưng không tiếp xúc với bề mặt đó (khe hở 1,5 - 5 mm). Vòng cảm ứng được
làm bằng các ống đồng ở trong có nước chảy để làm nguội. Có các dạng tôi bề mặt sau:
+ Tôi bề mặt ngoài: Vòng cảm ứng được uốn theo chu vi của chi tiết, chi tiết đặt ở
trong vòng cảm ứng, khi đạt đến nhiệt độ tôi, ta nhắc nó ra nhúng vào môi trường tôi
(hình 38a)
Trong trường hợp bề mặt cần tôi quá lớn, không thể nung bề mặt cần tôi trong
cùng một lúc (vì công suất thiết bị là có hạn), người ta có thể dùng cách nung nóng làm
nguội - liên tục - liên tiếp. Ví dụ khi tôi mặt trục dài, nó được chuyển động từ cao xuống
thấp, trước tiên qua vòng cảm ứng được nung nóng rồi qua vòng phun nước làm nguội
và được tôi (hình 38b).
+ Tôi bề mặt trong: Khi tôi bề
mặt trong của chi tiết chịu ma sát (ví
dụ ống lót) vòng cảm ứng phải có cấu
tạo sao cho có thể đặt được ở bên trong
(hình 39a).
+ Tôi bề mặt phẳng: Có thể tôi
mặt phẳng, vòng cảm ứng có dạng
"dích dắc" theo mặt phẳng (hình 39b).
- Chọn tần số và thiết bị:
Tần số của dòng điện quyết định
chiều dày lớp nung nóng, do đó quyết
định chiều sâu của lớp tôi cứng. Hình 39: Vòng cảm ứng tôi BM trụ trong
và mặt phẳng.

Các chi tiết lớn cần lớp tôi dày (4 - 5mm) do vậy phải dùng các thiết bị phát dòng
điện có tần số không cao lắm: 2500 và 8000 hec nhưng có công suất lớn thường là
100Kw trở lên.
Các chi tiết bé cần lớp tôi mỏng (1 - 2mm) do vậy phải dùng các thiết bị phát
dòng điện có tần số rất cao cỡ hàng vạn hec: 66000 hay 200000 hec với công suất chỉ
khoảng hàng chục Kw. Ở nước ta dã dùng phổ biến loại này.
- Tổ chức và tính chất của lớp thép tôi cảm ứng:
Để bảo đảm đồng thời yêu cầu sau khi tôi có bề mặt cứng song lõi vẫn đủ mềm,
dẻo, thép đem tôi cảm ứng thường có lượng cacbon trung bình 0,40 - 0,60% và là loại
67
thép cacbon hay hợp kim thấp với độ thấm tôi không cao, vì ở đây chỉ tiêu này không có
tác dụng gì với tôi cảm ứng do chiều sâu lớp tôi mỏng.
+ Tổ chức: Nung cảm ứng với tốc độ rất nhanh (trong vùng chuyển biến pha), tới
hàng chục - hàng trăm độ/s (trong lò cao nhất là chỉ 1,5 - 3,0
0
C/s), nên có các đặc điểm
sau:
• Nhiệt độ chuyển biến pha A
C1
, A
C3
nâng cao lên, do vậy nhiệt độ tôi phải lấy cao hơn
so với cách nung thông thường là 100-200
o
C.
• Độ quá nhiệt cao nên tốc độ chuyển biến pha khi nung rất nhanh, thời gian chuyển
biến ngắn, hạt Austenit rất nhỏ mịn nên khi tôi được kim Mactenxit rất nhỏ.
Để bảo đảm hạt nhỏ khi tôi cảm ứng, trước đó thép phải được nhiệt luyện tôi +
ram cao thành Xoocbit ram. Tổ chức này vừa bảo đảm độ dai cao của lõi vừa bảo đảm
bề mặt đạt hạt nhỏ khi nung cảm ứng. Vậy tổ chức sau khi tôi cảm ứng là: bề mặt

