TIỂU LUẬN 4:
DỰA TRÊN CÁC ĐỊNH LUẬT KHUẾCH TÁN, XÁC ĐỊNH
QUAN HỆ GIỮA THỜI GIAN THẤM C, NHIỆT ĐỘ và
CHIỀU DÀY LỚP C CHO CHI TIẾT.
A.Trước hết ta nhắc lại các định luật khuếch tán
I.Khuếch tán trạng thái ổn định và định luật khuếch tán FickI
Khuếch tán là quá trình phụ thuộc thời gian – nghĩa là ở mức
vĩ mô , lượng nguyên tố dịch chuyển trong nguyên tố khác là hàm
thời gian . Nói chung , cần phải biết tốc độ khuếch tán , tốc độ này
thương được biểu thị dưới dạng thông lượng khuếch tán , J , là khối
lượng , hoặc số lượng nguyên tử , M , khuếch tán theo phương
vuông góc qua một đơn vị diện tích bề mặt chất rắn trong một đơn
vị thời gian . Có thể biểu diễn đại lượng này dưới dạng toán học :
J = M /(At)
Trong đó , A là diện tích bể mặt khuếch tán , t là thơi gian
khuếch tán . biểu thức dạng vi phân :
J = (1/A)(dM/dT)
Đơn vị của J là kg hoặc số nguyên tử trên một đơn vị diện
tích , m2 , và đơn vị thời gian , giây , kg/m2s hoặc số nguyên
tử /m2s .

1


Nếu thông lượng khuếch tán thay đổi theo thời gian , quá trình
này được gọi là khuếch tán trạng thái - ổn định . Ví dụ điển hình về
khuếch tán trạng thái - ổn định là sự khuếch tán các nguyên tử khí
qua tấm kim loại , với nồng độ hoặc áp suất của các chất khuếch tán
là không đổi ở cả hai bề mặt của tấm này . hình a bên dưới

(a)

Khuếch tán trạng thái dừng qua một bản mỏng.

(b) Profile

nồng độ tuyến tính cho quá trình khuếch tán (a)

2


Đồ thị nồng độ C theo vị trí , hoặc khoảng cách , x , bên trong vật
rắn , được gọi là biên dạng nồng độ ; độ dốc tại một điểm trên
đường cong này được gọi là gradient nồng độ :
Gradient nồng độ = dC / dx
Trong trường hợp này, biên dạng nồng độ là tuyến tính
hình b và : gradient nồng độ = ΔC/Δx = (CA – CB)/(xA – xB)
Đối với các tính toán khuếch tán , có thể sẽ thuận tiện hơn nếu
biểu thị nồng độ theo khối lượng các chất khuếch tán trong một đơn
vị thể tích chất rắn , kg/cm3 hoặc g/cm3
J = -DdC/dx = D gard (c) .
Hằng số tỷ lệ D được gọi là hệ số khuếch tán , đơn vị là m2/s .
Dấu âm trong phường trình trên biểu thị khuếch tán xảy ra theo
chiều giảm gradient nồng độ , từ nơi có nồng độ cao đến nơi có
nồng độ thấp . Phương trình trên là dạng toán học của định luật Fick
thứ nhất (Fick I ) .
Định luật FickI nêu lên quan hệ giữa dòng nguyên tử khuếch tán J
qua một đơn vị bề mặt vuông góc với phương khuếch tán và
Gradient nồng độ δc/δx:
J = -D dC /dx = -D grad (C) (1.1)
Trong đó:

- Dấu trừ chỉ dòng khuếch tán theo chiều giảm nồng độ
- D hệ số khuếch tán ( cm2/s)
Trong nhiều trường hợp:
3


D = D0.exp(-Q/RT)
D0: hằng số ( cm2/s)
Q: hoạt năng khuếch tán
T: nhiệt độ khuếch tán (K)
R: hằng số khí ( R=1,98cal/mol)
Từ những trị số D0 và Q có thể xác định hệ số khuyếch tán D ở nhiệt
độ bất kỳ và đặc điểm của quá trình khuếch tán
Đối với các phản ứng khuếch tán , có thể có vài dạng lực
truyền động ; nhưng khi khuếch tán tuân theo phương trình trên ,
lực truyền động chính là gradient nồng độ .
Trên hình 1.1 biểu diễn sự phụ thuộc hệ số khuếch tán khác loại của
Cu trong Al trong hệ trục lgD ≈ 1/T

