1
VẬT LIỆU HỌC – BÀI TẬP 4
Nhóm 90

Chọn thép và xác định quy trình nhiệt luyện để chế tạo bánh răng
dẫn trong hộp số.
Bánh răng hộp số trong xe tải nhẹ
1/Phân tích đi ều kiệ n là m vi ệc :
● Bánh răng hộp số làm việc trong môi trường chịu tải trọng tĩnh và va đập
mạnh .
● Bề mặt bị mài mòn khi làm việc bị ma sát hay cọ sát , chịu ứng suất lớn ,
lõi chịu ứng suất uốn .
● Vùng chân răng dễ bị phá huỷ .
● Chi tiết máy làm việc dưới tải trọng thay đổi theo chu
kỳ .
● Do điều kiện làm việc như trên nên ta đặt
ra các yêu
cầu về vật
liệu như sau
:

Bề
mặt răng phải có độ bền tiếp xúc
cao ,
 Răng có độ bền mỏi cao , kết hợp
với các chỉ tiêu độ bền , độ dẻo và
độ dai va đập ( cơ tính tổng hợp ) .
2/Chọ n mác thép để chế tạ o bánh răng hộ p số:
Đối với yêu cầu làm việc cầu chi tiết như trên ta chọn thép thấm cácbon
-20CrMo. Bánh răng hộp số trong xe tải trọng nhẹ được làm bằng thép thấm
cácbon . Ưu điểm của cách chế tạo này là:

● Đảm bảo bánh răng chịu tải trọng tĩnh và va đập tương đối cao , bề mặt có
thể bị mài mòn .
● Sau khi thấm cacbon trong lò liên tục ( dùng khí thiên nhiên , khí thu
nhiệt và amoniac ) ở nhiệt độ 880 – 980 º C , bánh răng được tôi trực tiếp
trong dầu nóng , bể muối ở nhiệt độ 160 – 250 ºC .
● Cách chế tạo như vậy có thể rút ngắn được thời gian và nhiệt độ thấm ,
nâng cao tính chống mài mòn và giảm độ biến dạng .
*Ta thấy thép thấm cacbon hoàn toàn phù hợp để chế tạo chi tiết bánh
răng hộp số .
2.1/ Thành phần hoá họ c của mác thép trên là :
Mác thép trên bao gồm những thành phần sau :
%C = (0,17 – 0,23)%


2
VẬT LIỆU HỌC – BÀI TẬP 4
Nhóm 90

% Si ≤ 0,40%
%Mn = (0,70 – 1,00)%


3
VẬT LIỆU HỌC – BÀI TẬP 4
Nhóm 90

%P ≤ 0,035%
%S ≤ 0,035%
%Cr = (0,3 – 0,6)%
%Mo = (0,15 – 0,2)%

2.2/ Cơ sở để chọn mác thép v ới thành phầ n như trên :
● Bề mặt bánh răng chịu ứng suất lớn , chịu mài mòn khi ma sát hay cọ
sát , tiếp xúc với môi trường và có thể bị ăn mòn khi làm việc .
● Đòi hỏi bề mặt có độ cứng và tính chống mài mòn trong khi lõi vẫn
đảm bảo độ bền và dẻo dai chịu va đập tốt. Muốn vậy ta phẩi biến
đổi tổ chức của lớp bề mặt .
Ta thường dùng thép có hàm lượng Cr 0,5% hay 1,00 % chủ yếu để
cải thiện tính tôi ( tôi được trong dầu ) và nâng cao được một phần độ thấm
tôi . Nếu chỉ dùng thép Cr thì chỉ làm được các chi tiết máy nhỏ (đường
kính 20 – 40 ) và hình dạng tương đối phức tạp như bánh răng . Chúng có
thể đạt
được yêu cầu cao hơn sau khi hoá tốt à b  800 – 950 MPa .
Nhưng nhược điểm là bị giòn ram loại II khi ram cao nên sau khi ram
thường làm nguội trong dầu ( thay vì không khí ) . Tuy nhiên khi thêm
khoảng 0,25 % Mo sẽ làm cải thiện độ thấm tôi và chống được giòn ram
loại II , có thể dùng làm cho các chi tiết trung bình ( F > 50 mm ), và hình
dạng tương đối phức tạp .
3/ Nhiệt luyện:
3.1/ Xác đị nh nhiệt độ :
Thép 20CrMo => %C = 0,2 % : Như vậy thép này là thép trước cùng tích
vì có hàm lượng C = 0,2 %
• Trên giản đồ Fe-C, nhiệt độ chảy hoàn toàn của thép là tung độ (trên trục
nhiệt độ) của giao điểm của đường thẳng %C = 0,2 với đường lỏng, ta xác
định được Tcht=14950C.
• Xác định nhiệt độ TAc3 được tính gần đúng dựa vào tam giác MNP và
MQR
911