Mactenxit hình kim nhỏ mịn, lõi -Xoocbit ram.
+ Cơ tính: Với thành phần Cacbon và tổ chức như vậy, sau khi tôi cảm ứng thép
có cơ tính là: bề mặt cứng 56-62HRC, lõi dẻo dai (10-25HRC), bảo đảm vừa chịu được
mài mòn, ma sát vừa chịu được tải trọng cao và va đập, rất thích hợp với bánh răng, trục
truyền, chốt, trục khuỷu
Đáng chú ý là lớp bề mặt sau khi tôi cảm ứng sẽ chịu ứng suất nén dư, có thể đạt
đến 800N/mm
2
do đó nâng cao giới hạn mỏi.
- Ưu việt của tôi cảm ứng:
So với tôi ở trong lò, tôi cảm ứng có nhiều ưu việt.
1./ Năng suất cao do thời gian nung ngắn vì chỉ nung lớp mỏng ở bề mặt và nhiệt
tạo trong lớp kim loại.
2./ Chất lượng tốt, cũng do thời gian nung ngắn mà hạn chế, thậm chí tránh được
các khuyết tật như Oxy hóa, thoát Cacbon, hơn nữa do điều chỉnh được nhiệt nung nên
bảo đảm chất lượng đồng đều. Độ cứng tăng hơn so với tôi thường khoảng 1-2HRC.
3./ Dễ tự động hóa, cơ khí hóa, giảm nhẹ điều kiện làm việc của công nhân, để đặt
trong dây chuyền sản xuất cơ khí.
Do vậy tôi cảm ứng được áp dụng rộng rãi trong sản xuất hàng loạt lớn cho các
chi tiết mà bề mặt không quá phức tạp.
Nhược điểm của tôi cảm ứng là khó áp dụng cho các chi tiết có hình dạng phức
tạp, tiết diện thay đổi đột ngột do khó chế tạo vòng cảm ứng thích hợp. Khi sản xuất đơn
chiếc hoặc loạt nhỏ, tính kinh tế thấp.
68
* Tôi ngọn lửa:
Dùng ngọn lửa
Axêtilen-Ôxy có nhiệt độ
cao (≈3000
o
C) để nung

nóng nhanh bề mặt, trong
khi đó lõi vẫn nguội, sau
đó làm nguội chi tiết
bằng vòi phun, hương
sen hoặc nhấc ra nhúng
vào môi trường tôi.
Hình 40: Một vài dạng tôi bề mặt bằng ngọn lửa.
Một vài dạng tôi được trình bày ở hình 40.
So với tôi cảm ứng, tôi ngọn lửa có những đặc điểm sau đây:
- Thiết bị đơn giản, hầu như có thể thực hiện được ở bất kỳ những xưởng cơ khí
nào.
- Chất lượng khó bảo đảm tốt do nhiệt độ ngọn lửa quá cao, bề mặt dễ bị qúa nhiệt
(hạt lớn) thậm chí dễ bị cháy.
- Năng suất thấp.
Thường chỉ áp dụng cho chi tiết lớn (lớp tôi dày 5-10mm) mà tôi cảm ứng không
được.
b./ HÓA NHIỆT LUYỆN:
Hóa nhiệt luyện là phương pháp hóa bền bề mặt có hiệu quả hơn tôi cảm ứng song
có năng suất thấp hơn, được dùng rộng rãi trong sản xuất.
* Nguyên lý chung:
- Định nghĩa và mục đích:
Khác với nhiệt luyện làm biến đổi tổ chức và tính chất, không làm thay đổi thành
phần hóa học, hóa nhiệt luyện là phương pháp nhiệt làm bão hòa (khuếch tán) vào bề
mặt của thép một hay nhiều nguyên tố để làm thay đổi thành phần hóa học do đó làm
biến đổi tổ chức và tính chất của lớp bề mặt theo mục đích đã định.
Khi hóa nhiệt luyện thường nhằm một trong hai mục đích sau:
+ Nâng cao độ cứng, tính chống mài mòn và độ bền mỏi của chi tiết với hiệu quả
cao hơn so với tôi bề mặt như thấm Cacbon, Nitơ, Cacbon-nitơ, Bo…
69
RT