D1
cm²/s
-5

10

-11

10

-16


10

-21

10

100

200

300

500

1000

°C

Hình 1.1 Hệ số khuếch tán của Cu trong Al phụ thuộc và nhiệt độ
4


Bảng1.1 Số liệu thực nghiệm D0 và Q
Chất

Trong dung

Vùng


khuế

môi

ch
tán
Al
Zn
Fe
C
N
N
B

D0,

Q,

D ở nhiệt độ,

nhiệt độ, cm2/s

Kcal/

0

mol

cm2/s
5000C


C

2000C

Al

450 ÷

1,71

34,0

4,5.10-10 -

Cu
α – Fe
α – Fe
α – Fe
Cr
Fe40N40B20

650
700÷750
500÷750
-

0,34
2,00
0,20

3.10-2
3.10-4
1,1.10

45,5
60,6
24,6
18,2
24,4
82,8

1,5.10-13
8,0.10-18
2,8.10-8
9,0.10-9
4,0.10-11
3,0.10-15

-

-8

Ag

Pd81Si19

-

2,0.10 29,9


1,2.10-13 -

-6

Na+
Cl-

NaCl
NaCl

350÷750 0,5
38,0
1,1.10 51,4

2,8.10-11 1,7.10-13 -

2

Ag+
Ag+
O2
H2

AgBr
GaAs

1,2
16,0
500÷100 2,5.10 9,0


Polyetylen
Cao su tự

0
-

5,0.10-6

1,8.10-12
1,2.10-10

-

1,8.10-9
1,0.10-7

-3

2,09
0,26

12,2
6,0

nhiên

5


Ở trạng thái rắn ( nhiệt độ < 6600C) D tăng rất nhanh theo

nhiệt độ, còn ở trạng thái lỏng DL thay đổi không đáng kể. Trong
nhiều trường hợp DL được xác định theo biểu thức DL = const(T/η)
η là độ sệt. Ở gần nhiệt độ nóng chảy DL khoảng 10-4 cm2/s. Hệ số
khuếch tán tăng vài cỡ số khi chuyển từ trạng thái rắn sang lỏng. Ở
trạng thái rắn độ dốc của đường lnD = f(1/T) là Q/R. Do vậy từ trị
số D ở hai nhiệt độ khác nhau có thể xác định được D0 và Q và từ
những trị số của D0 và Q có thể xác định được D tại bất kỳ nhiệt độ
nào, cũng như cơ chế khuếch tán của chúng.
Ví dụ : thực tiễn về quá trình khuếch tán trạng thái ổn định là
quá trình lọc khí hydro . Hỗn hợp khí gồm hydro và tạp chất , chẳng
hạn nitrogene , oxy , hơi nước , tiếp xúc với một phía tấm kim loại
palladi mỏng . Hydro khuếch tán có chọn lọc qua tấm này sang phí
đối diện , ở phía đó hydro có áp suất thấp và không đổi
II. Khuếch tán trang thái – không ổn định và định luật FickII
Hầu hết các quá trình khuếch tán thực tiễn đều là khuếch tán
trạng thái – không ổn định . Trong loại khuếch tán này , thông lượng
khuếch tán và giradient nồng độ tại một điểm trong chất rắn biến
thiên theo thời gian . Hình bên dưới mô tả biên dạng nồng độ tai ba
thời điểm khác nhau . Phương trình định luật Fick I không còn thích
hợp cho các điều kiện trạng thái không ổn định thay vào đó , có thể
dùng phương trình vi phân riêng phần :
6


