TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP NHIỆT LUYỆN

1. Phương pháp nhiệt luyện là gì

Nhiệt luyện là công nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt tại đó một thời gian thích hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ nhất định để làm thay đổi tổ chức, do đó biến đổi cơ tính và các tính chất khác theo ph­ương hướng đã chọn trước.

2. Ưu điểm nổi bật của phương pháp nhiệt luyện

Phương pháp nhiệt luyện có đặc điểm nổi bật đó là chỉ làm thay đổi tính chất của vật liệu bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong vật liệu đó mà không hề làm thay đổi hình dáng và kích thước của chi tiết. Phương pháp này ngoài có tác dụng làm tăng độ cứng, độ bền và tính chống mài mòn của thép còn có thể cải thiện tính công nghệ, hiện đại cho sản phẩm. 

Phương pháp nhiệt luyện giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, đem lại ý nghĩa kinh tế rất lớn cho ngành công nghiệp nói riêng và nền kinh tế của đất nước nói chung như có thể nâng cao độ bền lâu của máy móc thiết bị, kéo dài thời gian làm việc….

3. Các phương pháp nhiệt luyện cơ bản

Hình ảnh 2: Các phương pháp nhiệt luyện cơ bản

3.1. Phương pháp ủ

- Là phương pháp nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định (từ 200 - 1000⁰C), giữ nhiệt ở một thời gian nhất định rồi làm nguội chậm cùng với lò để đạt được tổ chức cân bằng với độ cứng, độ bền thấp nhất, độ dẻo cao nhất.

+ Làm giảm độ cứng để dễ tiến hành gia công cắt.

+ Làm tăng độ dẻo để dễ tiến hành rập, cán và kéo thép ở trạng thái nguội.

+ Làm giảm hay làm mất ứng suất gây nên bởi gia công cắt, đúc, hàn, biến dạng dẻo.

+ Làm nhỏ hạt thép nếu nguyên công trước làm hạt lớn.

- Tùy theo yêu cầu kỹ thuật người ta áp dụng các phương pháp ủ sau:

3.1.1. Ủ hoàn toàn

Để đạt được độ hạt nhỏ mịn của thép, do đúc hay rèn quá nhiệt, do nhiệt luyện sai chế độ, hạt bị thô. Ta khắc phụ bằng cách ủ hoàn toàn. Chế độ ủ hoàn toàn được thực hiện như sau: chi tiết được nung nóng đến nhiệt độ A₃ + (30 - 50⁰C). (A₃ là đường cong GS trên giản đồ trạng thái) . Ở nhiệt độ tới hạn A₃ thép chuyển biến hoàn toàn sang austenit, ta giữ nhiệt độ đó trong khỏang thời gian nhất định. Sau đó làm nguội cùng lò đến 200 - 500⁰C rồi tiếp tục làm nguội ngoài trời.

3.1.2. Ủ đẳng nhiệt

Để rút ngắn thời gian ủ người ta ủ đẳng nhiệt. Phương pháp này được tiến hành như sau: nung chi tiết đến nhiệt độ A₃ + (20 - 30⁰C). sau đó giữ nhiệt trong khỏang thời gian, rồi chi tiết được chuyển sang lò khác hoặc làm nguội ở nhiệt độ 680 - 700⁰C. Ở nhiệt 680 - 700⁰C chi tiết cần phải được giữ nhiệt trong khỏang 2 - 5 giờ. Tiếp đó làm nguội ngoài khí trời.

3.1.3. Ủ để được xementit hạt

Phương pháp này được sử dụng cho thép dụng cụ. Quá trình ủ làm thay đổi cấu tạo thép từ xementit tấm thành xementit hạt, làm giảm độ cứng, tăng tính cắt gọt chi tiết. Ngoài ra còn làm giảm sự nứt, biến dạng trong khi tôi. Phương pháp này được tiến hành như sau: nung thép ở nhiệt độ A₁ + (30 - 50⁰C), giữ nhiệt từ 6 đến 8 giờ, giảm nhiệt với tốc độ từ 40 – 50 độ/giờ cùng với lò tới nhiệt độ 600 - 650⁰C, sau đó tiếp tục làm nguội ngoài khí trời.