DT
AC 3


0,2
911D727
0

TAC 3  865



0.8
C

Nhiệt độ ủ đối với thép có hàm lượng cac bon thấp :
0

Tu  AC3 (20 ~ 30) C
0


4
VẬT LIỆU HỌC – BÀI TẬP 4
Nhóm 90

Tu  (885 ~ 895) C


Đối với thép cácbon thành phần thấp 0,2% ta nên thường hoá . Nhiệt độ
thường hoá là :
0


TTh  AC3 (30 ~ 50) C
0

TTh  (895 ~ 915) C

Nhiệt độ tôi thép đối với thép trước cùng tích phải lấy cao hơn AC3 tức
nung nóng đến trạng thái hoàn toàn là austenit , nhiệt độ tôi là :
0

Tt  AC3 (30 ~ 50) C
0

Tt  (895 ~ 915) C

Tổ chức đạt được là mactenxit + austenit dư .
Ta thấy nhiệt độ tôi , ủ , thường hoá của của thép hợp kim 20CrMo đã tìm
được và nhiệt độ tôi , ủ , thường hóa của thép 0,2 % chênh lệch không đáng
kể và nó vẫn đảm bảo được tổ chức và cơ tính , quá trình nhiệt luyện của
thép .
3.2/ Tổ chức đạt được khi là m nguộ i thép qua các đi ểm tới hạ n :
Mục tiêu cảu nung nóng và giữ nhiệt là để tạo nên austenit hạt nhỏ , sự
chuyển biến
này quyết định cơ tính của thép khi làm việc hay gia công tiếp theo . Tổ
chức tạo thành khi làm nguội phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : độ quá
nguội , thành phần tổ chức của thép … và cả phương thức làm nguội
● Bỏ qua chuyển biến bao tinh xảy ra ở nhiệt độ 1499 º C vì nó xảy ra
ở nhiệt độ quá cao và không có ảnh hưởng gì đến tổ chức của thép
khi gia công và sử dụng
● Ban đầu tổ chức của thép là austenit có thành phần chính bằng thành
phần của thép vì vậy chúng dẻo dai và dễ biến dạng.

● Từ 8650C đến 7270C : một phần austenit chuyển thành ferit nên hỗn
hợp thu được gồm hai pha ferit + austenit ( α+γ ). Như đã nói ở trên
tổ chức tế vi của ferit có dạng các hạt sáng đa cạnh. Cơ tính của ferit
chính là của sắt nguyên chất : dẻo, dai, mềm và kém bền. Như vậy tổ
chức nhận được gồm hai pha đều dẻo và mền. Tỷ lệ % của hai pha
ferit và austenit tại điểm tới hạn (nằm trên đường A1) được tính theo
quy tắc cánh tay đòn (trên giản đồ Fe-C) :
Fe = 77,42%
A = 22,58%
● Ở 7270C xảy ra phản ứng cùng tích (đường PSK) : austenit chuyển
thành peclit


6
VẬT LIỆU HỌC – BÀI TẬP 4
Nhóm 90

γs → [α + Fe3CK] .
● Tổ chức nhận được là ferit và xêmentit ( F + XeII ). Xêmentit ( ký
hiệu Xe, Fe3C) là pha xen kẽ với kiểu mạng phức tạp có công thức
Fe3C và thành phần 6,67% C ứng với đường thẳng đứng DFKL trên
giản đồ. Đặc tính của xêmentit là cứng và giòn, cùng với ferit nó tạo
nên các tổ chức khác nhau của hợp kim Fe-C.
● Tỷ lệ % của hai pha ferit và xêmentit là:
% Fe = 97 %
% Xe = 3 %
*Như vậy tổ chức nhận được gồm có 97% ferit và 3% Xe nên đặc tính chung của
hỗn hợp là đặc tính của ferit (chiếm tỷ lệ rất cao) : dẻo, dai, mềm, kém bền.
3.3/ Biện phá p xử lý nhi ệt trước hay sau khi gia công cơ khí :
Như đã trình bày ở trên , do đây là thép hợp kim có hàm lượng cacbon