δC/δt = δ/δx(DδC/δt)
Là phương trình của định luật Fick thứ hai . Nếu hệ số khuếch
tán D độc lập với thành phần ( được kiểm chứng cho từng trường
hợp khuếch tán cụ thể ) phường trình trên trở thành :
δC/δt = Dδ2C/δx2
Có thể tìm được các nghiệm của phương trình này , chủ yếu

tính theo vị trí thời gian , khi biết các điều kiện biên thích hợp
Một trong các nghiệm có tầm quan trọng thực tiễn được tính cho
vật rắn bán vô hạn , trong đó , nồng độ ở bề mặt được giả thiết là
không đổi . Thanh được coi là bán vô hạn nếu không có nguyên tử
nào khuếch tán đến cuối thanh trong suốt thời gian khuếch tán .
Thanh chiều dài l được coi là bán vô hạn khi l > 10 . nói chung
, nguồn các nguyên tử khuếch tán thường là phía khí , áp suất riêng
phần của pha này được coi là không đổi . Hơn nữa , còn có các giả
thiết sau đây :
1.Trước khi khuếch tán , các nguyên tử chất hòa tan bất kỳ
trong chất rắn được phân bố một cách đồng nhất với nồng độ C0 .
2. Giá trị x ở bề mặt là bằng không và tăng dần theo khoảng
cách tiến vào bên trong vật rắn .
3.Thời gian được coi là bằng không vào thời điểm bắt đầu quá
trình khuếch tán .

7


Hình biên dạng nồng độ khuếch tán trạng thái – không ổn định với
ba thời điểm t1 , t2 , t3 .
Có thể viết lại điều kiện biên này dưới dạng :
Khi t = 0 , C = C0 tại 0 <= x <= oo
Khi t > 0 , C = Cs ( nồng độ ở bề mặt không đổi ) tại x = 0 và
C = C0 tại x = oo
Áp dụng các điều kiện biên này vào phường trình δC/δt = Dδ2C/δx2
sẽ tìm được nghiệm : (Cx – C0) / ( Cs – C0) = 1 – erf(x/(2) )
Trong đó Cx là nồng độ tại chiều sâu x sau thơi gian t . Biểu thức
erf(x/(2)) là hàm sai số Gauss , với cá giá trị x/(2) được nêu trong
bảng toán học tương ứng .Các thông số nồng độ trong phương trình

(Cx – C0) / ( Cs – C0) = 1 – erf(x/(2) ) được ghi nhận trên hình dưới
với biên dạng nồng độ chọn trước . Phương trình (Cx – C0) / ( Cs –
C0) = 1 – erf(x/(2) ) là quan hệ giữa nồng độ , Cx , vị trí , và thời
gian , là hàm của tham số không thứ nguyên x/(2) , có thể được xác
định vào thời điểm và vị trí bất kỳ , nếu biết C0 , Cs , và D .
8


Biên dạng nồng độ khuếch tán trạng thái – không ổn định
Hàm sai số dạng gauss có dạng :
Erf(z) = ( 2/)
Trong đó x/( 2 thay thế cho z
Các giá trị hàm sai số Gauss

9


Giả sử cần đạt được nồng độ chất hòa tan là C1 trong hợp kim Vế
trái của phương trình 5.5 có dạng :
(C1 – C0 ) / ( Cs – C0) = hằng số
Vế phải của phương trình này cũng là hằng , do đó :
x/( 2 = hằng số , nghĩa là x2 / Dt = hằng số , do đó :
Có thể áp dụng phương trình trên cho một số bài toán về khuếch tán
B. Xác định thời gian thấm C , nhiệt độ thấm và chiều dày lớp
thấm C cho chi tiết.
Thấm C : là phương pháp hóa – nhiệt luyện phổ biến nhất , dễ
thực hiện nhất rất thường gặp ở nước ta và các nước công nghiệp .
a.Định nghĩa và múc đích – yêu cầu đối với lớp thấm



Định nghĩa và múc đích

10




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%-0.15%) để tiếp tục theo tôi và ram thấp làm bề mặt có độ
cứng cao ( do lượng cacbon cao ) còn lõi vẫn dẻo vẫn dai ( do lượng
cacbon thấp như cũ )(ảnh mô hình lò thấm cacbon)



Mục đích của

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 trong va đập mà bề mặt chịu
mài mòn , cần nhớ là chỉ đạt được múc tiêu trên sau khi tôi + ram
 Yêu cầu:
- Đối với lớp thấm và lõi
Để đạt được mục đích trên ,quá trình thấm caccbon phải đạt
được các yêu cầu sau
- Đối với bề mặt :
+ Có lượng cacbon trong khoảng 0.8 - 1% hoặc nhỏ hơn ,
không đủ cứng và chống mài mòn , nhiều hơn , có thể gây giòn ,

tróc do có xementit II ) , bảo đảm độ cứng và tính chống mài mòn
cao , độ bền tốt

