1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Kỹ thuật bề mặt là một lĩnh vực khoa học kỹ thuật tổng hợp bao gồm những nghiên cứu và hoạt động kỹ thuật nhằm thiết kế, sản xuất, khảo sát và sử dụng các lớp bề mặt trên cả khía cạnh kỹ thuật và kinh tế với các tính chất của vùng bề mặt tốt hơn vùng bên trong, thỏa mãn các yêu cầu về độ cứng, chống ăn mòn, chống mỏi, chống mòn,… Các chi tiết mòn, hỏng thường xuất phát từ bề mặt; Nhu cầu thay thế phụ tùng hàng năm tương đối lớn, hơn nữa các chi tiết máy quan trọng phải nhập khẩu, không chủ động được trong việc sản xuất, thay thế; Cùng với sự hội nhập và phát triển, các thiết bị máy móc đươc đa dạng hóa về chủng loại và không ngừng phát triển cả về số và chất, do vậy đòi hỏi các thiết bị cơ khí Việt Nam phải đáp ứng được các yêu cầu khắt khe về chất lượng và tạo nên các sản phẩm cơ khí mang nhãn hiệu Việt Nam. Thấm nitơ plasma là một công nghệ hiện đại, cho phép tạo lớp thấm trên bề mặt chi tiết có độ chống mài mòn, ăn mòn cao và tăng tính chống mỏi cho chi tiết. Thấm nitơ plasma được ứng dụng nhiều cho các chi tiết máy làm từ thép. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu + Công nghệ thấm nitơ plasma trên thiết bị Eltropuls H045x080; + Mẫu vật liệu nghiên cứu: thép 40CrMo; + Một số chi tiết máy chế tạo từ vật liệu 40CrMo. - Phạm vi nghiên cứu + Nghiên cứu một số thông số công nghệ thấm nitơ plasma trên thiết bị thấm nitơ plasma nói trên; + Nghiên cứu cơ chế thấm nitơ nói chung, cơ chế hình thành lớp thấm nitơ plasma nói riêng. + Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ thấm, thời gian thấm và tỷ lệ khí nitơ (N 2 ) đến tổ chức và tính chất của lớp thấm nitơ plasma bao gồm tổ chức tế vi, chiều dày lớp thấm, độ cứng bề mặt, cường độ mài mòn trên vật liệu 40CrMo. + Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thấm nitơ plasma để thấm một số chi tiết máy sử dụng vật liệu 40CrMo. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án - Ý nghĩa khoa học + Nghiên cứu quy luật cơ bản của việc hình thành lớp bề mặt trong quá trình thấm nitơ plasma, đặc biệt là đối với thép 40CrMo; + Biểu diễn được các quy luật đó thông qua các mối quan hệ toán học (hàm số và đồ thị); 2 - Ý nghĩa thực tiễn + Nghiên cứu ứng dụng cho họ vật liệu phục vụ chế tạo máy; + Ứng dụng vào thực tiễn sản xuất sản phẩm cơ khí. 4. Những đóng góp mới - Thông qua các công trình nghiên cứu (đặc biệt là nước ngoài), luận án đã tìm ra được cơ chế hình thành lớp thấm và bản chất của lớp thấm nitơ plasma trên bề bặt thép. - Nghiên cứu xác lập quan hệ giữa độ cứng bề mặt E (HV 0.3), cường độ mài mòn m (10 -12 g/n.mm), chiều dày pha  + ’ d 1 (m) và chiều dày pha  d 2 (m) với các thông số nhiệt độ thấm T ( 0 C), thời gian thấm t (h) và tỷ lệ khí nitơ/hydro a (%). - Bằng quy hoạch thực nghiệm, xác định quan hệ đơn yếu tố giữa E, m, d 1 , d 2 với T, t, a để tìm vùng tối ưu, trên cơ sở khoanh