thấp (<0,25 % ) nên ta phải thường hoá trước và sau khi gia công cơ khí
Bởi vì thường hoá nhằm mục đích là :
● Đạt độ cứng thích hợp để gia công cắt gọt cho thép cacbon thấp ( <
0,25 % ) . Loại thép này nếu ủ hoàn toàn sẽ đạt độ cứng quá thấp (
HB
< 140-160 ) , quá dẻo , phoi khó gãy nên khó gia công cắt , nếu
thường hoá sẽ có độ cứng cao hơn và thích hợp với gia công cắt hơn
vì phoi giòn hơn , dễ gãy hơn .
● Làm nhỏ xêmentit chuẩn bị cho nhiệt luyện kết thúc . Khi thường
hoá tạo ra tổ chức peclit phân tán hay xoocbit trong đó xêmentit có
kích thước nhỏ , điều này rất thuận lợi để tạo thành hạt austenit
nhỏ mịn khi nung nóng cho nhiệt luyện kết thúc.
Thường hoá là phương pháp nhiệt luyện bao gồm nung nóng thép đến
trạng thái hoàn toàn là austenit ( cao hơn AC3 hay Acm ) , giữ nhiệt và
làm nguội tiếp theo trong không khí tĩnh để austenit phân hoá thành tổ
chức gần ổn định : peclit phân tán hay xoocbit với độ cứng tương đối
thấp ( cao hơn ủ một chút ) .
- Tốc độ nguội : nhanh hơn đôi chút , trong không khí tĩnh (đây là cách
làm nguội thông thường ) , không phải dùng lò khi làm nguội nên kinh
tế hơn ủ .
- Tổ chức và cơ tính : tổ chức đạt được là gần bằng với độ cứng cao
hơn ủ đôi chút .


7
VẬT LIỆU HỌC – BÀI TẬP 4
Nhóm 90

3.4/ Nhiệt luyện kết thúc
Đối với thép 20CrMn này , sau

khi gia công cơ khí nhiệt luyện
kết thúc bao gồm những
nguyên công là : thấm cacbon và tôi + ram thấp .

Thấm C

880-980ºC

Dầu , bể muối 160-250ºC

Tôi trực tiếp

880-980ºC

Dầu , bể muối 160-250ºC

Tôi cho lõi

860-900º C

Dầu , bể muối 160-250ºC

Tôi bề mặt

780-820º C

Dầu , bể muối 160-250ºC

Ram


150-200º C

Không khí


8
VẬT LIỆU HỌC – BÀI TẬP 4
Nhóm 90

Chọn thép và xác định quy trình nhiệt luyện để chế tạo bánh răng
dẫn trong hộp số.
Bánh răng hộp số trong xe tải nhẹ
1/Phân tích đi ều kiệ n là m vi ệc :
● Bánh răng hộp số làm việc trong môi trường chịu tải trọng tĩnh và va đập
mạnh .
● Bề mặt bị mài mòn khi làm việc bị ma sát hay cọ sát , chịu ứng suất lớn ,
lõi chịu ứng suất uốn .
● Vùng chân răng dễ bị phá huỷ .
● Chi tiết máy làm việc dưới tải trọng thay đổi theo chu
kỳ .
● Do điều kiện làm việc như trên nên ta đặt
ra các yêu
cầu về vật
liệu như sau
:

