Carburizing Là Gì?
Carburizing là một quá trình làm cứng vỏ trong đó carbon khuếch tán vào lớp bề mặt của bộ phận thép ở nhiệt độ đủ cao để thay đổi cấu trúc hạt thép. Sự thay đổi này cho phép thép hấp thụ carbon. Kết quả là tạo ra một lớp chống mài mòn giúp quá trình cacbon hóa trở thành một quy trình lý tưởng trong sản xuất kim loại bền và an toàn.
Carburizing là một quá trình xử lý nhiệt trong đó sắt hoặc thép hấp thụ carbon trong khi kim loại được nung nóng với sự có mặt của vật liệu chứa carbon, chẳng hạn như than củi hoặc carbon monoxide. Mục đích là làm cho kim loại cứng hơn.
Tùy thuộc vào lượng thời gian và nhiệt độ, khu vực bị ảnh hưởng có thể có hàm lượng carbon khác nhau. Thời gian cacbon hóa dài hơn và nhiệt độ cao hơn thường làm tăng độ sâu khuếch tán cacbon.
Khi sắt hoặc thép được làm nguội nhanh bằng cách làm nguội, hàm lượng carbon cao hơn ở bề mặt bên ngoài sẽ trở nên cứng do sự chuyển đổi từ austenite thành martensite, trong khi lõi vẫn mềm và cứng như cấu trúc vi mô ferit và/hoặc ngọc trai.
Quá trình sản xuất này có thể được đặc trưng bởi các điểm chính sau:
- Nó được áp dụng cho các phôi có hàm lượng carbon thấp;
- Phôi tiếp xúc với khí, chất lỏng hoặc chất rắn có hàm lượng carbon cao;
- Nó tạo ra bề mặt phôi cứng; lõi phôi phần lớn vẫn giữ được độ dẻo dai và độ dẻo của chúng, và
- Nó tạo ra độ cứng vỏ có độ sâu lên tới 0,25 inch (6,4 mm).
Trong một số trường hợp, nó đóng vai trò như một biện pháp khắc phục tình trạng khử cacbon không mong muốn đã xảy ra trước đó trong quy trình sản xuất.
Phương Pháp Cacbon Hóa
Quá trình cacbon hóa thép liên quan đến việc xử lý nhiệt bề mặt kim loại bằng cách sử dụng nguồn carbon. Quá trình cacbon hóa có thể được sử dụng để tăng độ cứng bề mặt của thép cacbon thấp. Quá trình cacbon hóa ban đầu sử dụng than trực tiếp được đóng gói xung quanh mẫu cần xử lý, nhưng các kỹ thuật hiện đại sử dụng khí hoặc plasma chứa carbon.
Quá trình này phụ thuộc chủ yếu vào thành phần khí xung quanh và nhiệt độ lò, phải được kiểm soát cẩn thận vì nhiệt cũng có thể tác động đến cấu trúc vi mô của phần còn lại của vật liệu. Đối với các ứng dụng cần kiểm soát tốt thành phần khí, quá trình cacbon hóa có thể diễn ra dưới áp suất rất thấp trong buồng chân không.
Quá trình cacbon hóa plasma ngày càng được sử dụng để cải thiện đặc tính bề mặt của các kim loại khác nhau, đặc biệt là thép không gỉ. Quá trình này thân thiện với môi trường. Nó cũng cung cấp khả năng xử lý đồng đều các thành phần có hình học phức tạp, làm cho nó rất linh hoạt trong việc xử lý thành phần.
Quá trình cacbon hóa hoạt động thông qua sự khuếch tán của các nguyên tử carbon vào các lớp bề mặt kim loại. Vì kim loại được tạo thành từ các nguyên tử liên kết chặt chẽ thành mạng tinh thể kim loại, các nguyên tử cacbon khuếch tán vào cấu trúc tinh thể của kim loại và tồn tại trong dung dịch hoặc phản ứng với các nguyên tố trong kim loại chủ để tạo thành cacbua.
Nếu carbon vẫn còn trong dung dịch rắn, thép sẽ được xử lý nhiệt để làm cứng nó. Cả hai cơ chế này đều tăng cường bề mặt kim loại, cơ chế trước bằng cách hình thành ngọc trai hoặc martensite, và cơ chế sau thông qua sự hình thành cacbua. Cả hai vật liệu này đều cứng và chống mài mòn.
Quá trình cacbon hóa khí thường được thực hiện ở nhiệt độ trong khoảng 900 đến 950°C.
Trong hàn oxy-axetylen, ngọn lửa cacbon hóa là ngọn lửa có ít oxy, tạo ra ngọn lửa có nhiều muội than, nhiệt độ thấp hơn. Nó thường được sử dụng để ủ kim loại, làm cho nó dễ uốn và linh hoạt hơn trong quá trình hàn.
Công ty TNHH Thiết Bị Công Nghiệp Tuệ An chuyên cung cấp các dịch vụ trui, tôi cao tần, tôi thể tích, tôi chân không, mài tâm, mài lỗ, mài mặt phẳng, tiện phay CNC, mạ Crom, nhuộm đen, mạ Niken
Thông tin liên hệ:
Hotline: 0359119179
Email: nguyen.le@kanavn.vn
Các Loại Cacbon Hóa
Trước đây, tùy thuộc vào nguồn cacbon, có ba loại phương pháp cacbon hóa: cacbon hóa bằng khí, cacbon hóa bằng chất lỏngvà cacbon hóa bằng khí. Than củi, muối nóng chảy và các loại khí chứa carbon như khí tự nhiên và propan được sử dụng tương ứng.