vùng xử lý số liệu thực nghiệm theo phương pháp xét ảnh hưởng của đa yếu tố. Kết quả nghiên cứu tìm được vùng thông số công nghệ tối ưu cho phép thu được E, m, d 1 , d 2 tốt nhất, đáp ứng yêu cầu sản xuất. - Đưa ra được sơ đồ công nghệ và quy trình công nghệ thấm chi tiết thực; kiểm tra lại bằng tổ chức tế vi, độ cứng bề mặt, cường độ mài mòn, nhiễu xạ tia X. - Đã ứng dụng công nghệ thấm nitơ plasma cho một số chi tiết máy làm từ các thép khác nhau, đặc biệt là thép 40CrMo. Qua đánh giá cho thấy chất lượng làm việc của các chi tiết sau thấm cao hơn chất lượng làm việc của các chi tiết không sử dụng công nghệ này. Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ THẤM NITƠ PLASMA 1.1. Lựa chọn công nghệ Các công nghệ xử lý bề mặt tiên tiến trong tương lai phải đảm bảo được sự thân thiện với môi trường sống. Bảng 1.1. Tổng quan quá trình cải tiến bề mặt sắt thép bởi các thuộc tính Các yếu tố ảnh hưởng Công nghệ xử lý bề mặt Độ bám dính Sự mài mòn Độ giảm mòn Sự ăn mòn - Thấm cacbon + + ++ 0 - Thấm nitơ ++ + +++ + - Thấm Nitơ + Ôxi hóa ++ + ++ +++ - Borizing ++ +++ 0 0 - PVD +++ ++ 0 + - PACVD +++ ++ 0 + - CVD +++ ++ 0 + - Bền nhiệt + ++ 0 + Ghi chú: 0: Không ảnh hưởng +/++: Mức độ cải tiến tính chất nhỏ hoặc trung bình +++: Mức độ cải tiến tính chất tốt Một chi tiết cần giảm mòn thì trong các công nghệ xử lý bề mặt tiên tiến và bảo vệ được môi trường thì công nghệ thấm nitơ được ưu tiên hơn cả (bảng 1.1). 3 1.2. Các công nghệ thấm nitơ Công nghệ thấm nitơ, lần đầu tiên được thực hiện và phát triển trong những đầu của thập niên 1900, nó đóng một vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp. Bề mặt chi tiết thấm nitơ được bao bọc bởi một lớp nitrit bền vững. Đặc điểm nổi bật của quá trình thấm nitơ là nó ít làm thay đổi kích thước, không làm thay đổi hình, không làm thay đổi thành phần của thép, không làm thay đổi tổ chức tế vi của thép có được từ các nguyên công nhiệt luyện trước đó nếu chọn được chế độ thích hợp. Hình 1.1. Quá trình thấm nitơ Hình 1.2. Giản đồ trạng thái Fe-N Thấm nitơ là một phương pháp nhiệt hóa nhiệt luyện, nitơ phân tử được tạo thành trong môi trường thấm được hấp thụ vào bề mặt thép và khuếch tán vào bề mặt của thép (hình 1.1). Các quá trình dựa trên sự tương tác của nitơ trong sắt, tuân theo giản đồ trạng thái sắt-nitơ (hình 1.2) Từ giản đồ pha Fe-N, khi nitơ khuếch tán vào trong thép ở nhiệt độ trên nhiệt độ cùng tích (590 0 C), các pha lần lượt tạo ra là , , ’, . Do vậy, khi thấm nitơ ở nhiệt độ này sẽ hình thành lớp thấm từ nền thép ra bề mặt là    + ’  ’  ’ + , pha  không hiển thị trên giản đồ vì chúng có thành phần nitơ từ 11,011,35% ở nhiệt độ khoảng 500 0 C. 1.2.1. Thấm nitơ thể khí Thấm nitơ thể khí là phương pháp thấm thông dụng nhất. Chất thấm thường là amoniac (NH 3 ) được lưu thông liên tục trên bề mặt cần thấm nhằm cung cấp nitơ nguyên tử cho quá trình thấm tạo môi trường thấm. Trong