Bề
mặt răng phải có độ bền tiếp xúc
cao ,
 Răng có độ bền mỏi cao , kết hợp

với các chỉ tiêu độ bền , độ dẻo và
độ dai va đập ( cơ tính tổng hợp ) .
2/Chọ n mác thép để chế tạ o bánh răng hộ p số:
Đối với yêu cầu làm việc cầu chi tiết như trên ta chọn thép thấm cácbon
-20CrMo. Bánh răng hộp số trong xe tải trọng nhẹ được làm bằng thép thấm
cácbon . Ưu điểm của cách chế tạo này là:
● Đảm bảo bánh răng chịu tải trọng tĩnh và va đập tương đối cao , bề mặt có
thể bị mài mòn .
● Sau khi thấm cacbon trong lò liên tục ( dùng khí thiên nhiên , khí thu
nhiệt và amoniac ) ở nhiệt độ 880 – 980 º C , bánh răng được tôi trực tiếp
trong dầu nóng , bể muối ở nhiệt độ 160 – 250 ºC .
● Cách chế tạo như vậy có thể rút ngắn được thời gian và nhiệt độ thấm ,
nâng cao tính chống mài mòn và giảm độ biến dạng .
*Ta thấy thép thấm cacbon hoàn toàn phù hợp để chế tạo chi tiết bánh
răng hộp số .
2.2/ Thành phần hoá họ c của mác thép trên là :
Mác thép trên bao gồm những thành phần sau :
%C = (0,17 – 0,23)%
% Si ≤ 0,40%


9
VẬT LIỆU HỌC – BÀI TẬP 4
Nhóm 90

%Mn = (0,70 – 1,00)%


10
VẬT LIỆU HỌC – BÀI TẬP 4

Nhóm 90

%P ≤ 0,035%
%S ≤ 0,035%
%Cr = (0,3 – 0,6)%
%Mo = (0,15 – 0,2)%
2.2/ Cơ sở để chọn mác thép v ới thành phầ n như trên :
● Bề mặt bánh răng chịu ứng suất lớn , chịu mài mòn khi ma sát hay cọ
sát , tiếp xúc với môi trường và có thể bị ăn mòn khi làm việc .
● Đòi hỏi bề mặt có độ cứng và tính chống mài mòn trong khi lõi vẫn
đảm bảo độ bền và dẻo dai chịu va đập tốt. Muốn vậy ta phẩi biến
đổi tổ chức của lớp bề mặt .
Ta thường dùng thép có hàm lượng Cr 0,5% hay 1,00 % chủ yếu để
cải thiện tính tôi ( tôi được trong dầu ) và nâng cao được một phần độ thấm
tôi . Nếu chỉ dùng thép Cr thì chỉ làm được các chi tiết máy nhỏ (đường
kính 20 – 40 ) và hình dạng tương đối phức tạp như bánh răng . Chúng có
thể đạt
được yêu cầu cao hơn sau khi hoá tốt à b  800 – 950 MPa .
Nhưng nhược điểm là bị giòn ram loại II khi ram cao nên sau khi ram
thường làm nguội trong dầu ( thay vì không khí ) . Tuy nhiên khi thêm
khoảng 0,25 % Mo sẽ làm cải thiện độ thấm tôi và chống được giòn ram
loại II , có thể dùng làm cho các chi tiết trung bình ( F > 50 mm ), và hình
dạng tương đối phức tạp .
3/ Nhiệt luyện:
3.1/ Xác đị nh nhiệt độ :
Thép 20CrMo => %C = 0,2 % : Như vậy thép này là thép trước cùng tích
vì có hàm lượng C = 0,2 %
• Trên giản đồ Fe-C, nhiệt độ chảy hoàn toàn của thép là tung độ (trên trục
nhiệt độ) của giao điểm của đường thẳng %C = 0,2 với đường lỏng, ta xác
định được Tcht=14950C.

• Xác định nhiệt độ TAc3 được tính gần đúng dựa vào tam giác MNP và
MQR
911

DT
AC 3

0,2
911D727
0

TAC 3  865



0.8
C

Nhiệt độ ủ đối với thép có hàm lượng cac bon thấp :
0

Tu  AC3 (20 ~ 30) C
0


11
VẬT LIỆU HỌC – BÀI TẬP 4
Nhóm 90

Tu  (885 ~ 895) C



Đối với thép cácbon thành phần thấp 0,2% ta nên thường hoá . Nhiệt độ
thường hoá là :
0

TTh  AC3 (30 ~ 50) C
0

TTh  (895 ~ 915) C

Nhiệt độ tôi thép đối với thép trước cùng tích phải lấy cao hơn AC3 tức
nung nóng đến trạng thái hoàn toàn là austenit , nhiệt độ tôi là :
0

