Chương 6: Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện 36
6.2. Các phương pháp nhiệt luyện 37
- Khái niệm : Ủ là phương pháp nhiệt luyện làm mềm kim loại để dễ cắt gọt , dễ dập định hình , khử bỏ ứng suất dư trong kim loại làm đồng đều thành phần hoặc làm nhỏ hạt để chuẩn bị cho khâu nhiệt luyện sau cùng . Tuỳ theo mục đích cụ thể trong từng trường hợp người ta có thể quy định thích hợp . Nhưng nhìn chung taho tác của ủ là : Nung kim loại đến một nhiệt độ nhất định , giữ một thời gian cần thiết ở nhiệt độ đó rồi sau đó làm nguội chậm . Thong thường người ta để kim loại nguội cùng với lò hoặc làm nguội trong môi trường dẫn nhiệt kém như : Vôi bột , cát nóng .
- Các phương pháp ủ : Có 6 phương pháp ủ
+ Ủ thấp ( Ủ non ) : Nhiệt độ nung tủ = 200 300o C phương pháp này nhằm khử bỏ ứng suất trong , không làm giảm độ cứng của chi tiết . Ủ non thường ứng dụng cho các chi tiết sau khi gia công nguội như : Lò xo uốn nguội .
+ Ủ kết tinh lại : Thép sau gia công bằng áp lực bị biến cứng , hạt kim loại không đều người ta cho ủ kết tinh lại . Nhiệt độ ủ cao hơn nhiệt độ kết tinh lại , ủ như vậy khử được biến cứng , hạt thép đồng đều hơn , dẻo dai hơn , phôi dễ gia công các bước tiếp theo như : Cán , kéo , cắt gọt , ...
+ Ủ không hoàn toàn :
Nhiệt độ ủ được nung cao hơn nhiệt độ tới hạn AC1 từ 20 30o C . Thường áp dụng cho thép sau cùng tích . Khi nung đến nhiệt độ ủ thì chỉ có hạt P OS cạc mảng XeII bở phạ
Acm
Ac1
Vnguọỹi ( Theo loì ) T ( Thời gian )
tuí oC
20-300C
20-300C
38
vỡ , khi làm nguội XeII biến thành dạng hạt . Tác dụng của phương pháp này là khử ứng xuất trong , phá mạng XeII của thép sau cùng tích , tạo điều kiện dễ cắt gọt .
+ UÍ hoaìn toaìn : Nhiệt độ ủ được nung cao hơn nhiệt độ tới hạn AC3 từ 20 30o C . Thường áp dụng cho thép trước cùng tích tổ chức ( P + F ) . Khi đạt được nhiệt độ ủ thì các pha trước đó hoàn toàn chuyển thành OS . Khi làm nguội chậm khử được ứng suất dư , làm nhỏ hạt , tạo cho thép tính dẻo dai .
+ Ủ khuếch tán : Nhiệt độ ủ từ 1100 1150o C . Thép hợp kim thường bị thiên tích mạng , trước khi cán thường phải ủ để làm đồng đều thành phần . Vì nhiệt độ ủ khá cao nên hạt phát triển to , sau khi ủ thường gia công bằng áp lực rồi ủ hoàn toàn .
+ Ủ đẳng nhiệt : Nung chi tiết đến nhiệt độ cần thiết (AC3 + 20 30o C ) và sau một thời gian giữ nhiệt , chi tiết được chuyển sang lò khác hoặc làm nguội cùng lò tới nhiệt độ 680 700o C . Ở nhiệt độ To = 680 700o C chi tiết được giữ nhiệt trong lò một thời gian cần thiết để thành phần của nó hoàn toàn chuyển sang Péclít .
6.2.2. Thường hóa
- Mục đích : Thường hóa nhằm tổ chức hạt mịn đối với những vật đúc và rèn . Thường hóa để tổ chức tinh thể của thép cho việc tôi sau đó .
- Phương pháp : Tiến hành nung thép đến nhiệt độ tới hạn , trên tới hạn Ac3 hay Acm là 30 50o C . Sau khi giữ nhiệt độ đó một thời gian thì làm nguội ngoài không khí tĩnh .
* Ủ khác với thường hóa là tốc độ làm nguội của thường hóa gáp hai lần ủ . 6.2.3. Tôi thép
Có hai hình thức tôi : Tôi xuyên tâm và tôi bề mặt - Tôi xuyên tâm :
+ Khái niệm : Tôi xuyên tâm làm tăng độ cứng và độ bền và độ bền của các vật bằng thép cả ở mặt ngoài cũng như ở trong lõi chi tiết .
+ Phương pháp : Nung thép đến nhiệt cao hơn nhiệt độ tới hạn Ac3 hay Ac1 , thép chuyển biến thành OS , giữ nhiệt độ đó một thời gian và sau đó làm nguội thật nhanh trong môi trường làm guội như : Nước , dầu , dung dịch muối , ... Sau khi tôi tổ
30-500C
t = 50-1000C
Ủ đẳng nhiệt
Vnguọỹi ( Khọng khờ ) Ac1
Ac3 oC
T ( Thời gian )
39
chức của thép đạt đến Máctanxít tổ chức này có độ cứng cao nhất , khi tôi phải làm nguội rất nhanh nên dễ gây ra nứt vỡ chi tiết .