khoảng nhiệt độ thấm từ 450  600 0 C, NH 3 sẽ phân hủy theo phản ứng: 2NH 3  3H 2 + 2[N] (1.1) Trong đó [N] là Nitơ nguyên tử hoạt tính. Nitơ nguyên tử hoạt tính sinh ra sẽ khuếch tán vào trong bề mặt của thép tạo nên lớp thấm. Quá trình được sơ đồ hóa trên hình 1.3. Tại lớp hấp phụ sẽ xẩy ra các phản ứng tái kết hợp: 2NH 3  3H 2 + [N] (1.2) 2NH 3  N 2 + 2[H] (1.3) 4 Hình 1.3. Sơ đồ thấm nitơ thể khí Hình 1.4. Cấu trúc mạng lớp thấm và vùng khuếch tán Nitơ nguyên tử hình thành trên bề mặt chi tiết thấm sẽ khuếch tán vào bên trong tạo thành lớp thấm (hình 1.4). Nếu nitơ nguyên tử không khuếch tán hết sẽ kết hợp lại thành nitơ phân tử và do đó ngăn cản quá trình thấm. Trong quá trình thấm phải luôn bổ sung khí NH 3 để duy trì tỷ lệ N 2 : H 2 thích hợp cho quá trình thấm 1.2.2. Thấm nitơ lỏng Quá trình thấm nitơ thực hiện nhờ phân hủy muối xianat thành cacbonat nóng chảy: - Công nghệ Tufften: KCN + 1/2O 2  KCNO 2KCNO + 1/2O 2  2N + C + K 2 CO 3 - Công nghệ Surfult: 2NH 2 -CO-NH 2 + NaCO 3  2NaCNO + 2NH 3 + CO + H 2 O 4NaCNO  Na 2 CO 3 + CO + 2N + 2 NaCN 1.2.3. Thấm nitơ plasma Thấm nitơ plasma là một công nghệ thấm nitơ tiên tiến, nó ra đời như một phương án thay thế của công nghệ thấm nitơ thể khí. Thấm nitơ plasma được tiến hành trong môi trường ion hóa ở nhiệt độ thấp (khoảng 450  600 0 C) và các khí sử dụng trong quá trình thấm; các khí thường là các khí trơ, an toàn cho người và thiết bị (hình 1.5). Công nghệ thấm nitơ plasma cho phép điều chỉnh được thành phần nitơ và hydro vì thế có thể điều chỉnh được thành phần lớp trắng (lớp hợp chất hay chiều dày các pha  và ’) theo ý mong muôn. Ưu điểm: - Hệ thống thiết bị công nghệ hiện đại cho phép nhận được chất lượng sản phẩm đồng đều. - Sử dụng môi trường hỗn hợp khí N 2 +H 2 (khi cần bổ sung argon, metan hay propan-butan), cho phép thấm niơ cho tất cả các mác thép, một số loại gang và rất an toàn, thân thiện với môi trường. - Sử dụng dòng xung điện để tạo plasma cho phép rút ngắn thời gian nung nóng chi tiết thấm, phân bố nhiệt đồng đều và tạo nên lớp thấm nitơ với thành phần, chiều dày và độ 5 cứng theo yêu cầu. - Công nghệ cho phép giảm thời gian thấm từ 2 ÷ 5 lần, giảm lượng khí thấm từ 20 ÷ 100 lần, giảm tiêu thụ điện 1,5 ÷ 3 lần. - Không làm thay đổi kích thước và hình dáng sản phẩm sau khí thấm. Nhược điểm: - Thiết bị phức tạp, đắt tiền - Vận hành thiết bị cần những người có hiểu biết về thấm nitơ plasma; - Cần chọn các thông số công nghệ phù hợp cho từng loại vật liệu với các yêu cầu cụ thể của lớp thấm. Hình 1.5. Quá trình thấm nitơ plasma 1.2.4. Các ứng dụng của thấm nitơ - Các bánh răng trong các máy xây dựng, công nghiệp tự động đòi hỏi độ bền mỏi tăng, sự biến dạng giảm; - Các chi tiết của động cơ đốt trong: trục khuỷu, trục cam, thanh dẫn, bánh răng - Khuôn ép, máy ép khi đúc kim loại, hợp kim đòi hỏi tăng khả năng chống ăn mòn, mài mòn. - Dụng cụ cắt yêu cầu có khả năng chống mài mòn cao, độ cứng lớn. 1.3. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Tác giả đã nghiên cứu một cách khá hệ thống về cơ sở lý thuyết và khả năng ứng dụng công nghệ thấm nitơ plasma của các nhà khoa học ở nhiều nước với các mức độ khác nhau. 1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước Qua nghiên cứu thấy rõ ở trong nước có rất ít các công trình được công bố cũng như sản phẩm ứng dụng còn rất hạn chế, điều đó kết hợp với nghên cứu ngoài nước đặt ra cho tác giả mục tiêu và nội dung nghiên cứu phù hợp với điều kiện hiện có của cơ sở đào tạo và điều kiện trong nước. 1.5 Kết luận chương 1 - Thấm nitơ plasma là một công nghệ hiện đại, cho phép tạo lớp thấm trên bề mặt chi tiết có độ chống mài mòn, ăn mòn cao và tăng tính chống mỏi cho chi tiết. Thấm nitơ plasma được ứng dụng nhiều cho các chi tiết máy làm từ thép. 6 - Đưa ra được cơ sở khoa học để lựa chọn chế độ công nghệ thấm nitơ plasma cho thép, tạo được một lớp thấm có cấu trúc pha Fe 2-3 N, có độ cứng cao chống mài mòn tốt, chống ăn mòn hóa học tốt, nhất là lớp thấm có ứng suất dư có lợi cho chống mỏi của chi tiết. Sử dụng plasma làm nguồn nhiệt, cho phép thấm ở nhiệt độ thấm dưới nhiệt độ ram của thép, tạo được trường ion nitơ, khống chế được mật độ ion nitơ thông qua tỷ lệ N 2 /H 2 . - Qua nghiên cứu thực nghiệm ứng dụng công nghệ thấm nitơ plasma, luận án chọn trước các điều kiện tối ưu cho hình thành plasma, chỉ còn các thông số công nghệ thông thường là nhiệt độ thấm T, thời gian thấm t và tỷ lệ khí nitơ/hydro a phù hợp vời điều kiện ở Việt Nam. Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ THẤM NITƠ PLASMA 2.1. Quá trình hình thành và phát triển của thấm nitơ plasma 2.1.1. Plasma Plasma là một chất khí bị ion hóa một phần có chứa các hạt trung tính (nguyên tử và phân tử) và các hạt tích điện (electron và ion dương). Hình 2.1. Plasma 2.1.2. Quá trình hình thành và phát triển của thấm nitơ plasma Để tạo được plasma cần phối hợp 3 yếu tố đó là môi trường chân không, nguồn điện 1 chiều và hỗn hợp khí. Thấm nitơ plasma được thể hiện trong vùng được gọi là vùng phóng điện không bình thường (hình 2.2). Công nghệ xung plasma có tác dụng làm giảm năng lượng vào lò và tính đồng đều của nhiệt độ trong lò được nâng lên (hình 2.3). Mô hình tổng quả của thiết bị thấm nitơ plasma được thể hiện trên hình 2.4. Hình 2.2. Đường cong Paschen thể hiện quan hệ điện áp và cường độ dòng điện với các vùng khác nhau Hình 2.3. Biểu đồ xung trong quá trình thấm nitơ plasma Hình 2.4. Mô hình tổng quát của lò thấm nitơ xung plasma 7 2.2. Tác động của ion hóa đến bề mặt chi tiết Các ion được hình thành trong khu vực đang tăng tốc trong những vỏ bọc âm cực phát sáng (hình 2.5) để bắn phá bề mặt cực âm, gây ra một loạt các hiện tượng trong quá trình thấm nitơ và duy trì plasma. Một phần lớn năng lượng của các hạt phản xạ ngược lại hoặc đi sâu vào bề mặt