Tt  AC3 (30 ~ 50) C
0

Tt  (895 ~ 915) C

Tổ chức đạt được là mactenxit + austenit dư .
Ta thấy nhiệt độ tôi , ủ , thường hoá của của thép hợp kim 20CrMo đã tìm
được và nhiệt độ tôi , ủ , thường hóa của thép 0,2 % chênh lệch không đáng
kể và nó vẫn đảm bảo được tổ chức và cơ tính , quá trình nhiệt luyện của
thép .
3.5/ Tổ chức đạt được khi là m nguộ i thép qua các đi ểm tới hạ n :
Mục tiêu cảu nung nóng và giữ nhiệt là để tạo nên austenit hạt nhỏ , sự
chuyển biến
này quyết định cơ tính của thép khi làm việc hay gia công tiếp theo . Tổ
chức tạo thành khi làm nguội phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : độ quá

nguội , thành phần tổ chức của thép … và cả phương thức làm nguội
● Bỏ qua chuyển biến bao tinh xảy ra ở nhiệt độ 1499 º C vì nó xảy ra
ở nhiệt độ quá cao và không có ảnh hưởng gì đến tổ chức của thép
khi gia công và sử dụng
● Ban đầu tổ chức của thép là austenit có thành phần chính bằng thành
phần của thép vì vậy chúng dẻo dai và dễ biến dạng.
● Từ 8650C đến 7270C : một phần austenit chuyển thành ferit nên hỗn
hợp thu được gồm hai pha ferit + austenit ( α+γ ). Như đã nói ở trên
tổ chức tế vi của ferit có dạng các hạt sáng đa cạnh. Cơ tính của ferit
chính là của sắt nguyên chất : dẻo, dai, mềm và kém bền. Như vậy tổ
chức nhận được gồm hai pha đều dẻo và mền. Tỷ lệ % của hai pha
ferit và austenit tại điểm tới hạn (nằm trên đường A1) được tính theo
quy tắc cánh tay đòn (trên giản đồ Fe-C) :
Fe = 77,42%
A = 22,58%
● Ở 7270C xảy ra phản ứng cùng tích (đường PSK) : austenit chuyển
thành peclit


13
VẬT LIỆU HỌC – BÀI TẬP 4
Nhóm 90

γs → [α + Fe3CK] .
● Tổ chức nhận được là ferit và xêmentit ( F + XeII ). Xêmentit ( ký
hiệu Xe, Fe3C) là pha xen kẽ với kiểu mạng phức tạp có công thức
Fe3C và thành phần 6,67% C ứng với đường thẳng đứng DFKL trên
giản đồ. Đặc tính của xêmentit là cứng và giòn, cùng với ferit nó tạo
nên các tổ chức khác nhau của hợp kim Fe-C.
● Tỷ lệ % của hai pha ferit và xêmentit là:

% Fe = 97 %
% Xe = 3 %
*Như vậy tổ chức nhận được gồm có 97% ferit và 3% Xe nên đặc tính chung của
hỗn hợp là đặc tính của ferit (chiếm tỷ lệ rất cao) : dẻo, dai, mềm, kém bền.
3.6/ Biện phá p xử lý nhi ệt trước hay sau khi gia công cơ khí :
Như đã trình bày ở trên , do đây là thép hợp kim có hàm lượng cacbon
thấp (<0,25 % ) nên ta phải thường hoá trước và sau khi gia công cơ khí
Bởi vì thường hoá nhằm mục đích là :
● Đạt độ cứng thích hợp để gia công cắt gọt cho thép cacbon thấp ( <
0,25 % ) . Loại thép này nếu ủ hoàn toàn sẽ đạt độ cứng quá thấp (
HB
< 140-160 ) , quá dẻo , phoi khó gãy nên khó gia công cắt , nếu
thường hoá sẽ có độ cứng cao hơn và thích hợp với gia công cắt hơn
vì phoi giòn hơn , dễ gãy hơn .
● Làm nhỏ xêmentit chuẩn bị cho nhiệt luyện kết thúc . Khi thường
hoá tạo ra tổ chức peclit phân tán hay xoocbit trong đó xêmentit có
kích thước nhỏ , điều này rất thuận lợi để tạo thành hạt austenit
nhỏ mịn khi nung nóng cho nhiệt luyện kết thúc.
Thường hoá là phương pháp nhiệt luyện bao gồm nung nóng thép đến
trạng thái hoàn toàn là austenit ( cao hơn AC3 hay Acm ) , giữ nhiệt và
làm nguội tiếp theo trong không khí tĩnh để austenit phân hoá thành tổ
chức gần ổn định : peclit phân tán hay xoocbit với độ cứng tương đối
thấp ( cao hơn ủ một chút ) .
- Tốc độ nguội : nhanh hơn đôi chút , trong không khí tĩnh (đây là cách
làm nguội thông thường ) , không phải dùng lò khi làm nguội nên kinh
tế hơn ủ .
- Tổ chức và cơ tính : tổ chức đạt được là gần bằng với độ cứng cao
hơn ủ đôi chút .