3.1.4. Ủ khử nội lực bên trong của thép

Sau khi đúc, hàn và cán thì bên trong chi tiết sẽ xuất hiện nội lực. Để giảm ứng suất gây nứt chi tiết người ta ủ khử ứng suất. Phương pháp ủ được tiến hành như sau: nung nhiệt độ tới 500 - 600⁰C, giữ trong thời gian nhất định, sau đó làm nguội chậm cùng lò. Để rút ngắn thời gian giữ nhiệt, trong sản xuất người ta thường tăng nhiệt độ ủ lên tới 650 - 680⁰C. Vậy nhiệt độ ủ khử nội lực dưới điểm tới hạn A₁ (730⁰C).

3.1.5. Ủ không hoàn toàn

Ủ không hoàn toàn là nung nóng chi tiết lên nhiệt độ cao hơn đường GSK, giữ chi tiết và làm nguội. Mục đích tạo những hạt mới đồng đều.

3.2. Phương pháp thường hóa

- Là phương pháp nhiệt luyện gồm nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn Austenit (A₃ +(30 - 50^oC) hay A­_cm + (30 - 50^oC)) giữ  nhiệt rồi làm nguội tiếp theo trong không khí tĩnh để Austenit phân hóa thành peclit phân tán thành xocbit với độ cứng tương đối thấp. Ưu điểm của phương pháp này là giải phóng lò ngay sau khi nung.

+ Đạt độ cứng thích hợp để gia công cắt đối với thép cacbon thấp(£ 0,25%)

+ Làm nhỏ xementit để chuẩn bị cho nhiệt luyện cuối cùng.

+ Làm mấtxementit II ở dạng lưới của thép sau cùng tích.

+ Khử ứng suất trong thép do gia công áp lực.

3.3. Phương pháp tôi thép

- Tôi thép là phương pháp nung nóng thép lên cao quá nhiệt độ tới hạn để làm xuất hiện tổ chức Austenit giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh thích hợp để austenit chuyển thành mactenxit hay các tổ chức không ổn định khác với độ cứng cao.

- Mục đích của tôi thép là: Nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn của thép.

- Có hai hình thức tôi là: tôi xuyên tâm và tôi mặt ngoài.

+ Tôi xuyên tâm

• Chọn nhiệt độ để tôi thép theo thành phần cacbon trên giản đồ
• Thép trước cùng tích, thép sau cùng tích
• Giữ nhiệt và làm nguội nhanh hợp lý (làm nguội trong nhiều môi trường khác nhau). Chi tiết cứng cả trong lẫn ngoài. Để đánh giá hiệu quả của các phương pháp tôi người ta đưa vào chỉ tiêu độ thấm tôi.

+ Tôi mặt ngoài

Tôi mặt ngoài thực hiện bằng cách nung nhanh và làm nguội lớp mặt ngoài của chi tiết. Bề mặt chi tiết sau khi tôi có độ cứng cao còn phần lõi vẫn mềm và dẻo. Tôi mặt ngoài thường dùng để tôi bánh răng, các trục truyền động xoắn. Các phương pháp tôi mặt ngoài thường được sử dụng:

• Tôi cao tần: là sử dụng dòng điện xoay chiều có tần số cao để nung nhanh bề mặt ngoài của chi tiết.
• Tôi bằng ngọn lửa ôxy - axêtylen: Nung nhanh chi tiết bằng ngọn lửa ôxy - axêtylen để bề mặt đạt đến nhiệt độ tới hạn A₃ và làm nguội nhanh trong nước hay dung dịch hóa chất.

3.4. Phương pháp ram thép

Ram là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã tôi dưới các nhiệt độ nhiệt độ tới hạn (AC₁), giữ nhiệt độ ở một thời gian và làm nguội. Nhằm để mactenxit và austenit dư phân hóa thành các tổ chức thách hợp phù hợp với điều kiện làm việc quy định.

Mục đích của ram thép là làm giảm hoặc làm mất các ứng suất dư sau khi tôi đến mức cần thiết để đáp ứng điều kiện làm việc lâu dài của sản phẩm cơ khí mà vẫn duy trì cơ tính sau khi tôi.

- Có 3 cách ram:

+ Ram thấp là phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng 150 - 250⁰C tổ chức đạt được là mactenxit ram.

+ Ram trung bình là phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng 300 - 450⁰C tổ chức đạt được là troxit ram.

+ Ram cao là phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng 500 - 650⁰C, tổ chức đạt được là xoocbit ram.