chi tiết được chuyển giao dưới dạng nhiệt. Hình 2.5. Tác động của vụ va chạm của các ion trong các bề mặt chi tiết Khoảng 90% năng lượng của các hạt phản xạ ngược lại bị mất nhiệt làm nóng bề mặt chi tiết. Một phần của năng lượng này được hấp thụ để làm nóng cực âm trong khi một phần khác là tiêu tan bởi bức xạ hoặc chuyền cho các bức tường 2.3. Cơ chế hình thành lớp thấm Các cơ chế của sự hình thành lớp nitrid trong quá trình thấm nitơ plasma chưa được hiểu rõ. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu theo hướng này dựa trên hai giả thuyết. Giả thuyết thứ nhất: Theo Simon (1995) thì cơ chế thấm nitơ plasma được dựa trên sự hấp phụ, hấp thụ và phản ứng hóa học của các loài phản ứng hình thành trong plasma với các bề mặt của mẫu. Giả thuyết thứ hai: Đề xuất của Koelbel được coi như một nhân tố bắn phá bề mặt mẫu bởi các nguyên tử của plasma (hình 2.6). Các nitrit sắt (FeN) được hình thành bằng cách kết hợp các nguyên tử sắt với plasma nitơ hoạt động, ngưng tụ trên bề mặt cực âm. Các FeN (tạo thành ở nhiệt độ từ 350  600 0 C) phân tách ra để hình thành các pha ổn định hơn (Fe 2 N, Fe 3 N, Fe 4 N) và nitơ nguyên tử. Một phần của nitơ nguyên tử này trở lại vào dòng plasma và một phần khuếch tán vào trong cấu trúc tinh thể của chất nền tạo thành một vùng khuếch tán. Hình 2.6. FeN hình thành trên bề mặt trong thấm nitơ plasma Quá trình tạo lớp thấm là do gradient khuếch tán, va chạm không đàn hồi trong thời gian thổi (nồng độ nitơ dốc, độ dốc của các khuyết tật và gradient nhiệt độ) (hình 2.7). Hình 2.7. Cơ chế thấm nitơ plasma (mô hình Koelbel) 8 2.4. Cấu trúc lớp thấm Lớp ngoài cùng gọi là lớp hợp chất hay còn gọi là lớp trắng (gồm các pha  + pha ’), tiếp đến là vùng khuếch tán (pha ), vùng chuyển đổi và cuối cùng là vật liệu kim loại nền (hình 2.8). Hình 2.8. Cấu trúc lớp thấm nitơ plasma Cấu trúc mạng của lớp thấm plasma (hình 2.9) và giản đồ hóa cấu trúc bề mặt lớp thấm nitơ plasma thể hiện trên hình 2.10. Pha  gồm các nitrit Fe 2-3 N có cấu trúc mạng lục giác xếp chặt, pha ’ là nitrit Fe 4 N có cấu trúc mạng lập phương thể tấm, cuối cùng là pha  (vùng khuếch tán) bao gồm hợp chất của nitơ trong dung dịch sắt + các nitrit của các nguyên tố hợp kim có trong thành phần của thép. Hình 2.9. Cấu trúc mạng lớp thấm nitơ plasma Hình 2.10. Giản đồ hóa cấu trúc bề mặt lớp thấm nitơ plasma 2.5. Xác định chiều dày lớp thấm Định luật Fick I viết cho quá trình khuếch tán của nitơ trong từng pha có dạng: i i i N (x,t) J D x     trong đó, i là các pha , ’,  (2.1) Dấu (-) chỉ dòng vật chất khuếch tán từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp. Hệ số khuếch tán của nitơ trong các pha , γ' và  được xác định theo công thức: 8 J -93517 mol D 2,1.10 exp RT                , [m 2 /s] (2.2) 9 ' J -64000 mol D 1,7.10 exp RT                , [m 2 /s] (2.3) 7 J -77900 mol D 6,6.10 exp RT                , [m 2 /s] (2.4) Chiều dày pha  và ’ được xác định theo công thức:   ' d K b t K 4D 0,2D .t          (2.5)     2 ' ' ' d K b 0,02 D 0,2D b 0,02 D t                   (2.6) 9 Nồng độ nitơ trong các pha  và γ' cũng như khu vực khuếch tán biểu đồ (hình 2.11) Hình 2.11. Dự báo lớp thấm của nitơ trong thép 2.6. Các thông số công nghệ ảnh hưởng đến quá trình thấm 2.6.