Q
eAD
−
=
*
+ Nâng cao tính chống ăn mòn điện hóa và hóa học (chống ôxy hóa ở nhiệt độ
cao) như thấm Crôm, Nhôm, Silic.
- Các giai đoạn của hóa nhiệt luyện:
Khi tiến hành người ta đặt chi tiết thép vào môi trường (rắn, lỏng, hoặc khí) có
khả năng phân hóa ra nguyên tử hoạt của nguyên tố cần thấm rồi nung nóng đến nhiệt độ
thích hợp. Có ba giai đoạn nối tiếp nhau xảy ra.
1./ Phân hóa: là quá trình phân tích phân tử, tạo nên nguyên tử hoạt của nguyên
khuếch tán.
2./ Hấp thụ: tiếp theo, nguyên tử hoạt được hấp thụ vào bề mặt thép với nồng độ
cao, tạo ra độ chêch lệch nồng độ giữa bề mặt và lõi.
3./ Khuếch tán: tiếp theo, nguyên tử hoạt ở lớp hấp thụ sẽ đi sâu vào bên trong
theo cơ chế khuếch tán, tạo nên lớp thấm vào chiều sâu nhất định.
Trong ba quá trình (giai đoạn) đó, thì khuếch tán là quan trọng hơn cả, nó quyết
định sự hình thành lớp thấm.
- Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian:
Nhiệt độ và thời gian ảnh hưởng lớn đến khuếch tán và chiều dày lớp thấm.
+ Nhiệt độ:
Nhiệt độ càng cao, chuyển động nhiệt của nguyên tử càng mạnh, tốc độ khuếch
tán càng lớn, lớp thấm càng chóng đạt chiều sâu qui định.
Đáng chú ý là hệ số khuếch tán D phụ thuộc vào nhiệt độ theo hàm số mũ:
Đồ thị của nó biễu diễn ở hình 41 a (A-Hệ số phụ thuộc kiểu mạng
tinh thể. Q-Năng lượng hoạt, là năng lượng cần thiết để bứt nguyên tử ra khỏi vị trí cân
bằng của nó trong mạng).
Do vậy tăng nhiệt độ là yếu tố quan
trọng nhất để tăng chiều sâu lớp thấm. Ví

dụ, hệ số khuếch tán D của cacbon trong
Fe tăng lên hơn 7 lần khi nhiệt độ tăng từ
925 đến 1100
0
C. Nên trong hóa - nhiệt
luyện thường có khuynh hướng nâng cao
nhiệt độ, song nhiều trường hợp bị hạn chế
vì gây ra hạt to, làm xấu cơ tính.
+ Thời gian: Hình 41:
70
τδ
K=
Ở nhiệt độ cố định, kéo dài thời gian cũng giúp nâng cao chiều sâu lớp thấm song
hiệu quả không mạnh như tăng nhiệt độ vì chiều sâu lớp thấm d phụ thuộc vào thời gian
t theo quan hệ:
(hình 41b), (K - hệ số).
Vậy khác với nhiệt độ, càng kéo dài thời gian mức độ tăng chiều sâu lớp thấm
càng châm. Do vậy kéo dài thời gian là biện pháp kém hiệu quả.
Sau đây chỉ trình bày các phương pháp hóa - nhiệt luyện thông dụng nhất.
* Thấm cacbon:
Thấm cacbon là phương pháp hóa - nhiệt luyện phổ biến nhất, dễ thực hiện nhất,
rất thường gặp ở nước ta và các nước công nghiệp.
- Định nghĩa và mục đích - Yêu cầu đối với lớp thấm:
+ Định nghĩa và mục đích:
Thấm cacbon là phương pháp hóa - nhiệt luyện bao gồm làm bão hòa (thấm,
khuếch tán) cacbon vào bề mặt của thép cacbon thấp (0,1 - 0,25%) để tiếp theo tôi và
ram thấp làm bề mặt có độ cứng cao (do lượng cacbon cao) còn lõi vẫn dẻo dai (do
lượng cacbon thấp như cũ).
(Nên chú ý khi nói thấm cacbon là đã hàm ý có tôi ở trong đó rồi).
Mục đích chủ yếu của thấm cacbon là làm cho bề mặt của thép cứng tới trên