14
VẬT LIỆU HỌC – BÀI TẬP 4
Nhóm 90

3.7/ Nhiệt luyện kết thúc
Đối với thép 20CrMn này , sau
khi gia công cơ khí nhiệt luyện
kết thúc bao gồm những
nguyên công là : thấm cacbon và tôi + ram thấp .

Thấm C

880-980ºC

Dầu , bể muối 160-250ºC

Tôi trực tiếp

880-980ºC

Dầu , bể muối 160-250ºC

Tôi cho lõi

860-900º C

Dầu , bể muối 160-250ºC

Tôi bề mặt


780-820º C

Dầu , bể muối 160-250ºC

Ram

150-200º C

Không khí


15
VẬT LIỆU HỌC – BÀI TẬP 4
Nhóm 90

Chọn thép và xác định quy trình nhiệt luyện để chế tạo bánh răng
dẫn trong hộp số.
Bánh răng hộp số trong xe tải nhẹ
1/Phân tích đi ều kiệ n là m vi ệc :
● Bánh răng hộp số làm việc trong môi trường chịu tải trọng tĩnh và va đập
mạnh .
● Bề mặt bị mài mòn khi làm việc bị ma sát hay cọ sát , chịu ứng suất lớn ,
lõi chịu ứng suất uốn .
● Vùng chân răng dễ bị phá huỷ .
● Chi tiết máy làm việc dưới tải trọng thay đổi theo chu
kỳ .
● Do điều kiện làm việc như trên nên ta đặt
ra các yêu
cầu về vật
liệu như sau

:

Bề
mặt răng phải có độ bền tiếp xúc
cao ,
 Răng có độ bền mỏi cao , kết hợp
với các chỉ tiêu độ bền , độ dẻo và
độ dai va đập ( cơ tính tổng hợp ) .
2/Chọ n mác thép để chế tạ o bánh răng hộ p số:
Đối với yêu cầu làm việc cầu chi tiết như trên ta chọn thép thấm cácbon
-20CrMo. Bánh răng hộp số trong xe tải trọng nhẹ được làm bằng thép thấm
cácbon . Ưu điểm của cách chế tạo này là:
● Đảm bảo bánh răng chịu tải trọng tĩnh và va đập tương đối cao , bề mặt có
thể bị mài mòn .
● Sau khi thấm cacbon trong lò liên tục ( dùng khí thiên nhiên , khí thu
nhiệt và amoniac ) ở nhiệt độ 880 – 980 º C , bánh răng được tôi trực tiếp
trong dầu nóng , bể muối ở nhiệt độ 160 – 250 ºC .
● Cách chế tạo như vậy có thể rút ngắn được thời gian và nhiệt độ thấm ,
nâng cao tính chống mài mòn và giảm độ biến dạng .
*Ta thấy thép thấm cacbon hoàn toàn phù hợp để chế tạo chi tiết bánh
răng hộp số .
2.3/ Thành phần hoá họ c của mác thép trên là :
Mác thép trên bao gồm những thành phần sau :
%C = (0,17 – 0,23)%
% Si ≤ 0,40%