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ thấm Nhiệt độ là thông số quan trọng nhất trong sự hình các lớp thấm nitơ do: - Bản chất hóa học của từng loại nitrit (Fe 4 N; Fe 2-3 N), cho phép tạo thành các pha nhất định và chỉ ổn định ở một phạm vi nhiệt độ nhất định; - Sự khuếch tán của nitơ thông qua các lớp chất nền và bản thân các hợp chất, kể từ khi khuếch tán tăng theo nhiệt độ và tuân theo định luật Fick, cho phép sự hình thành lớp nitrid dày hơn trên bề mặt và giảm dần vao bên trong. Nhiệt độ thấm nitơ plasma từ 490 0 C  585 0 C sẽ có lợi cho việc hình thành lớp hợp chất và vùng khuếch tán. 2.6.2. Ảnh hưởng của thời gian thấm Thời gian thấm nitơ là một yếu tố quan trọng trong sự hình thành lớp nitrit; sự hình thành các lớp nitrit là một hàm của thời gian. Tùy thuộc vào yêu cầu của chiều sâu lớp thấm mà ta chọn thời gian thấm p hù hợp. 2.6.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ khí nitơ Trong quá trình thấm nitơ plasma, quá trình phân ly của nitơ và hydro không có sự xúc tác vào nhau tạo ra amoniac. Phân tử nitơ được chuyển đổi trong đường biên ánh sáng trực tiếp thành “nitơ phản ứng” làm cho nitơ hoạt động và đi vào trong chi tiết thấm. Hoạt động đó được kiểm soát bởi cấu tạo trạng thái khí (mối quan hệ giữa nitơ và hydro) (bảng 2.1) Bảng 2.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ khí H 2 và N 2 đến sự hình thành các pha Dạng hợp chất Tỷ lệ của hydro và nitơ Fe 2-3 N (pha ) (yêu cầu làm lạnh nhanh) H 2 < N 2 (1 : 3 hoặc 1 : 4) CH 4 (không phụ thuộc hàm lượng cacbon) Fe 4 N (pha ’) H 2 > N 2 (3 : 1) (không phụ thuộc vào hàm lượng cacbon) Vùng khếch tán (pha ) H 2 >> N 2 (8 : 1) 10 2.6.4. Ảnh hưởng của điện áp, mật độ dòng a) Điện áp Để tạo được plasma trong quá trình thấm nitơ, cần phải có điện áp được gọi là điện áp khởi động. Điện áp này phụ thuộc vào khoảng cách giữa catot với anot, thành phần khí và áp suất (hình 2.12). Hình 2.12. Điện áp hình thành plasma Hình 2.13. Xung và xung đánh lửa U z - điện áp cần thiết để hình thành plasma (V); p - áp suất (mbar); d - khoảng cách giữa anot và catot (cm). Sử dụng xung đánh lửa thì thời gian tồn tại xung (PD) và thời gian lặp lại xung giảm 50% so với dòng plasma không sử dụng xung đánh lửa (hình 2.13). b) Mật độ dòng Mật độ dòng điện ảnh hưởng trực tiếp đến áp suất, thành phần khí thấm trong quá trình tạo xung (hình 2.14). Hydro tăng Điện áp tăng Metan tăng Áp suất tăng Chu kỳ công suất thấp Nitơ tăng Mật độ dòng điện thấp Mật độ dòng điện cao Hình 2.14. Ảnh hưởng của các biến số đến mật độ dòng 2.6.5. Ảnh