60HRC, có tính chống mài mòn cao, chịu mỏi tốt, còn lõi vẫn dẻo dai. Do vậy chi tiết
đem thấm cacbon là loại chịu tải trọng va đập mà bề mặt chịu mài mòn, cần nhớ là chỉ
đạt được mục tiêu trên sau khi tôi + ram.
+ Yêu cầu đối với lớp thấm và lõi:
Để đạt được mục đích trên, quá trình thấm cacbon phải đạt được các yêu cầu sau:
Đối với bề mặt:
Có lượng cacbon trong khoảng 0,8 - 1,0% (nhỏ hơn, không đủ cứng và
chống mài mòn, nhiều hơn, có thể gây giòn, tróc do có Xêmentit II), bảo đảm độ cứng
và tính chống mài mòn cao, độ bền tốt.
Sau khi tôi và ram thấp có tổ chức Mactenxit ram và cacbit nhỏ mịn phân
tán (không cho phép cacbit tích tụ lớn, ở dạng lưới), với độ cứng cao trong khoảng hơn
60HRC (60 - 62HRC).
71
Đối với lõi: có tổ chức hạt nhỏ (cấp 5 - 8) với tổ chức Mactenxit hình kim nhỏ
mịn, không có ferit tự do để bảo đảm độ bền và dẻo dai cao, độ cứng 30 - 40HRC.
- Nhiệt độ và thời gian:
+ Nhiệt độ:
Nguyên tắc chọn nhiệt độ thấm cacbon là phải sao cho thép ở trạng thái hoàn toàn
là Austenit, vì như đã thấy từ giản đồ trạng thái Fe - C, tổ chức này có khả năng hòa tan
cacbon nhiều hơn cả (tới 2,14%, trong khi đó ferit hầu như không có khả năng này).
Vậy nhiệt độ thấm cacbon là cao hơn Ac3 của thép tức là khoảng 900 - 950
0
C
(Ac3 của thép 0,1%C khoảng 880
0
C).
Như đã nói ở trên thấm ở nhiệt độ càng cao càng chóng đạt chiều sâu lớp thấm qui
định, do đó có khuynh hướng chọn nhiệt đô càng cao hơn 900
0
C càng tốt, song cũng

không thể chọn quá cao vì sẽ làm hạt Austenit lớn, làm thép giòn. Vì vậy, có thể tiến
hành ở nhiệt độ cao này hay không là phụ thuộc vào bản chất của thép.
Đối với bản chất hạt nhỏ (thép hợp kim chứa Ti), có thể thấm ở nhiệt độ cao tới
930 - 950
0
C mà vẫn giữ được hạt nhỏ (song không nên thấm quá 950
0
C trong thời gian
dài vì vẫn làm hạt lớn), điều này rất có lợi vì rút ngắn được thời gian và qui trình nhiệt
luyện tiếp theo.
Đối với thép bản chất hạt lớn (thép cacbon, thép hợp kim thường) không nên thấm
quá 930
0
C, tức chỉ nên ở 900 -920
0
C.
+ Thời gian:
Thời gian thấm (giữ nhiệt ở nhiệt độ thấm) phụ thuộc chủ yếu vào 3 yếu tố sau:
• Chiều dày lớp thấm cacbon, do yêu cầu kỹ thuật qui định theo các mức 0,5-0,8; 0,9-
1,2; 1,5-1,8mm và cao hơn, làm sao cho chiều dày lớp thấm chiếm 0,10-0,15 đường
kính hay chiều dày của tiết diện. Ví dụ đối với bánh răng chiều dày lớp thấm tính
theo môđun răng như sau: m=1,5, d=0,4mm; m=3,0 , d=0,8mm (d/m=0,2-0,3). d
càng lớn thời gian càng dài.
• Nhiệt độ thấm càng cao thời gian càng ngắn. Như đã nói nhiệt độ thấm cao nhất lại
phụ thuộc vào loại thép.
• Môi trường thấm: tốc đọ thấm trong lỏng > khí > rắn.
Nói chung thời gian thấm được tính như sau:
Khi thấm thể rắn ở 900
0
C với lớp thấm trên dưới 1mm, theo mức cứ 0,1mm chiều