11


+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 – 62 HRC)
- 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 dỏe dai cao , độ cứng 30 – 40 HRC
b. Nhiệt độ và thời gian
Nhiệt độ
Nguyên tắc chọn nhiệt độ thấm cacbon là phải sao cho ở trạng thái
•

hoàn toàn là Auxtenit , vì như đã thấy từ giản đồ trạng thái Fe – C ,
tổ chức này có khả năng hòa cacbon nhiều hơn cả (tới 2.1% trong
khi đó ferit hầu như không có khả năng này).

12



Vậy nhiệt độ thấm cacbon là cao hơn AC3 (AE) của thép tức trong
khoảng 900 – 9500C ( AC3 của thép 0.1%C khoảng 8800C)
Như đã nói ở trên thấm ở nhiệt độ càng cao càng chóng đạt chiều
sâu lớp thấm quy định , do đó khung hướng chọn nhiệt độ càng cao
hơn 9000C càng tốt , song cũng không thể chọn quá cao vì sẽ làm
cho hạt auxtenit lớn , làm thép giòn . Vì vậy có thể tiến hành được ở
nhiệt độ cao hay không là phụ thuộc vào bản chất của thép
Đối với thép bản chất hạt nhỏ ( thép hợp kim chứa Ti ) có thể thấm
ở nhiệt độ cao tới 930 – 9500C vẫn giữ được hạt nhỏ ( song không
thể thấm ở quá 9500C trong thời gian dài vì vẫn làm hạt lớn ) điều
này rất có lợi vì rút ngắn được ghời gian và quy trình nhiệt luyện
tiếp theo .

13


Đối với thép hạt bản chất lớn ( thép cacbon , thép hợp kim thường )
không nên thấm quá 9300C , tức chỉ nên 900 – 9200C
• 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 quy định
theo các mức 0.5 – 0.8 , 0.9 – 1.2 , 1.5 – 1.8 mm và cao hơn làm sao
cho lớp thấm chiếm chiều dày 0.1 – 0.15 mm đường kính hay chiều
dày của tiết diện . Ví dụ đối với bánh răng chiều dày lớp thấm tính
theo mô đun răng như sau : m = 1.5 , δ = 0.4 mm ; m = 3.0 , δ = 0.8
mm … (δ/m = 0.2 – 0.3 ) . δ 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 độ thấm trong lỏng > khí > rắn

Nói chung thời gian thấm được tính như sau :
+Khi thấm ở thể rắn ở 9000C với lớp thấm trên dưới 1mm theo
mức cứ 0.1 mm chiều sâu cần thấm 1 giờ nung nóng và giữ nhiệt
hay 0.15mm/1h giữ nhiệt
+Khi thấm ở thể khí ở 9000C với lớp thấm trên dưới 1mm .
theo mức 0.2mm/1h giữ nhiệt
c. Chất thấm và quá trình xảy ra
•

Chất thấm là loại chất thấm cổ xưa nhất hiện còn dùng nhiều ở
nước ta

14


•

Chất thấm chủ yếu là than gỗ ( hay
mùn cưa ) 80 – 95 % và lượng nhỏ
các muối cacbônát (Na2CO3 ,
BaCO3 … ) hoặc muốn khác có tác
dụng xúc tác , làm nhanh quá trình
thấm . Sau khi trộn đều , cho vào
hộp cùng với chi tiết , đây kín rồi đem nung lên đến nhiệt độ thấm

•

sẽ có quá trình sau :
Than gỗ (mùn cưa) cháy trong điều kiên thiếu ôxy dễ tạo nên ôxýt
cacbon :