hưởng của áp suất Khi sử dụng xung đánh lửa điện áp xung giảm do vậy mật độ dòng điện và áp suất ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng bề mặt chi tiết thấm (hình 2.14) Hình 2.14. Sự ảnh hưởng của áp suất đến chiều dày plasma Áp suất thấp, chiều dày plasma lớn nên không thâm nhập vào bên trong khe hở; khi áp suất tăng cao hơn, chiều dày plasma giảm và nó có thể thâm nhập vào bên trong khe hở. 2.7 Kết luận chương 2 - Thấm nitơ plasma tạo một lớp bề mặt pha Fe 2-3 N có độ dày nhất định. Bằng môi trường plasma với điều kiện sử dụng là khí N 2 và H 2 cho phép ion hóa có mật độ cao dưới tác dụng của plasma, ion bắn phá đẩy C khỏi lớp bề mặt (5 ÷ 10 µm) tạo điều kiện hình thành lớp thấm có tính chất chống ăn mòn, mài mòn và chống mỏi tốt. - Từ các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước, tác giả luận án đã xác định được cơ chế hình thành lớp thấm và bản chất lớp thấm nitơ plasma trên bề mặt thép; [...]...11 - Lưa chọn được các các thông số chế độ công nghệ chính ảnh hưởng tới chất lượng lớp thấm Đề xuất các thông số công nghệ chính ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt chi tiết sau khi thấm nitơ plasma là nhiệt độ thấm, thời gian thấm và tỷ lệ khí nitơ/ hydro cho quy hoạch thực nghiệm Chương 3 VẬT LIỆU, THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Vật liệu nghiên cứu Thép 40CrMo là những loại thép được... các thông số ra dạng thực là: E = 791,950 (HV 0.3); m = 29,653 (10-12g/N.mm); d 1 = 16,992 (m); d 2 = 370,227 (m); 18 4.4 Phân tích, lựa chọn sơ đồ và quy trình thực nghiệm Trên cơ sở nghiên cứu công nghệ thấm nitơ plasma và kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã xác định được các thông số công nghệ tối ưu của thiết bị, chúng tôi đề xuất xây dựng sơ đồ công nghệ (hình 4.8) và quy trình công nghệ thấm nitơ. .. thống số công nghệ khác nhau vào công thức (4.5), (4.6), (4.7) và (4.8) ta có thể thu được các kết quả và chất lượng lớp thấm tương ứng; - Để dễ sử dụng và trực quan, các hình từ 4.4 đến 4.15 cho phép chọn vùng thông số tối ưu theo từng cặp đôi thông số công nghệ cho thấy các giá trị thông số công nghệ có thể chọn vùng tối ưu chính xác Nhờ các hình đồ này, ta có thể đối chứng các thông số công nghệ. .. từ các thép khác nhau, đặc biệt là thép 40CrMo Qua đánh giá cho thấy chất lượng làm việc của các chi tiết sau thấm cao hơn chất lượng làm việc của các chi tiết không sử dụng công nghệ này 24 KẾT LUẬN 1 Thấm nitơ plasma là một công nghệ hiện đại, cho phép tạo lớp thấm trên bề mặt chi tiết có độ chống mài mòn, ăn mòn cao và tăng tính chống mỏi cho chi tiết Thấm nitơ plasma được ứng dụng nhiều cho các... lý số liệu thực nghiệm theo phương pháp xét ảnh hưởng của đa yếu tố Kết quả nghiên cứu tìm được vùng thông số công nghệ tối ưu cho phép thu được E, m, d1, d2 tốt nhất, đáp ứng yêu cầu sản xuất 5 Đưa ra được sơ đồ công nghệ và quy trình công nghệ thấm chi