Chương 4 CÔNG NGHỆ NHIỆT LUYỆN

Định nghĩa Nung thép đến nhiệt độ tới hạn, giữ ở đó một thời gian và làm nguội đủ nhanh để tạo được tổ chức không cân bằngĐối với thép là tổ chức Máctenxít có độ cứng cao... Nếu tôi hoà

Chương 4

 CÔNG NGHỆ NHIỆT LUYỆN

 4.1 Một số khái niệm cơ bản về nung thép

 4.1.1.Yêu cầu đối với việc nung thép

 4.1.2.Phân loại phương pháp

4.1.1.Yêu cầu đối với việc nung thép

4.1.2.Phân loại phương pháp

 Nhiệt luyện thông thường: Chỉ dùng nhiệt làm thay đổi tính chất kim loại như: ủ, thường

hoá, tôi, ram.

 Hoá nhiệt luyện: Dùng nhiệt kết hợp với hoá chất làm thay đổi tính chất kim loại như: thấm các bon, thấm Nitơ…

 Cơ nhiệt luyện: dùng nhiệt kết hợp với tác

dụng cơ học làm thay đổi tính chất kim loại

như: cán, rèn…

4.2.2.Phương pháp ủ

nhiệt độ ủ từ 200 - 300C nhằm khử bỏ ứng suất

dư trong vật đúc, sản phẩm cơ khí Nhiệt độ ủ từ

450 - 600C giữ khoảng một đến hai giờ, khử ứng suất hoàn toàn hơn Ap dụng cho những chi tiết

đặc biệt ví dụ như thân máy sau khi đúc, xécmăng sau mài, lò xo sau cuốn,…vv Nếu yêu cầu không

cao chỉ cần giảm ứng suất đến mức nhất định thì

để ngoài trời từ 9 đến 12 tháng Cách này lãng phí thời gian, ứ đọng sản phẩm, chi phí về kho bãi

b.Ủ kết tinh lại

Nhiệt độ ủ từ 600 đến 700C, nhằm khôi phục độ cứng, độ dẻo sau biến dạng

nguội, hạt không bị biến dạng Phương pháp này dễ làm cho thép có hạt lớn nên

ít được áp dụng

 2.Ủ có chuyển biến pha

 a.Ủ hoàn toàn

 b.Ủ không hoàn toàn

 c.Ủ cầu hoá

 d.Ủ khuếch tán

 e.Ủ đẳng nhiệt

 a.Ủ hoàn toàn

nhiệt độ ủ cao hơn AC3 hoặc ACm từ 20 ÷

tục làm nguội ngoài không khí Nếu ủ chế độ trên

mà chưa đạt thì phải ủ 2 lần Lần 1 nung nóng ở

b.Ủ không hoàn toàn

 Nhiệt độ ủ cao hơn AC1 từ 20 đến

30C(760 ÷ 780C), tạo ra sự chuyển biến không hoàn toàn : xêmentít được giữ nguyên hình

dạng và kích thước, chỉ có péclít chuyển thành ostenít nhỏ hạt

 Thép sau cùng tích có hàm lượng cacbon cao,

dẫn đến chứa một lượng lớn xêmentít, cứng khó cắt gọt Nếu ủ hoàn toàn dễ tạo péclít tấm có độ cứng cao(>220HB) khó cắt gọt Nếu ủ không

hoàn toàn dễ tạo péclít hạt có độ cứng thấp

hơn, dễ cắt gọt, có tổ chức thích hợp cho tôi

thép sau cùng tích( > 0,8%C) Thép sau ủ không hoàn toàn có độ cứng nhỏ hơn 220HB.