2C + O2 ->2CO
Khí CO khi gặp bề mặt thép lại bị phân tích
2CO -> 2CO2 + Cnguyên tử
Các bon nguyên tử vừa mới tạo thành bị hấp thụ và khuếch tán
vào théo ở dạng dung rắn auxtenit với nồng độ cacbon cao dần :
Cnguyên tử + Fe -> Fe(C) 0.1 -> 0.8 -> 1.2%C
Các muối bị phản hóa và xúc tác như sau :
BaCO3 -> BaO + CO2
CO2 + Cthấm -> 2CO
2CO CO2 + Cnguyên 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

15


+Nồng độ cacbon ở bề mặt thường đạt tới 1.2-1.3%C tương
ứng với giới hạn bão hòa , đường
SE ở 9000C , có lưới cacbit
xementic II làm xấu chất lượng
+Song đơn giản , dễ tiến hành ,
nên ở ta được áp dụng nhiều
Chất thấm thể khí :
Như đã nói 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 CH4 để thấm

•

Trong thực tế người ta thường chế tạo khí thấm cacbon từ khí đốt
thiên nhiên mà thành phần chủ yếu của nó là CH4 ( mê tan ) , 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 :
CH4 -> 2H2 + Cnguyên tử
Người ta pha loãng và pha chế khí thiên nhiên sao cho nó có
nồng độ thích hợp để chị tạo nên lớp thấm có 0.8 – 1.0% theo yêu
cầu . Đó là ưu điểm nổi bật của thấm cacbon thể khí
ở các nước công nghiệp thấm cacbon thể khí ở trong các lò bằng 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
kì với nhỏ giọt dầu hỏa . Ở nhiệt độ cao dầu hỏa bị nhiệt phản và tạo
16


nên hydro cacbon , chúng cũng có tác dụng thấm tuy yếu hơn metan
.Với cách nhỏ giọt dầu hỏa thích hợp ( mạnh trong thơi gian dầu ,
giảm đi sau đó ) vừa tăng được năng suất thấm vừa đảm bảo bề mặt
thấm không bị bão hòa cacbon
Vậy thấm ở thể khí có 3 đặc điểm :
- Năng suất cao , thơi gian thấm tương đối ngắn
-Chất lượng tốt , bảo đảm nồng độ C quy định trong lớp thấm
-Dễ cơ khí hóa , điêu 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

d. nhiệt luyện sau khi thấm
•

Sau khi mẫu thử đạt đến chiều sâu lớp thấm quy định (tính đến lớp
có 0.4%C – 50%F + 50%P ) mẻ thấm được đem tôi 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)

•

Áp dụng

cho thép có bản chấp

hạt nhỏ .

Sau khi thấm xong

đem tôi

ngay mà không nung

nóng lại .

Song lúc đó nhiệt độ

quá cao

(9000C) , người ta để


17


chi tiết nguội xuống còn 8500C – 8600C rồi mới tôi để tránh ứng

•

suất nhiệt . Cách tôi này bảo đảm độ biến dạng rất nhỏ
 Tôi hai lần (hình)
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 , dưa vào chuyến biến P -> ɣ sẽ tạo nên hạt nhỏ . Song sau
khi thấm chi tiết gồm hai phần :
-Lõi có cacbon thấp với nhiệt độ cao
-Bề mặt có cacbon vao với nhiệt độ tôi thấp hơn
Do vậy để đảm bao yêu cầu kĩ thuật cho cả 2 phần đó người ta
phải tiến hành tôi hai lần như sau :
Sau khi thấm cacbon xong , chi tiết được thương hóa dể tạo
xementit nhỏ , giúp cho
nung tôi tiếp thoe được hạt
auxtenit nhỏ
+Tôi lần 1 ( > Ac3 của
lõi ) : 800 – 9000C 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 (>Ac1) : 760 – 7800C làm bề mặt cứng
Cách tôi này tuy đảm bảo được cơ tính theo yêu cầu nhưng
tăng biến dạng vì phải làm nguội tới ba lần từ nhiệt độ cao , nên
ngày nay ít được áp dụng



Tôi một lần (hình)

18


•

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 năng về bảo đảm độ cứng bề mặt : tôi ở nhiệt độ
thấp 820-8500C
Khi yêu cầu năng về bảo đảm độ bền lõi : tôi nhiệt độ cao :
860 – 8800C
Sau khi tôi tiến hành ram thâp : 180 – 2000C trong 1 – 1.5h
Với thép crôm – niken nhiệt luyện sau khi thấm còn phức tạp
hơn
e.Đặc điểm về thành phần hóa học



Thép thấm cacbon là loại thép có thành phần cacbon thấp: 0,10 0,25% (cá biệt có thể tới 0,30%) để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng
tĩnh và va đập cao nhưng bề mặt bị mài mòn mạnh như bánh răng,
cam, chốt... Để đạt được yêu cầu đó thép phải qua thấm cacbon (bao
gồm cả tôi + ram thấp sau khi thấm), nên được đặt tên như trên.