- Tôi bề mặt : Nguyên lý chung
Nung bề mặt chi tiết thật nhanh đến nhiệt độ tôi sao cho trong khi đó phần lớn tiết diện phía bên trong lõi chi tiết chưa kịp nóng thì đã làm nguội nhanh . Như vậy mặt ngoài được tôi còn bên trong lõi chi tiết vẫn dẻo dai .
Có nhiều phương pháp nung nóng nhanh như :
+ Dùng dòng cảm ứng với tần số cao , nó giao động từ 1000 Hz đến hàng triệu Hz .
+ Dùng ngọn lửa khí cháy giữa O2 và C2H2 nhiệt độ ngọn lửa có thể lên tới 3200oC.
+ Dùng điện trở tiếp xúc .
+ Nung chi tiết trong chất điện phân .
Nhưng hiện nay có hai phương pháp tôi bề mặt phổ biến nhất là : Dùng dòng cảm ứng với tần số cao và Dùng ngọn lửa khí cháy giữa O2 và C2H2 .
* Tôi bằng dòng cảm ứng với tần số cao :
- Nguyên lý nung nóng : Dựa vào đặc tính của dòng cảm ứng xoay chiều là phân bố mật độ dòng ở mặt ngoài lớn hơn ở trong lõi vật dẫn, tần số dòng cảm ứng càng lớn thì dòng càng tập trung ở lớp mặt ngoài. Người ta sữ dụng dòng điện tần số cao nung nóng thật nhanh bề mặt chi tiết.
Thiết bị để phát dòng điện tần số cao có thể là máy phát điện, có thể là thiết bị dùng đèn điện tử . Khi tôi chi tiết lớn, chiều sâu thấm tôi càng dày ( > 2 mm ) thì dùng máy phát có tần số từ 500 15000 Hz, với chi tiết nhỏ cần độ thấm tôi ( < 2 mm ) thì dùng hệ thống đèn điện tử có tần số f = 100.000 10.000.000 Hz.
- Đặc điểm chuyển biến khi tôi cao tần : Tốc độ nung rất lớn do đó tốc độ chuyển biến pha rất nhanh, thời gian chuyển biến rất ngắn. Nhưng nhiệt độ bắt đầu chuyển biến lại cao hơn so với trường hợp nung bình thường từ 100 200oC. Khoảng nhiệt độ tôi cho phép xê dịch rộng hơn bình thường.
- Ưu khuyết điểm của phương pháp :
* Ưu điểm :
+ Thời gian nung rất ngắn, thường chỉ từ 2 15 giây nên năng suất rất cao. Hạt kim loại nhỏ, bền, ít giòn.
+ Chất lượng tôi cao.
+ Quá trình tôi dễ cơ khí hóa và tự động hóa.
+ Giảm nhẹ được lao động.
* Khuyết điểm : + Giá thành cao.
+ Chỉ thích hợp với sản xuất hàng loạt.
* Tôi bằng ngọn lửa khí cháy giữa O2 và C2H2 :
40
Dùng mỏ hàn với ngọn lửa khí cháy của O2 và C2H2 để nung nóng nhanh bề mặt chi tiết đến nhiệt độ tôi rồi dùng vòi phun nước lạnh vào chỗ vừa nung sao cho đạt được.
Vng Vth Vth - vận tốc nguội tới hạn Vng - vận tốc làm nguội Ưu khuyết điểm của phương pháp :
* Ưu điểm : Thiết bị đơn giản, giá thành rẻ.
* Khuyết điểm : Khó đảm bảo chất lượng vì nhiệt độ tôi quá cao ( 3200oC ) dễ làm cháy bề mặt, thoát các bon và hạt kim loại thô to, gây giòn. Khó khống chế được bề dày lớp tôi, năng suất thấp, thường áp dụng để tôi đơn chiếc.
6.2.3. Ram
- Định nghĩa : Ram thép là phương pháp nhiệt luyện nung thép đã tôi đến nhiệt độ nhất định dưới A1 giữ nhiệt độ một thời gian când thiết rồi làm nguội.
- Mục đích : Khử ứng suất trong, tạo khả năng thuận lợi cho quá trình Mtôi MRam
OSdư MRam để cho thép ổn định.
- Phương pháp ram và công dụng : Có 3 phương pháp ram thông dụng dựa vào nhiệt độ nung.
+ Ram thấp : Nhiệt độ nung từ 150 250 oC tổ chức đạt được sau khi ram là
MRam + OSdư . Phương pháp này áp dụng để ram các chi tiết cần giữ độ cứng và tính chống mài mòn như dao cắt, vòng bi, khuôn dập, dụng cụ đo, ...
+ Ram vừa : Nhiệt độ nung từ 300 400 oC tổ chức đạt được sau khi ram vừa là trustít. Phương pháp này áp dụng để ram các chi tiết cần độ cứng tương đối cao nhưng vẫn dẻo dai, chịu va đập, chịu mỏi, đàn hồi tốt như : Nhíp lò xo, khuôn dập nóng, ...
+ Ram cao : Nhiệt độ nung từ 550 600 oC tổ chức đạt được sau khi ram cao là Xoócbít ram. Áp dụng phương pháp này để ram các chi tiết cần có độ bền tổng hợp cao như : Bánh răng, thanh truyền, trục, ...