Có ba loại cacbon hóa thường được sử dụng:
- Carburizing bằng khí
- Carburizing bằng chất lỏng
- Carburizing bằng chất rắn
Cả ba quá trình đều dựa trên sự biến đổi austenite thành martensite trong quá trình làm nguội. Sự gia tăng hàm lượng carbon trên bề mặt phải đủ cao để tạo ra lớp martensitic có đủ độ cứng, thường là 700 HV, để tạo ra bề mặt chống mài mòn.
Hàm lượng cacbon cần thiết trên bề mặt sau khi khuếch tán thường là 0,8 đến 1,0%C. Các quá trình này có thể được thực hiện trên nhiều loại thép cacbon, thép hợp kim và gang, trong đó hàm lượng cacbon trong khối lượng tối đa là 0,4% và thường nhỏ hơn 0,25%. Xử lý nhiệt không đúng cách có thể dẫn đến quá trình oxy hóa hoặc khử cacbon.
Mặc dù đây là một quá trình tương đối chậm nhưng quá trình cacbon hóa có thể được sử dụng như một quá trình liên tục và phù hợp cho quá trình làm cứng bề mặt ở khối lượng lớn.
1. Carburizing Bằng Khí
Trong quá trình cacbon hóa bằng khí, bao gồm việc nung nóng thép cacbon đến nhiệt độ austenit hóa trong môi trường giàu cacbon. Người ta thường sử dụng khí mang, chẳng hạn như khí thu nhiệt (“Endo”) cùng với việc làm giàu hydrocarbon (khí tự nhiên hoặc propan).
Thành phần này được giữ trong lò có chứa khí mêtan hoặc propan với khí mang trung tính, thường là hỗn hợp N2, CO, CO2, H2 và CH4. Ở nhiệt độ cacbon hóa, khí metan (hoặc propan) phân hủy trên bề mặt thành phần thành cacbon nguyên tử và hydro, với cacbon khuếch tán vào bề mặt.
Nhiệt độ thường là 925°C và thời gian cacbon hóa dao động từ 2 giờ đối với vỏ có độ sâu 1mm đến tối đa 36 giờ đối với vỏ có độ sâu 4mm. Môi trường làm nguội thường là dầu, nhưng cũng có thể là nước, nước muối, xút hoặc polyme.
2. Carburizing Chân Không
Quá trình cacbon hóa này bao gồm môi trường áp suất thấp, không có oxy. Quá trình này sử dụng các hydrocacbon khí như metan. Vì môi trường không có oxy nên nhiệt độ cacbon hóa có thể tăng lên mà không lo bị oxy hóa. Nhiệt độ càng cao, độ hòa tan và tốc độ khuếch tán carbon càng cao, giúp giảm thiểu thời gian cần thiết cho độ sâu trường hợp
3. Carburizing Bằng Chất Lỏng
Carburizing bằng chất lỏng là một quá trình được sử dụng để làm cứng các bộ phận bằng thép hoặc sắt. Các bộ phận được giữ ở nhiệt độ trên Ac1 trong muối nóng chảy để đưa cacbon và nitơ, hoặc chỉ cacbon, vào kim loại. Hầu hết các bể cacbon hóa lỏng đều chứa xyanua, chất này đưa cả cacbon và nitơ vào thùng.
Chất lỏng hoặc xyanua được cacbon hóa bằng cách đặt thành phần vào bể muối ở nhiệt độ 845 đến 955 ° C. Muối thường là hỗn hợp xyanua-clorua-cacbonat và có độc tính cao. Muối xyanua đưa một lượng nhỏ nitơ vào bề mặt, giúp cải thiện độ cứng của nó hơn nữa. Mặc dù đây là quá trình cacbon hóa nhanh nhất nhưng nó chỉ phù hợp với quy mô lô nhỏ.
4. Carburizing Rắn (Gói Cacbon Hóa)
Cacbon hóa dạng rắn hoặc gói là một quá trình trong đó carbon monoxide có nguồn gốc từ một hợp chất rắn bị phân hủy ở bề mặt kim loại thành carbon mới sinh và carbon dioxide. Thùng chứa cacbon được làm bằng thép cacbon, thép cacbon phủ nhôm hoặc hợp kim chịu nhiệt sắt – niken – crom .
Các bộ phận được bao quanh bởi môi trường cacbon hóa và được đặt trong hộp kín. Môi trường thường là than cốc hoặc than củi trộn với bari cacbonat. Quá trình này thực sự là một quá trình cacbon hóa khí khi CO sinh ra phân ly thành CO2 và carbon khuếch tán vào bề mặt của các bộ phận.
Nhiệt độ thường là 790 đến 845°C trong thời gian từ 2 đến 36 giờ. Quá trình cacbon hóa đóng gói là quá trình cacbon hóa ít phức tạp nhất và do đó vẫn là một phương pháp được sử dụng rộng rãi.
Thấm Cacbon
Quá trình thấm cacbon được thực hiện trên một phần thép tương tự, mặc dù hàm lượng cacbon theo khối lượng có thể là 0,4-0,5%. Phương pháp này đặc biệt thích hợp để làm cứng bề mặt của các bộ phận cần lõi cứng, chẳng hạn như bánh răng và trục B..
Carbonitriding là một biến thể của quá trình cacbon hóa khí trong đó amoniac được thêm vào metan hoặc propan và là nguồn cung cấp nitơ.