d.Ủ khuếch tán

 Nhiệt độ ủ từ 1100 đến 1150oC, thơiø

gian giữ nhiệt lâu từ 10 đến 15 giờ Nhằm tăng khả năng khuếch tán, đồng đều

thành phần Aùp dụng cho thỏi đúc hợp

kim cao, do nhiệt độ ủ cao nên cĩ hạt lớn, sau ủ thường gia cơng áp lực và ủ hồn

tồn

e.Ủ đẳng nhiệt

 Nhiệt độ ủ: 910 + (30 ÷ 50)C, sau đĩ làm nguội đến nhiệt độ 727 - (50 ÷100)C giữ

ở đĩ một thời gian từ 2 từ 5 giờ sau đĩ

làm nguội bằng khơng khí Aùp dụng cho thép hợp kim cao, đạt được peclit

 4.2.3 Thường hóa

 1 Mục đích

 2.Phương pháp

 3 Mục đích và lĩnh vực áp dụng

1 Mục đích

 Nhằm đạt tổ chức hạt mịn, ổn định đối với những vật đúc rèn, khử lớp biến cứng

mặt ngoài

 Thường hóa khác với ủ ở tốc độ làm nguội, tốc

độ làm nguội thường hóa gấp 2 lần so với ủ Vì thế thường hóa rẻ tiền hơn ủ do thời gian trong

lò ngắn Tuy nhiên với thép cacbon lớn hơn

3 Mục đích và lĩnh vực áp dụng

 Nhằm đạt được tổ chức peclít phân tán hay

xoócbít với độ cứng thấp, thép mềm, dễ cắt và dập.

 Với thép C ≤ 0,25% nếu ủ hoàn toàn sẽ quá dẻo ( <140 ÷ 160HB) khó cắt gọt nên áp dụng

thường hoá sẽ dễ cắt hơn.

 Làm nhỏ xêmentít – áp dụng cho thép kết cấu trước khi tôi bề mặt.

 Thép sau cùng tích(> 0,8%C)có xêII dạng lưới nên khi thường hoá xêII ở dạng đứt cách xa

nhau nên ít ảnh hưởng đến tính dẻo.

 4.3.5 Tốc độ nguội và môi trường tôi

 Yêu cầu về môi trường tôi

 4.3.6 Độ thấm tôi(δ)

4.3.1 Định nghĩa

 Nung thép đến nhiệt độ tới hạn, giữ ở đó một thời gian và làm nguội đủ nhanh để tạo được tổ chức không cân bằng(Đối với thép là tổ chức Máctenxít có độ cứng

cao)

4.3.2 Mục đích

 Nâng cao độ bền, tính chống mài mòn và một số tính chất đặc biệt của thép

4.3.3 Nhiệt độ tôi

nhiệt độ này tất cả ferít hoà tan hết vào austenít, sau làm nguội sẽ không còn ferit dư nên có độ cứng đạt cao nhất.

hơn 0,8%C Nếu tôi hoàn toàn và làm nguội nhanh sẽ đạt tổ chức máctenxít và austenít dư, làm giảm độ cứng của thép tôi

khác nhiều thép cacbon, phải tra sổ tay để có được

nhiệt độ thích hợp cho từng mác thép.

4.3.4 Tốc độ nung

 Chú ý đến những chi tiết lớn, có hình

dạng phức tạp và có tính dẫn nhiệt kém

dễ gây nứt vỡ

4.3.5 Tốc độ nguội và môi

trường tôi

 Đây là yếu tố quyết định đến kết quả tôi Cần phải căn cứ vào từng loại thép, hình dáng chi tiết, mục đích yêu cầu đề ra mà chọn môi trường tôi và tốc độ nguội sao cho thích hợp

Yêu cầu về môi trường tôi

 Làm nguội nhanh trong khoảng 500

600C để ostenite(γ) không phân hoá

thành ferít(α) và xêmentít(xê) Muốn vậy phải có Vng lớn hơn Vth để đạt được Mác tenxít

 Làm nguội chậm trong khoảng t = 300  200C nhằm giảm ứng suất khi chuyển

biến, ít gây cong vênh

4.3.6 Độ thấm tôi( δ )

