Các yếu tố đặc trưng cho phương pháp nhiệt luyện
Trong quá trình nhiệt luyện có 3 thông số đặc trưng như sau:
– Nhiệt độ nung nóng : là nhiệt độ cao nhất mà vật liệu cần đạt được trong quá trình nhiệt luyện.
– Thời gian giữ nhiệt: là thời gian giữ nhiệt của vật liệu ở nhiệt độ nung nóng
– Tốc độ nguội: Là tốc độ làm nguội vật liệu sau khi giữ nhiệt.
Ba thông số này đặc trưng tương ứng với ba giai đoạn liên tiếp trong quá trình nhiệt luyện bao gồm: nung nóng, giữ nhiệt và làm nguội.
Đối với kết quả của quá trình nhiệt luyện thì được đánh giá bằng 3 yếu tố sau:
- Tổ chức tế vi của vật liệu: bao gồm cấu tạo các pha, kích thước hạt của vật liệu,...
- Độ cứng của vật liệu bao gồm độ bền, độ dẻo, độ dai của vật liệu
- Độ biến dạng của vật liệu
Các phương pháp nhiệt luyện vật liệu cơ bản
Có 4 phương pháp nhiệt luyện cơ bản bao gồm: phương pháp ủ, phương pháp thường hóa, tôi, ram. Cụ thể như sau.
Các phương pháp nhiệt luyện
1. Phương pháp tôi thép
- Tôi thép là phương pháp nhiệt luyện mà ở đó thép được nung nóng lên nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn để làm xuất hiện tổ chức Austenit, sau đó giữ nhiệt và làm nguội nhanh để austenit chuyển thành mactenxit hay các tổ chức không ổn định khác có độ cứng cao.
- Mục đích của phương pháp tôi thép là nâng cao độ cứng và khả năng chống mài mòn của thép.
- Có 2 phương pháp tôi thép chính là tôi xuyên tâm và tôi mặt ngoài.
+ Tôi xuyên tâm: Là phương pháp mà ở đó nhiệt độ tôi thép được lựa chọn theo thành phần carbon theo giản đồ Fe-C bao gồm thép trước cùng tích và thép sau cùng tích. Sau đó giữ nhiệt độ đó và làm nguội nhanh trong nhiều môi trường khác nhau để thu được chi tiết có độ cứng cả bên trong lẫn bên ngoài.
+ Tôi mặt ngoài: Là phương pháp tôi được thực hiện bằng cách nung nóng nhanh và làm nguội lớp mặt ngoài của chi tiết để thu được sản phẩm sau khi tôi với bề mặt chi tiết có độ cứng cao còn phần lõi chi tiết vẫn mềm và dẻo. Phương pháp này thường được áp dụng với các sản phẩm nhông xích hoặc các trục truyền động xoắn. Có 2 phương pháp tôi mặt ngoài thường được sử dụng là tôi cao tần hoặc tôi bằng ngọn lửa oxy-acetylen.
2. Phương pháp ram thép
- Ram thép là phương pháp nhiệt luyện mà ở đó thép đã tôi được nung nóng ở các mức nhiệt độ tới hạn (AC1), sau đó giữ ở nhiệt độ đó trong một khoảng thời gian sau rồi làm nguội để các tổ chức mactenxit và austenit dư phân hóa thành các tổ chức khác phù hợp với điều kiện làm việc của sản phẩm.
- Có 3 phương pháp ram thép phổ biến hiện nay bao gồm:
+ Ram thấp: là phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng 150 - 250°C để đạt được tổ chức là mactenxit ram.
+ Ram trung bình: là phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng 300 - 450°C để đạt được tổ chức là troxit ram.
+ Ram cao là phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng 500 - 650°C để đạt được tổ chức là xoocbit ram.
3. Ủ thép:
- Ủ là phương pháp nhiệt luyện mà ở đó vật liệu được nung nóng đến nhiệt độ nhất định (thường là khoảng 200 - 1000°C) sau đo giữ ở nhiệt độ này trong một khoảng thời gian nhất định rồi làm nguội chậm cùng lò (với tốc độ làm nguội khoảng 200°C/h) để đạt được tổ chức cân bằng với độ cứng, độ bền thấp nhất và độ dẻo cao nhất.