sâu cần 1 giờ nung nóng và giữ nhiệt hay 0,15mm/1h giữ nhiệt.
72
Khi thấm thể khí ở 900
0
C với lớp thấm trên dưới 1mm, theo mức 0,20mm/1h giữ
nhiệt.
- Chất thấm và quá trình xảy ra:
+ Chất thấm thể rắn: Là loại chất thấm cổ xưa nhất, hiện còn dùng nhiều ở nước
ta.
Chất thấm này chủ yếu là than gỗ (hay mùn cưa) -80 - 95% và lượng nhỏ các
muối cacbônat (Na
2
CO
3
, BaCO
3
) hoặc muối khác có tác dụng xúc tác, làm nhanh quá
trình thấm. Sau khi trộn đều, cho vào hộp cùng với chi tiết, đậy kín rồi đem nung lên đến
nhiệt độ thấm sẽ có quá trình sau:
Than gỗ (mùn cưa) cháy trong điều kiện thiếu oxy sẽ tạo nên ôxyt cacbon:
2C + O
2
> 2CO
Khí CO khi gặp bề mặt thép lại bị phân tích
2CO > CO
2
+ C
nguyên

tử

Cacbon nguyên tử vừa mới tạo thành bị hấp thụ và khuếch tán vào thép ở dạng
dung dịch rắn Austenit với nông độ cacbon cao dần:
C
nguyên

tử
+ Fe > Fe (C)
0,1 >0,8
÷
1,2%C
Các muối bị phân hóa và xúc tác như sau:
BaCO
3
> BaO + CO
2
CO
2
+ C
than
> 2CO
bề mặt thép
2CO > CO
2
+ C
ng. tử
Đặc điểm của thấm Cacbon thể rắn là:
♦ Thời gian dài (do tốn công và nhiệt nung nóng cả hộp than), điều kiện lao động xấu
(bụi than), khó cơ khí hóa.
♦ Nồng độ Cacbon ở bề mặt thường đạt tới 1,2-1,3%C (ứng với giới hạn bão hòa,
đường SE ở 900

o
C), có lưới Cacbit (Xêmentit II) làm xấu chất lượng.
♦ Song đơng giản dễ tiến hành, nên ở ta được áp dụng nhiều.
+Chất thấm thể khí:
73
Như đã thấy ở trên, tuy thấm Cacbon thể rắn song vẫn phải thông qua pha khí. Có
thể dùng trực tiếp các khí thấm như CO hoặc CH
4
để thấm.
Trong thực tế người ta chế tạo khí thấm Cacbon từ khí đốt thiên nhiên mà thành
phần chủ yếu của nó là CH
4
(mêtan), có tác dụng thấm rất mạnh. Muốn thấm được tỷ lệ
của nó trong hỗn hợp chỉ cần 3-5% (trong khi đó CO phải hơn 95%), theo phản ứng:
CH
4
> 2H
2
+ C
ng. tử
Người ta phải pha loãng và pha chế khí thiên nhiên sao cho nó có nồng độ thích
hợp để chỉ tạo nên lớp thấm có 0,8-1,0% theo yêu cầu. Đó là ưu điểm nổi bật của thấm
Cacbon ở thể khí.
Ở các nước công nghiệp thấm Cacbon thể khí ở trong các lò băng tải có phân các
vùng nhiệt độ và khí thấm theo yêu cầu, sau khi đi hết 1 vòng, chi tiết lần lượt được
nung nóng, thấm Cacbon, tôi, ram, làm sạch.
Khi không có lò băng tải và khí thiên nhiên có thể dùng lò chu kỳ với nhỏ giọt
dầu hỏa. Ở nhiệt độ cao dầu hỏa bị nhiệt phân và tạo nên các hyđrô cacbon, chúng cũng
có tác dụng thấm tuy yếu hơn mêtan. Với cách nhỏ giọt dầu hỏa thích hợp (mạnh trong
thời gian dầu, giảm đi sau đó) vừa tăng được năng suất thấm vừa bảo đảm bề mặt thấm

