Tìm hiểu công nghệ nhiệt luyện thép
Công nghệ nhiệt luyện:
+ Trong chế tạo cơ khí, nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng vì không những nó tạo cho chi tiết sau khi gia công cơ những tính chất cần thiết mà còn làm tăng tính công nghệ của vật liệu. Nhiệt luyện giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, có ý nghĩa kinh tế rất lớn [để kéo dài thời gian làm việc; nâng cao độ bền lâu của công trình, máy móc thiết bị…] …
+ 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 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.
+ Nhiệt luyện chỉ làm thay đổi tính chất của vật liệu [chủ yếu là vật liệu kim loại] bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong mà không làm thay đổi hình dáng và kích thước của chi tiết.
+ Có rất nhiều phương pháp nhiêt luyện thép, trong sản xuất cơ khí chế tạo phải biết tận dụng các phương pháp thích hợp để không những đảm bảo khả năng làm việc lâu dài cho chi tiết, dụng cụ bằng thép mà còn đễ dàng cho quá trình gia công.
Sau đây là các phương pháp thường dùng nhất;
1. Ủ và Thường hóa;
- Là Phương pháp nung nóng chi tiết đến nhiệt độ xác định,giữ nhiệt lâu rồi làm nguội chậm trong lò;
- Có nhiều phương pháp ủ như:
+ Ủ có chuyển biến pha [ủ hoàn toàn,ủ không hoàn toàn,ủ đẳng nhiệt,ủ khoếch tán];
+ Ủ không chuyển biến pha[Ủ thấp,ủ kết tinh lại];
- Các Phương pháp ủ nhằm đạt được một, hai hoặc ba trong năm mục đích sau:
*Giảm độ cứng để để gia công cắt gọt;
*Làm tăng độ dẻo để dễ dàng gia công biến dạng nguội như dập,cán ,kéo;
*Làm nhỏ hạt cho khâu tôi tiếp theo;
*Giảm hoặc khử bỏ ứng suất bên trong gây ra bởi gia công cơ khí như đúc,hàn,cắt…;
*Làm đồng đều thành phần hóa học trên vật đúc bị thiên tích;
2. Tôi :
-Là phương pháp nung thép đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn,giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh để biến nó thành các tổ chức không ổn định có độ cứng cao;
-Có nhiều phương pháp tôi như:
+ Tôi theo nhiêt độ:Tôi hoàn toàn, tôi không hoàn toàn,
+ Tôi theo tiết diện nung nóng:Tôi thể tích,tôi bề mặt,
+ Tôi theo phương thức làm nguội:Tôi trong một môi trường,tôi trong 2 môi trường,tôi phân cấp,tôi đẳng nhiệt;
+ Các phương pháp tôi nhằm mục đích:Nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn;
+ Môi trường tôi có thể là tôi trong nước,tôi trong dung dịch xút và dung dịch muối,tôi trong dầu,
3. Ram
+ Là Phương pháp nung nóng thép đã qua tôi đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tơi hạn giữ nhiệt để Mactenxit và ausenit dư phân hóa thành các tổ chức có cơ tính phù hợp rồi làm nguội;
+ Các phương pháp ram:Ram thấp,ram trung bình,ram cao,ram màu và tự ram;
+ Mục đích:-Làm giảm ứng suất bên trong để không gây ra nứt,cong,vênh,gẩy và hư hỏng chi tiết khi làm việc;
- Biến các tổ chức Mactenxit và Austenit dư thành các tổ chức khác có cơ tính thích hơp với điều kiện làm việc của chi tiết;
Các khuyết tật xảy ra sau khi nhiệt luyện:
1. Biến dạng và nứt: Do ứng suất bên trong gây ra khi làm nguội nhanh trong quá trình tôi và nung nóng quá nhanh;
+ Cách khắc phục:
- Nung nóng và làm nguội với tốc độ hợp lý,đều
- Nên dùng tôi phân cấp,hạ nhiệt trước khi tôi
- Các chi tiết mỏng phải tôi trong khuôn ép
2. Ôxy hóa và thoát cacbon:
Do trong môi trường nung có chứa các thành phần gây ôxy hóa Fe và C như O2,CO2,hơi nước….làm hụt kích thước,xấu bề mặt,giảm độ cứng khi tôi;
+ Cách khắc phục:
- Nung trong môi trường có khí bảo vệ như N2,Ar2….;
- Nung chi tiết trong hộp kín,chi tiết được phủ than gỗ,hàn the;
- Nung chi tiết trong môi trường chân không;
- Tăng lượng dư khi gia công,thấm lại C;
3. Độ cứng không đạt:
Là hiện tượng độ cứng cao hoặc thấp hơn độ cứng mag thép có thể đạt được tương ứng với loại thép và phương pháp nhiệt luyện đó;
- Độ cứng cao:Khi ủ và thường hóa thép hợp kim,do tốc độ nguội quá nhanh,đọ cứng cao hơn quy định gây khó khăn khi gia công cắt gọt và khói biến dạng deo tiếp theo
- Độ cứng thấp:Sauk hi tôi đọ cứng thấp hơn yêu cầu của mác thép la do:
+ Thiếu nhiệt;
+ Làm nguội chưa đủ nhanh;
+ Thoát cacbon;
4. Tính giòn cao: Là hiện tượng sau khi tôi thép quá giòn[độ dai quá thấp]trong khi độ cứng vẫn đạt bình thường đúng quy định;
- Nguyên nhân:Do nhiệt độ nung quá cao,thời gian giữ nhiệt quá dài,hạt thép quá lớn,sau khi tôi Macxentit có kích thước quá lớn nên giòn;
-Khắc phục:Đem thường hóa rồi tôi lại theo đúng chế độ;
**Ngoài ra để làm nâng cao độ cứng bề mặt chi tiết chúng ta có thể dùng các phương pháp sau:
+Tôi cao tần:Tôi cao tần là phương pháp tôi hiện đại dùng dòng điện có tần số cao để nung nóng chi tiết trong thời gian ngắn.