16
VẬT LIỆU HỌC – BÀI TẬP 4
Nhóm 90


%Mn = (0,70 – 1,00)%


17
VẬT LIỆU HỌC – BÀI TẬP 4
Nhóm 90

%P ≤ 0,035%
%S ≤ 0,035%
%Cr = (0,3 – 0,6)%
%Mo = (0,15 – 0,2)%
2.2/ Cơ sở để chọn mác thép v ới thành phầ n như trên :
● Bề mặt bánh răng chịu ứng suất lớn , chịu mài mòn khi ma sát hay cọ
sát , tiếp xúc với môi trường và có thể bị ăn mòn khi làm việc .
● Đòi hỏi bề mặt có độ cứng và tính chống mài mòn trong khi lõi vẫn
đảm bảo độ bền và dẻo dai chịu va đập tốt. Muốn vậy ta phẩi biến
đổi tổ chức của lớp bề mặt .
Ta thường dùng thép có hàm lượng Cr 0,5% hay 1,00 % chủ yếu để
cải thiện tính tôi ( tôi được trong dầu ) và nâng cao được một phần độ thấm
tôi . Nếu chỉ dùng thép Cr thì chỉ làm được các chi tiết máy nhỏ (đường
kính 20 – 40 ) và hình dạng tương đối phức tạp như bánh răng . Chúng có
thể đạt
được yêu cầu cao hơn sau khi hoá tốt à b  800 – 950 MPa .
Nhưng nhược điểm là bị giòn ram loại II khi ram cao nên sau khi ram
thường làm nguội trong dầu ( thay vì không khí ) . Tuy nhiên khi thêm
khoảng 0,25 % Mo sẽ làm cải thiện độ thấm tôi và chống được giòn ram
loại II , có thể dùng làm cho các chi tiết trung bình ( F > 50 mm ), và hình
dạng tương đối phức tạp .
3/ Nhiệt luyện:

3.1/ Xác đị nh nhiệt độ :
Thép 20CrMo => %C = 0,2 % : Như vậy thép này là thép trước cùng tích
vì có hàm lượng C = 0,2 %
• Trên giản đồ Fe-C, nhiệt độ chảy hoàn toàn của thép là tung độ (trên trục
nhiệt độ) của giao điểm của đường thẳng %C = 0,2 với đường lỏng, ta xác
định được Tcht=14950C.
• Xác định nhiệt độ TAc3 được tính gần đúng dựa vào tam giác MNP và
MQR
911

DT
AC 3

0,2
911D727
0

TAC 3  865



0.8
C

Nhiệt độ ủ đối với thép có hàm lượng cac bon thấp :
0

Tu  AC3 (20 ~ 30) C
0



18
VẬT LIỆU HỌC – BÀI TẬP 4
Nhóm 90

Tu  (885 ~ 895) C


Đối với thép cácbon thành phần thấp 0,2% ta nên thường hoá . Nhiệt độ
thường hoá là :
0

TTh  AC3 (30 ~ 50) C
0

TTh  (895 ~ 915) C

Nhiệt độ tôi thép đối với thép trước cùng tích phải lấy cao hơn AC3 tức
nung nóng đến trạng thái hoàn toàn là austenit , nhiệt độ tôi là :
0

Tt  AC3 (30 ~ 50) C
0

Tt  (895 ~ 915) C

Tổ chức đạt được là mactenxit + austenit dư .
Ta thấy nhiệt độ tôi , ủ , thường hoá của của thép hợp kim 20CrMo đã tìm
được và nhiệt độ tôi , ủ , thường hóa của thép 0,2 % chênh lệch không đáng
kể và nó vẫn đảm bảo được tổ chức và cơ tính , quá trình nhiệt luyện của

thép .
3.8/ Tổ chức đạt được khi là m nguộ i thép qua các đi ểm tới hạ n :
Mục tiêu cảu nung nóng và giữ nhiệt là để tạo nên austenit hạt nhỏ , sự
chuyển biến
này quyết định cơ tính của thép khi làm việc hay gia công tiếp theo . Tổ
chức tạo thành khi làm nguội phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : độ quá
nguội , thành phần tổ chức của thép … và cả phương thức làm nguội
● Bỏ qua chuyển biến bao tinh xảy ra ở nhiệt độ 1499 º C vì nó xảy ra
ở nhiệt độ quá cao và không có ảnh hưởng gì đến tổ chức của thép
khi gia công và sử dụng
● Ban đầu tổ chức của thép là austenit có thành phần chính bằng thành
phần của thép vì vậy chúng dẻo dai và dễ biến dạng.
● Từ 8650C đến 7270C : một phần austenit chuyển thành ferit nên hỗn
hợp thu được gồm hai pha ferit + austenit ( α+γ ). Như đã nói ở trên
tổ chức tế vi của ferit có dạng các hạt sáng đa cạnh. Cơ tính của ferit
chính là của sắt nguyên chất : dẻo, dai, mềm và kém bền. Như vậy tổ
chức nhận được gồm hai pha đều dẻo và mền. Tỷ lệ % của hai pha
ferit và austenit tại điểm tới hạn (nằm trên đường A1) được tính theo
quy tắc cánh tay đòn (trên giản đồ Fe-C) :
Fe = 77,42%
A = 22,58%
● Ở 7270C xảy ra phản ứng cùng tích (đường PSK) : austenit chuyển
thành peclit