không bị quá bão hòa Cacbon.
Vậy thấm ở thể khí có 3 ưu điểm sau:
 Năng suất cao, thời gian thấm tương đối ngắn.
 Chất lượng tốt, bảo đảm nồng độ C qui định trong lớp thấm.
 Dễ cơ khí hóa, điều kiện lao động tốt.
+Chất thấm thể lỏng: Ít dùng do năng suất thấp, chỉ áp dụng được cho chi tiết
bé, điều kiện lao động xấu.
- Nhiệt luyện sau khi thấm:
Sau khi mẫu thử đạt đến chiều sâu lớp thấm qui định (tính đến lớp có 0,4%C-
50%F + 50%P), mẻ thấm được đem tôi để đạt độ cứng bề mặt cao và làm cho hạt nhỏ,
lõi có độ bền cao. Có nhiều phương án tôi khác nhau.
Tôi trực tiếp (hình 42a)
Áp dụng cho thép có bản chất hạt nhỏ. Sau khi thấm xong đem tôi ngay mà không
nung nóng lại. Song lúc đó nhiệt độ quá cao ( 900
o
C), người ta để chi tiết nguội xuống
còn 850-860
o
C rồi mới tôi để tránh ứng suất nhiệt. Cách tôi này bảo đảm độ biến dạng
rất nhỏ.
74
Hình 42: Các phương pháp nhiệt luyện sau khi thấm Cacbon.
Tôi hai lần (hình 42b):
Áp dụng cho thép Cacbon và hợp kim thường, có yêu cầu cao về cơ tính. Do giữ
nhiệt lâu ở nhiệt độ cao hạt bị lớn, phải có quá trình nung, tôi, dựa vào chuyển biến
P >γ sẽ tạo nên hạt nhỏ. Song sau khi thấm, chi tiết gồm bởi hai phần:
+ Lõi có Cacbon thấp với nhiệt độ tôi cao.
+ Bề mặt có Cacbon cao với nhiệt độ tôi thấp hơn.
Do vậy để bảo đảm yêu cầu kỹ thuật cho cả hai phần đó người ta phải tiến hành
tôi hai lần như sau:

+ Sau khi thấm Cacbon xong, chi tiết được thường hóa để tạo Xêmentit nhỏ, giúp
cho nung tôi tiếp theo được hạt Austenit nhỏ.
+ Tôi lần 1 (> A
C3
của lõi): 880-900
o
C làm hạt nhỏ bảo đảm lõi bền, dẻo dai,
nhưng bề mặt lại chưa đạt độ cứng cao nhất, nên sau đó lại.
+ Tôi lần 2 (> A
C1
): 760-780
o
C làm bề mặt cứng.
Cách tôi này tuy bảo đảm được cơ tính theo yêu cầu nhưng làm tăng thêm biến
dạng vì phải làm nguội tới ba lần từ nhiệt độ cao, nên ngày nay ít áp dụng.
Tôi một lần (hình 42c)
Áp dụng cho thép Cacbon và hợp kim thường có yêu cầu không cao về cơ tính.
Sau khi thấm, thường hóa, chỉ tôi một lần ở nhiệt độ trung gian giữa hai loại trên:
Khi yêu cầu nặng về bảo đảm độ cứng bề mặt: Tôi ở nhiệt độ thấp: 820-850
o
C
Khi yêu cầu nặng về bảo đảm độ bền lõi: Tôi ở nhiệt độ cao: 860-880
o
C.
Sau khi tôi, tiến hành ram thấp: 180-200
o
C trong 1-1,5h.
Với thép Crôm-Niken nhiệt luyện sau khi thấm còn phức tạp hơn.
75