Áp dụng cho các chi tiết có hàm lượng cacbon từ 0,25[CT5] trở lên để đạt độ cứng bề mặt cao độ dẻo dai của lỏi, đảm bảo độ sai lệch kích thước nhỏ nhất. Tránh ứng suất gây gãy vỡ chi tiết.
+Thấm cacbon:Là Phương pháp hóa nhiệt luyện làm bảo hòa[Khuếch tán] cacbon vào bề mặt thép C thấp[
Phương pháp nhiệt luyện là gì? Vì sao người ta nói nhiệt luyện có vai trò quan trọng đối với chất lượng sản phẩm.
Cùng một loại vật liệu, bằng phương pháp nhiệt luyện có thể làm cho chúng trở thành những sản phẩm có cơ tính rất khác nhau [rất cứng hoặc rất mềm].
Ví dụ về phương pháp nhiệt luyện như nhiệt luyện bánh răng, nhiệt luyện dụng cụ cắt và đo lường cơ khí.
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.
Phương pháp nhiệt luyện là phương pháp gia công có những đặc điểm riêng. Sau đây là các điểm phân biệt nguyên công này với các nguyên công gia công cơ khí khác:
– Khác với đúc, hàn là nó không nung nóng đến trạng thái lỏng, luôn luôn chỉ ở trạng thái rắn [tức nhiệt độ nung nóng phải thấp hơn đường rắn].
– Khác với cắt gọt, biến dạng dẻo [rèn, dập] khi nhiệt luyện [trừ cơ – nhiệt luyện] hình dạng và kích thước sản phẩm không thay đổi hay thay đổi không đáng kể.
– Kết quả của nhiệt luyện được đánh giá bằng biến đổi của tổ chức tế vi và cơ tính, không thể kiểm tra bằng vẻ ngoài bằng mắt thường.
2. Các yếu tố đặc trưng cho nhiệt luyện
Người ta biểu diễn quá trình nhiệt luyện bằng sơ đồ dưới:
Sơ đồ của quá trình nhiệt luyện đơn giản nhất.
Đối với quá trình nhiệt luyện, ít nhất cũng được đặc trưng bằng ba thông số quan trọng nhất sau:
– Nhiệt độ nung nóng Tn° : nhiệt độ cao nhất mà quá trình phải đạt đến.
– Thời gian giữ nhiệt τgn: thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ nung nóng.
– Tốc độ nguội Vnguội sau khi giữ nhiệt.
Ba thông số này đặc trưng tương ứng với ba giai đoạn nối tiếp nhau của quá trình nhiệt luyện: nung nóng, giữ nhiệt và làm nguội.
Đối với kết quả, phương pháp nhiệt luyện được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau:
+ Tổ chức tế vi bao gồm cấu tạo pha, kích thước hạt, chiều sâu lớp hóa bền…
Có thể nói đây là chỉ tiêu gốc, cơ bản nhất song để thực hiện khá mất thời gian, nên thường chỉ kiểm tra trong từng mẻ khi sản xuất đã ổn định.
+ Độ cứng là chỉ tiêu cơ tính dễ xác định và cũng có liên quan đến các chỉ tiêu khác như độ bền, độ dẻo, độ dai.
Vì vậy bất cứ chi tiết, dụng cụ nào qua nhiệt luyện cũng được quy định giá trị độ và thông thường được kiểm tra theo tỷ lệ.