 Phụ thuộc vào các yếu tố như: Bản chất thép, hàm lượng nguyên tố hợp kim lớn thì độ thấm tôi tăng Khả năng làm nguội, nếu vận tốc nguội tăng thì độ thấm tôi tăng, không nên áp dụng biện pháp này vì dễ làm nứt vỡ cong vênh do

ứng suất nhiệt quá lớn Kích thước chi tiết mà nhỏ thì nguội nhanh và có độ thấm tôi lớn Đó chính là chiều dày lớp tôi cứng có tổ chức

Máctenxít Vâïn tốc tới hạn nhỏ thì độ thấm tôi tăng Để đạt được vận tốc tới hạn nhỏ thường tăng nhiệt độ tôi, hợp kim hoá, thép có hạt lớn.

4.3.7 Tốc độ tôi tới hạn(Vth)

quá nguội: Thành phần hợp kim của ostenít càng cao, tính ổn định của ostenít quá nguội càng lớn, Vth càng nhỏ, ostenít càng đồng nhất, càng làm giảm Vth Các phần tử rắn chưa tan hết làm tăng Vth, vì thúc đẩy

chuyển biến tạo thành ferít-cácbít Kích thước hạt càng lớn, càng làm giảm Vth, vì ít biên giới hạt làm khó có

 4.3.8 Các phương pháp tôi

 1 Tôi một môi trường

 2 Tôi trong hai môi trường

 3 Tôi phân cấp

 4 Tôi đẳng nhiệt

 5 Tôi bộ phận

 6 Gia công lạnh

1 Tôi một môi trường

 làm nguội từ nhiệt độ tôi đến nhiêt độ

thường, trong một môi trường làm nguội Phương pháp này gây ứng suất nhiệt lớn,

dễ làm nứt vỡ, cong vênh Áp dụng cho chi tiết đơn giản ít quan trọng

2 Tôi trong hai môi trường

 Làm nguội nhanh qua đỉnh chữ C thì

chuyển sang môi trường thứ hai với vận tốc nguội nhỏ hơn Nhược điểm là khó xác định thời điểm chuyển môi trường làm

nguội Thường áp dụng cho những chi tiết phức tạp hơn so với tôi trong một môi

trường

3 Tôi phân cấp

 Làm nguội nhanh đến gần thời điểm bắt đầu chuyển biến máctenxít(Mđ), giữ một thời gian (không được cắt chữ C) sau đó làm nguội đến nhiệt độ thường ngoài

không khí

 Phương pháp này ít cong vênh hơn, ứng suất nhiệt nhỏ Chỉ áp dụng cho thép hợp kim cao (thép gió), mũi khoan, lưỡi phay

4 Tôi đẳng nhiệt

 Giống tôi phân cấp nhưng giữ lâu hơn để austenít(γ) chuyển biến thành ferit(α) và xêmentít(xe)â nhỏ mịn, có độ cứng tương đối cao, có độ dẻo dai tốt Sau tôi không cần Ram, thường áp dụng cho dụng cụ

cần độ biến dạng cao và không yêu cầu

độ cứng lớn

5 Tôi bộ phận

 Chỉ nung đến nhiệt độ tôi và làm nguội đến nhiệt độ thường tại chỗ cần tôi

6 Gia công lạnh

 Sau khi làm nguội đến nhiệt độ thường thì trong kim loại vẫn còn γ dư nên chuyển

ngay vào môi trường có nhiệt độ t = -50

C đến –70 C để γ dư tiếp tục chuyển biến thành máctenxít (M ), đạt độ cứng(HB)

cao hơn

 Ap dụng cho: vòng bi, vòi phun cao áp,

dụng cụ cắt (có Mđ &Mk thấp còn γ dư khi

 4.4 Ram thép

 4.4.1.Định nghĩa, mục đích

 4.4.3.Phương pháp

 4.4.4 Các hình thức ram

4.4.1.Định nghĩa, mục đích

 Ram là công nghệ nung thép đã tôi ở nhiệt độ nhỏ hơn (727oC) giữ nhiệt một thời gian và làm nguội ngoài không khí tĩnh.