Cacbon
Lượng cacbon trong thép được quy định trong khoảng 0,10 0,25% để bảo đảm độ dẻo, độ dai cao của lõi ở cả trạng thái tôi +
ram thấp để đạt được độ bền cao nhất. Dùng giới hạn dưới khi cần
độ dai cao hơn, dùng giới hạn trên khi cần độ bền cao hơn. Trong
một số trường hợp cần đạt độ bền cao hơn nữa có thể dung tới
0,30%C. Nếu dùng cao hơn nữa độ dai của lõi sẽ thấp khi tôi + ram

19


thấp, không chịu được tải trọng va đập.
Các thép cacbon có độ thấm tôi thấp, chỉ dùng cho chi tiết nhỏ
(ф < 10 - 20) và hình dạng đơn giản (vì phải tôi nước), chỉ chịu mài
mòn bình thường. Do phải chịu nung lâu ở nhiệt độ cao khi thấm
cacbon, các thép thấm cacbon phải là loại được khử ôxy triệt để
(thép lặng), tốt nhất là loại hạt nhỏ để hạt không bị to, làm thép


giòn.
Hợp kim
Ngược lại, ưu thế của thép hợp kim là có độ thấm tôi cao,
dùng cho chi tiết lớn (ф> 30 - 50), hình dạng phức tạp và chịu mài
mòn cao.
Để bảo đảm các yêu cầu trên các nguyên tố hợp kim dùng
trong thép thấm cacbon phải bảo đảm cả hai tác dụng: vừa làm tăng
tính thấm tôi để nâng cao độ bền lại vừa thúc đẩy quá trình thấm
cacbon (hoặc ít ra cũng không cản trở). Với ý nghĩa đó người ta
không dùng silic vì gây thoát cacbon nên cản trở quá trình thấm
cacbon. Nguyên tố hợp kim cơ bản có mặt trong mọi thép hợp kim
thấm cacbon là crôm, có thể dùng nó riêng rẽ hay kết hợp với niken,

mangan. Cũng không dung thép chỉ hợp kim hóa bằng mangan do
nguyên tố này thúc đẩy hạt austenit phát triển khi thấm cacbon.
Bảng 5.3. Thành phần hóa học (trung bình, %) của một số mác thép
thấm cacbon

20


f. Công dụng


Thấm cacbon cũng cho cơ tính , công dụng như tôi bề mặt : bề
mặt cứng , lõi dẻo song ở mức cao hơn ( 60 – 63 / 52 – 58 HRC ở
bề mặt , 30 – 40 / 10 – 25 HRC ở lõi ) . do đó nó bảo đảm tính

21


chống mài mòn và chịu tải tốt
hơn . Vì vậy thâm cacbon
thương fđược cap dụng cho chi
tiết làm việc trong diều kiện
năng hơn . Ví dụ cùng là bánh


răng song ở ô tô thì thấm cacbon . ơ máy cắt thì chỉ cần tôi bề mặt
Thấm cacbon áp dụng cho chi tiết có hình dạng phức tạp , không
đều đặn và cho lớp thấm đều ,
đây là ưu điểm so với tôi bề
mặt. Những chỗ không cho

phép thấm phải ngăn cản bằng



cách mạ đồng hoặc phếp đất sét
Tuy có ưu việt hơn về mặt cơ
tính , song thấm cacbon có giá



thành đặt hơn do tốn nhiệt , thơi gian dài , năng suất thấp hơn.
Sự cân nhắc giữ hại mặt đó sẽ cho phép chọn công nghệ nào hợp lí
hơn (ảnh lò thấm cabon).
------------------------------ Hết-----------------------------------

22