+ Độ cong vênh, biến dạng.
Nói chung độ biến dạng khi nhiệt luyện trong nhiều trường hợp là nhỏ hoặc không đáng kể, song trong một số trường hợp quan trọng yêu cầu này rất khắt khe, nếu vượt quá phạm vi cho phép cũng không thể sử dụng được.
Sở dĩ nhiệt luyện có thể làm thay đổi tính chất của kim loại theo ý muốn, chính là do trong quá trình nung nóng rồi làm nguội kim loại và hợp kim đã xảy ra sự chuyển biến tổ chức bên trong của chúng. Đó cũng chính là cơ sở của phương pháp nhiệt luyện.
>> Xem thêm: Ảnh GIF giản đồ pha Sắt Cacbon, cuối cùng cũng hiểu được sự thay đổi của các Pha
3. Các phương pháp nhiệt luyện thép
Có bao nhiêu phương pháp nhiệt luyện?
Sơ bộ có thể phân loại các phương pháp nhiệt luyện thép với những đặc điểm chủ yếu như sau:
Nhiệt luyện cơ bản
Đây là phương pháp nhiệt luyện thường gặp nhất, chỉ dùng cách thay đổi nhiệt độ [không có biến đổi thành phần và biến dạng dẻo] để biến đổi tổ chức trên toàn tiết diện. Nó bao gồm nhiều phương pháp:
• Ủ: nung nóng rồi làm nguội chậm để đạt tổ chức cân bằng với độ cứng, độ bền thấp nhất, độ dẻo cao nhất.
• Thường hóa: nung nóng đến tổ chức hoàn toàn austenit, làm nguội bình thường trong không khí tĩnh để đạt tổ chức gần cân bằng. Mục đích của ủ và thường hóa là làm mềm thép để dễ gia công cắt và dập nguội.
Ủ và thường hóa được coi là các phương pháp nhiệt luyện sơ bộ.
• Tôi: nung nóng làm xuất hiện austenit rồi làm nguội nhanh để đạt tổ chức không cân bằng với độ cứng cao nhất [nhưng cũng đi kèm với độ giòn cao]. Nếu hiệu ứng này chỉ xảy ra ở bề mặt được gọi là tôi bề mặt.
• Ram: nguyên công bắt buộc sau khi tôi, nung nóng lại thép tôi để điều chỉnh độ cứng, độ bền theo đúng yêu cầu làm việc.
Như vậy tôi và ram là hai nguyên công nhiệt luyện đi kèm với nhau [không tiến hành riêng lẻ mà luôn luôn kết hợp với nhau], mục đích của tôi + ram là tạo cơ tính phù hợp với yêu cầu làm việc cụ thể.
Tôi và ram được coi là các phương pháp nhiệt luyện kết thúc.
>> Bây giờ chúng ta đã có thể giải đáp được câu hỏi: phương pháp nhiệt luyện nào thường được tiến hành sau khi tôi?
Xem thêm: 4 ngọn lửa Nhiệt luyện[Giải nghĩa đơn giản nhất]
Hóa – nhiệt luyện
Dùng cách thay đổi nhiệt độ và biến đổi thành phần hóa học ở bề mặt làm vùng này có biến đổi tổ chức và cơ tính mạnh hơn. Thường tiến hành bằng cách thấm, khuếch tán một hay nhiều nguyên tố nhất định.
• Thấm đơn nguyên tố có: thấm cacbon, thấm nitơ…
• Thấm đa nguyên tố có: thấm cacbon – nitơ, thấm cacbon – nitơ – lưu huỳnh…
Cơ – nhiệt luyện
Dùng cách thay đổi nhiệt độ và biến dạng dẻo để biến đổi tổ chức và cơ tính trên toàn tiết diện mạnh hơn khi nhiệt luyện đơn thuần. Thường tiến hành ở xưởng cán nóng thép, tức ở các xí nghiệp luyện kim.
Chính vì sở hữu nhiều ưu điểm riêng biệt, phương pháp nhiệt luyện luôn là nguyên công không thể thiếu trong quy trình thiết kế, chế tạo máy trong sản xuất cơ khí.
>> Tìm hiểu thêm: “Bát đại cảnh giới” của kiến thức NHIỆT LUYỆN, huynh đài đã luyện tới tầng nào?
Bài viết trên hy vọng cung cấp được những kiến thức hữu ích liên quan tới phương pháp nhiệt luyện.
Mọi vấn đề liên quan đến kỹ thuật vật liệu, các bạn vui lòng bình luận hoặc liên hệ chúng tôi, kythuatvatlieu.com sẽ cùng đồng hành cùng các bạn.