 Thép sau tôi thường có ứng suất dư rất giòn,

ảnh hưởng không tốt đến cơ tính của thép Ram

để khư ûứng suất dư, tăng dẻo, giảm cứng đến mức yêu cầu, ổn định tổ chức và nâng cao cơ

tính của thép đã tôi

4.4.3.Phương pháp

nhiệt, nhiệt độ ram từ 150 đến 600oC Thép sau tôi phải ram ngay nếu để lâu có thể bị nứt Tốc độ nung khi ram phải chậm, nhiệi độ nung phải đồng đều Chi tiết đưa

vào lò phải ở nhiệt độ thường hoặc ở nhiệt độ 200oC, sau đó tăng nhiệt độ từ 50 đến 100oC/h, nung nhanh

quá có thể gây nứt.

nên sự đều nhiệt trong lò Đối với những dụng cụ cắt

nhỏ hay những chi tiết bé có thể ram trong lò dầu, lò

muối hay trong cát nóng.

làm nguội sau ram ngoài không khí tĩnh.

4.4.4 Các hình thức ram

nhiệt từ 30 phút đến 1,5 giờ Mục đích khử ứng suất

trong, giảm rất ít hoặc giữ nguyên độ cứng(12HRC), áp dụng cho những dụng cụ cắt, dụng cụ đo, khuơn

dập,vịng bi…

mạnh ứng suất, tăng giới hạn đàn hồi, và độ dẻo dai, độ cứng giảm cịn 4045HRC Aùp dụng cho những chi tiết sau khi tơi để đạt độ cứng tương đối cao, giới hạn đàn hồi cao, áp dụng cho những lị xo, nhíp, xi lanh, xéc

măng, khuơn rèn, khuơn dập nĩng,

thiện cĩ độ bền và độ dai va đập cao, khử bỏ hồn tồn ứng suất, độ cứng giảm cịn 1524HRC, độ dẻo tăng

 4.5.Những khuyết tật sau nhiệt luyện

 4.5.1 Oxi hoá và thoát cácbon

 4.5.2 Biến dạng và nứt

 4.5.3 Độ cứng không đạt

 4.5.4 Giòn

 4.6.Hoá già

4.5.1 Oxi hoá và thoát cácbon

 Nguyên nhân là do nung ở nhiệt độ cao trong thời gian dài, môi trường nung có

khí CO2, hơi nước

 Khắc phục: Nung trong môi trường khí

trơ, phủ phoi gang, than bột hoặc nung sơ

bộ sau đó nhúng vào hàn the và nung tiêp đến nhiệt độ tôi hoặc nung trong lò muối

có biện pháp khử O2

4.5.2 Biến dạng và nứt

 Do ứng suất trong quá lớn khi làm nguôi nhanh hoặc nguội không đều tạo lực co kéo lớn gây nứt vỡ

 Khắc phục: Thực hiện đúng qui trình, nung chậm, cách sắp xếp chi tiết, cách làm nguội, làm nguội đều và chi tiết sau tôi phải ram ngay

4.5.3 Độ cứng không đạt

 Do nhiệt độ nung không đạt hoặc tốc độ nguội không đúng khi tôi Độ cứng quá cao do ủ, ram, thường hoá Độ cứng

không đạt do quá trình tôi

 Khắc phục: Tìm rõ nguyên nhân và làm lại

4.5.4 Giòn

 Do quá nhiệt gây nên, phát hiện bằng

cách xem mặt gãy hay quan sát kính hiển

vi, tổ chức cấu tạo thép quá nhiệt rất thô,

độ cứng giảm, cơ tính kém

 Khắc phục bằng cách thường hoá làm

nhỏ hạt sau đó đem tôi lại