- Mục đích của phương pháp ủ là:
+ Phương pháp ủ giúp làm giảm độ cứng để dễ tiến hành gia công cắt.
+ Ủ sẽ làm tăng độ dẻo để dễ tiến hành rập, cán và kéo thép ở trạng thái nguội.
+ Phương pháp giảm hoặc khử ứng suất gây nên bởi gia công cắt, đúc, hàn, biến dạng dẻo.
+ Phương pháp ủ có thể làm nhỏ hạt thép nếu nguyên công trước làm hạt lớn.
- Có 5 phương pháp ủ khác nhau bao gồm: ủ hoàn toàn, ủ đẳng nhiệt, ủ xementit hạt, ủ khử ứng suất và ủ không hoàn toàn. Cụ thể như sau:
+ Ủ hoàn toàn: Phương pháp này được sử dụng nhằm để đạt được độ hạt nhỏ mịn của thép. Ở phương pháp này, chi tiết sẽ được nung đến nhiệt độ trên nhiệt độ tới hạn A3 từ 30-50°C (A3 là nhiệt độ tới hạn mà ở đó thép chuyển hoàn toàn sang Austenit), sau đó giữ nhiệt trong một khoảng nhiệt độ nhất định sau đó là nguội cùng lò đến nhiệt độ 200-500°C, sau đó làm nguội ngoài trời
+ Ủ đẳng nhiệt: Phương pháp này được sử dụng trong trường hợp phải rút ngắn thời gian ủ. Ở phương pháp này, chi tiết được nung nóng tới nhiệt độ trên nhiệt độ tới hạn A3 từ 20-30°C, sau đó giữ nhiệt trong một khoảng thời gian nhất định, và làm nguội ở nhiệt độ 680-700°C ở lò khác rồi tiếp tục giữ ở nhiệt độ này từ 2-5h sau đó làm nguội ngoài trời.
+ Ủ xementit hạt: Phương pháp này thường được dùng cho thép dụng cụ. Quá trình ủ sẽ làm thay đổi tổ chức tế vi của thép từ xementit tấm sang xementit hạt nhằm giảm độ cứng và tăng khả năng cắt gọt của chi tiết.
+ Ủ khử ứng suất bên trong của thép: Phương pháp này được sử dụng để giảm sự nứt vỡ của chi tiết sau khi đúc hoặc hàn. Ở phương pháp này, chi tiết sẽ được nung đến nhiệt độ 500 – 600°C sau đó giữ trong thời gian nhất định và cuối cùng là làm nguội chậm.
+ Ủ không hoàn toàn: Phương pháp ủ này nhằm tạo ra những hạt mới đồng đều về kích thước.
4. Thường hóa
- Thường hóa là phương pháp nhiệt luyện được sử dụng để nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn Austenit, sau đó giữ nhiệt rồi làm nguội trong không khí để Austenit phân hóa thành peclit rồi phân tán thành xoocbit với độ cứng thấp.
- Phương pháp thường hóa thường được sử dụng với các mục đích như sau:
+ Phương pháp thường hóa sử dụng để đạt độ cứng thích hợp để gia công cắt đối với thép có lượng carrbon thấp(khoảng 0,25%C)
+ Làm nhỏ xementit với mục đích là để chuẩn bị cho quá trình nhiệt luyện cuối cùng.
+ Làm mất tổ chức xementit II dạng lưới của thép sau do cơ tính rất xấu
+ Khử ứng suất trong thép được tạo ra bởi quá trình gia công áp lực.
Vai trò của phương pháp nhiệt luyện trong sản xuất cơ khí
- Trong sản xuất cơ khí, phương pháp nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng vì chúng không những tạo cho chi tiết sau khi gia công có những tính chất cần thiết mà còn làm tăng tính công nghệ của vật liệu. Do đó, có thể nói nhiệt luyện là quá trình quan trọng không thể thiếu được đối với sản xuất cơ khí và là một trong những yếu tố công nghệ quan trọng quyết định chất lượng của sản phẩm cơ khí.
- Nhiệt luyện còn có ảnh hưởng và quyết định tới tuổi thọ của các sản phẩm khuôn mẫu, cơ khí. Với các khuôn mẫu, máy móc cần chính xác cao, làm việc trong điều kiện khắc nghiệt thì yêu cầu cơ tính càng cao do đó số lượng chi tiết cần nhiệt luyện càng nhiều. Phương pháp nhiệt luyện sẽ giúp tăng tuổi thọ và độ bền của các khuôn mẫu, chi tiết cơ khí.
CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NHIỆT THẤM BỀ MẶT
Xử lý nhiệt thấm Ni tơ:
Là phương pháp xử lý nhiệt kim loại sử dụng Ni tơ ở dạng lỏng hoặc dạng khí để tẩm vào bề mặt kim loại trong quá trình luyện kim hay gia công cơ khí với điều kiện nhiệt độ khoảng từ 500 đến 600 độ C.
Đặc điểm của lớp thấm N trên nền thép là có độ sít chặt rất cao, nhờ đó sẽ tạo ra độ cứng bề mặt khá lớn ( > 80 HRA) nhưng lại làm giảm khả năng khuyếch tán sâu của Nitơ vào thép. Theo kinh nghiệm thực tế cũng như lý thuyết, chiều sâu thấm của lớp thấm Nitơ rất mỏng (0.1 max so với 1.2 mm của thấm C) nên lớp thấm N chủ yếu có tác dụng trang trí, chống ăn mòn hóa học và một số dạng mài mòn cũng như khả năng chịu nhiệt. Có một phương pháp khác để tăng chiều sâu thấm N là thấm hỗn hợp C - N, nhưng phương pháp này có một nhược điểm chết người là hỗn hợp khí C - N có thể tạo ra xyanua nên hiện nay, không còn được sử dụng nhiều.
Đối với mác thép của bạn, để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đặt ra, quá trình gia công thường gồm các bước như sau:
- Gia công thô (có làm sạch via)
- Nhiệt luyện : gần giống với mác thép S40C, tôi thể tích + ram để đạt độ cứng ~ 40 HRC.
- Gia công tinh và đánh bóng bề mặt
- Thấm N thể khí (dùng khí NH3). Sau khi thấm, kích thước ngoài của chi tiết có thể tăng (hoặc giảm nếu là lỗ) khoảng 0.08 ~ 0.12 mm nên cần phải tính toán kích thước sau gia công tinh phù hợp. Khi đó, độ cứng bề mặt có thể đạt > 420 HV (~ 45 HRC). Và đối với mác thép hợp kim của bạn, sẽ thừa đủ để đạt độ cứng yêu cầu (50 ~ 54 HRC ... tất nhiên là phải đo theo HV)
Chú ý:
- Bề mặt thấm Nitơ có thể chịu mài mòn tốt nhưng khả năng chịu va đập là kém (cứng và giòn). Thường được áp dụng cho các loại khuôn đùn, ép ... và hạn chế với các khuôn dập.
- Lớp thấm Nitơ rất mỏng, vì vậy nếu tiến hành mài sửa hoặc gia công tinh sau thấm thì có thể làm mất luôn lớp thấm
- Theo những trình bày ở trên, hoàn toàn không cần tôi tần số cao sau khi thấm. Nếu làm thêm công đoạn đó, vừa không có tác dụng, vừa có thể làm bung luôn cả lớp thấm Nitơ.
7. Xử lý nhiệt thấm Carbon:
Khác với phương pháp gia nhiệt bằng Ni tơ. Quá trình nhiệt luyện cho kim loại này lại được thực hiện trong điều kiện bầu không khí có thấm carbon. Khiến cho carbon thẩm thấu vào bề mặt vật liệu giúp vật liệu kim loại trở nên cứng cáp hơn. Quá trình này thường được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ khoảng 150 đến 200 độ C.
8. Xử lý nhiệt thể tích:
Một phương pháp nhiệt luyện kim loại khác thường được ứng dụng. Đó chính là nhiệt luyện thể tích hay gia nhiệt thể tích. Đặc biệt trong việc xử lý nhiệt cho vật liệu thép. Thép sau khi đun nóng đến nhiệt độ nhất định được làm lạnh đột ngột. Để thay đổi trạng thái cố định carbon bên trong thành phần của thép.
Điều này giúp cho các sản phẩm làm từ thép hoặc các kim loại khác gia tăng độ cứng. Tránh bị bào mòn trong quá trình sử dụng.
Hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn dịch vụ phù hợp với nhu cầu của các bạn!