tiết thực; kiểm tra lại bằng tổ chức tế vi, độ cứng bề mặt, cường độ mài mòn, nhiễu xạ tia X 6 Đã ứng dụng công nghệ thấm nitơ plasma cho một số chi... nitơ plasma thép 40CrMo (hình 4.9) nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm sau khi thấm Chi tiết cần thấm (thép 40CrMo) Gá lắp chi tiết vào thùng lò Hóa tốt (tôi + ram cao) Thấm nitơ plasma Kiểm tra sau hóa tốt Ra lò, kiểm tra chi tiết sau thấm Làm sạch chi tiết cần thấm Xử lý sau thấm (nếu cần) Kiểm tra thiết bị thấm Bao gói, bảo quản sản phẩm Hình 4.8 Sơ đồ công nghệ thấm nitơ plasma Hình 4.9 Quy trình công. .. từ các thép khác nhau, đặc biệt là thép 40CrMo Qua đánh giá cho thấy chất lượng làm việc của các chi tiết sau thấm cao hơn chất lượng làm việc của các chi tiết không sử dụng công nghệ này Quy trình công nghệ cần được phổ biến ứng dụng một cách rộng rãi cho nhiều chi tiết chế tạo từ thép 40CrMo; phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm có thể áp dụng để tìm ra quy trình công nghệ cho nhiều mác thép khác... giá trị thông số E = 791,950 (HV0.3) ; m = 29,653 (10 -12g/N.mm) ; d 1 = 16,992 (µm) ; d 2 = 370,227 (µm) tưng ứng với các thông số công nghệ T = 573,4 (0C) ; t = 16,03 (h) và a = 34,62 (%) - Đưa ra được sơ đồ công nghệ và quy trình công nghệ thấm chi tiết thực; kiểm tra lại bằng tổ chức tế vi, độ cứng bề mặt, cường độ mài mòn, nhiễu xạ tia X - Đã ứng dụng công nghệ thấm nitơ plasma cho một số chi tiết... làm từ thép; 2 Từ các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước, tác giả luận án đã xác định được cơ chế hình thành lớp thấm và bản chất lớp thấm nitơ plasma trên bề mặt thép; 3 Nghiên cứu xác lập quan hệ giữa độ cứng bề mặt E (HV 0.3), cường độ mài mòn m (10-12g/n.mm), chiều dày pha  + ’ d1 (m) và chiều dày pha  d2 (m) với các thông số nhiệt độ thấm T (0C), thời gian thấm t (h) và tỷ lệ khí nitơ/ hydro... miền nghiên cứu của các yếu tố làm cơ sở cho phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố b) Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố Áp dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm đa yếu tố để nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của các yếu tố nhằm tìm ra phương trình hồi qui biểu diễn mối quan hệ giữa các yếu tố ảnh hưởng với các thông số hàm mục tiêu,làm cơ sở cho việc xác định giá trị tối ưu của các thông . chế tạo từ vật liệu 40CrMo. - Phạm vi nghiên cứu + Nghiên cứu một số thông số công nghệ thấm nitơ plasma trên thiết bị thấm nitơ plasma nói trên; + Nghiên cứu cơ chế thấm nitơ nói chung, cơ. - Qua nghiên cứu thực nghiệm ứng dụng công nghệ thấm nitơ plasma, luận án chọn trước các điều kiện tối ưu cho hình thành plasma, chỉ còn các thông số công nghệ thông thường là nhiệt độ thấm. làm từ thép. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu + Công nghệ thấm nitơ plasma trên thiết bị Eltropuls H045x080; + Mẫu vật liệu nghiên cứu: thép 40CrMo; + Một số chi