20
VẬT LIỆU HỌC – BÀI TẬP 4
Nhóm 90

γs → [α + Fe3CK] .

● Tổ chức nhận được là ferit và xêmentit ( F + XeII ). Xêmentit ( ký
hiệu Xe, Fe3C) là pha xen kẽ với kiểu mạng phức tạp có công thức
Fe3C và thành phần 6,67% C ứng với đường thẳng đứng DFKL trên
giản đồ. Đặc tính của xêmentit là cứng và giòn, cùng với ferit nó tạo
nên các tổ chức khác nhau của hợp kim Fe-C.
● Tỷ lệ % của hai pha ferit và xêmentit là:
% Fe = 97 %
% Xe = 3 %
*Như vậy tổ chức nhận được gồm có 97% ferit và 3% Xe nên đặc tính chung của
hỗn hợp là đặc tính của ferit (chiếm tỷ lệ rất cao) : dẻo, dai, mềm, kém bền.
3.9/ Biện phá p xử lý nhi ệt trước hay sau khi gia công cơ khí :
Như đã trình bày ở trên , do đây là thép hợp kim có hàm lượng cacbon
thấp (<0,25 % ) nên ta phải thường hoá trước và sau khi gia công cơ khí
Bởi vì thường hoá nhằm mục đích là :
● Đạt độ cứng thích hợp để gia công cắt gọt cho thép cacbon thấp ( <
0,25 % ) . Loại thép này nếu ủ hoàn toàn sẽ đạt độ cứng quá thấp (
HB
< 140-160 ) , quá dẻo , phoi khó gãy nên khó gia công cắt , nếu
thường hoá sẽ có độ cứng cao hơn và thích hợp với gia công cắt hơn
vì phoi giòn hơn , dễ gãy hơn .
● Làm nhỏ xêmentit chuẩn bị cho nhiệt luyện kết thúc . Khi thường
hoá tạo ra tổ chức peclit phân tán hay xoocbit trong đó xêmentit có
kích thước nhỏ , điều này rất thuận lợi để tạo thành hạt austenit
nhỏ mịn khi nung nóng cho nhiệt luyện kết thúc.
Thường hoá là phương pháp nhiệt luyện bao gồm nung nóng thép đến
trạng thái hoàn toàn là austenit ( cao hơn AC3 hay Acm ) , giữ nhiệt và
làm nguội tiếp theo trong không khí tĩnh để austenit phân hoá thành tổ
chức gần ổn định : peclit phân tán hay xoocbit với độ cứng tương đối
thấp ( cao hơn ủ một chút ) .
- Tốc độ nguội : nhanh hơn đôi chút , trong không khí tĩnh (đây là cách

làm nguội thông thường ) , không phải dùng lò khi làm nguội nên kinh
tế hơn ủ .
- Tổ chức và cơ tính : tổ chức đạt được là gần bằng với độ cứng cao
hơn ủ đôi chút .


21
VẬT LIỆU HỌC – BÀI TẬP 4
Nhóm 90

3.10

/ Nhiệt luyện kết thúc

Đối với thép 20CrMn này ,
sau khi gia công cơ khí nhiệt
luyện kết thúc bao gồm
những nguyên công là : thấm cacbon và tôi +
ram thấp .

Thấm C

880-980ºC

Dầu , bể muối 160-250ºC

Tôi trực tiếp

880-980ºC


Dầu , bể muối 160-250ºC

Tôi cho lõi

860-900º C

Dầu , bể muối 160-250ºC

Tôi bề mặt

780-820º C

Dầu , bể muối 160-250ºC

Ram

150-200º C

Không khí