Giới thiệu chung về Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 4507:2008

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 4507:2008 (hoàn toàn tương đương với tiêu chuẩn quốc tế ISO 3887) là văn bản kỹ thuật quan trọng quy định các phương pháp xác định chiều sâu lớp thoát cacbon của các loại thép. Hiện tượng thoát cacbon xảy ra trong quá trình gia công nhiệt (như nung nóng, rèn, cán, nhiệt luyện) làm giảm lượng cacbon ở bề mặt thép, ảnh hưởng trực tiếp đến độ cứng, độ bền mỏi và khả năng chống mài mòn của chi tiết. Việc xác định chính xác chiều sâu lớp thoát cacbon giúp đánh giá chất lượng sản phẩm và kiểm soát quy trình công nghệ chế tạo.

- Phạm vi áp dụng (Điều 1)

• Tiêu chuẩn này quy định các phương pháp xác định chiều sâu lớp thoát cacbon của thép không hợp kim và thép hợp kim thấp.
• Các phương pháp được trình bày trong tiêu chuẩn áp dụng cho các sản phẩm thép có cấu trúc nhận biết được qua phân tích tổ chức tế vi hoặc đo độ cứng.
• Tiêu chuẩn không áp dụng cho các loại thép có hàm lượng cacbon quá thấp hoặc các loại thép hợp kim cao mà sự thay đổi hàm lượng cacbon không làm thay đổi rõ rệt tổ chức tế vi hoặc độ cứng bề mặt.

- Tài liệu viện dẫn (Điều 2)

• Để áp dụng tiêu chuẩn này một cách chính xác, cần viện dẫn đến các tiêu chuẩn liên quan về thử nghiệm cơ lý và phân tích tổ chức tế vi của kim loại.
• Các tài liệu viện dẫn bao gồm các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế về thử độ cứng Vickers (TCVN 258-1 / ISO 6507-1), thử độ cứng Knoop (ISO 4545) và các phương pháp chuẩn bị mẫu thử hiển vi.
• Trong trường hợp các tài liệu viện dẫn có sự thay đổi hoặc sửa đổi, người sử dụng cần áp dụng phiên bản mới nhất của tài liệu đó.

- Thuật ngữ và định nghĩa (Điều 3)

Điều 3 của tiêu chuẩn đưa ra các định nghĩa cốt lõi nhằm thống nhất cách hiểu và cách đo lường chiều sâu lớp thoát cacbon:

• Thoát cacbon (Decarburization): Là hiện tượng giảm hàm lượng cacbon ở vùng bề mặt của sản phẩm thép do tác dụng của môi trường khí nóng trong quá trình nung.
• Chiều sâu thoát cacbon hoàn toàn (Depth of complete decarburization): Khoảng cách từ bề mặt sản phẩm đến ranh giới mà tại đó hàm lượng cacbon đã bị giảm đến mức thực tế bằng không (chỉ còn lại tổ chức ferit hoàn toàn).
• Chiều sâu thoát cacbon một phần (Depth of partial decarburization): Khoảng cách từ ranh giới của lớp thoát cacbon hoàn toàn đến điểm mà tại đó hàm lượng cacbon đạt đến giá trị tương đương với hàm lượng cacbon của kim loại nền (không bị ảnh hưởng bởi quá trình thoát cacbon).
• Chiều sâu thoát cacbon tổng cộng (Total depth of decarburization): Tổng chiều sâu của lớp thoát cacbon hoàn toàn và lớp thoát cacbon một phần. Đây là thông số kỹ thuật quan trọng nhất thường được yêu cầu trong các tiêu chuẩn sản phẩm.

- Các phương pháp xác định chung (Điều 4)

Tiêu chuẩn quy định ba nhóm phương pháp chính để xác định chiều sâu lớp thoát cacbon, tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật, loại thép và trang thiết bị của phòng thử nghiệm:

• Phương pháp hiển vi (Metallographic method): Đây là phương pháp phổ biến nhất, thực hiện bằng cách quan sát tổ chức tế vi của mẫu thử dưới kính hiển vi quang học sau khi đã được mài, đánh bóng và tẩm thực bằng dung dịch thích hợp (thường là nital). Phương pháp này cho phép đo trực tiếp chiều sâu lớp thoát cacbon hoàn toàn và một phần dựa trên sự thay đổi tỷ lệ các pha (ferit và peclit).
• Phương pháp đo độ cứng (Hardness method): Áp dụng phương pháp đo độ cứng tế vi (Vickers hoặc Knoop) với tải trọng nhỏ trên mặt cắt ngang của mẫu thử. Chiều sâu lớp thoát cacbon được xác định bằng cách đo độ cứng từ bề mặt đi dần vào trong cho đến khi giá trị độ cứng đạt đến độ cứng ổn định của kim loại nền.
• Phương pháp phân tích hóa học hoặc phổ quang (Chemical or spectrographic analysis method): Xác định hàm lượng cacbon bằng cách phân tích hóa học các lớp kim loại mỏng được bóc tách dần từ bề mặt vào trong, hoặc sử dụng phương pháp quang phổ phát xạ phóng điện phát quang (GDOES) để phân tích sự phân bố cacbon theo chiều sâu.

- Lựa chọn phương pháp thử nghiệm phù hợp

• Việc lựa chọn phương pháp cụ thể phụ thuộc vào trạng thái nhiệt luyện của thép, hàm lượng cacbon trong thép nền và độ chính xác yêu cầu của phép đo.
• Đối với thép ở trạng thái ủ hoặc thường hóa, phương pháp hiển vi thường cho kết quả trực quan và nhanh chóng nhất.
• Đối với thép đã tôi và ram, phương pháp đo độ cứng tế vi là công cụ hiệu quả nhất để xác định ranh giới ảnh hưởng của sự thoát cacbon đối với cơ tính của chi tiết.