Chương 4
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA BỀN
VẬT LIỆU KIM LOẠI
4.1. CHUYỂN BIẾN PHA Ở THỂ RẮN TRONG HỢP KIM Fe – C.
4.1.1 Chuyển biến pha khi nung nóng.
Cơ sở để xác định chuyển biến về tổ chức khi nung nóng thép là giản đồ trạng thái
của hợp kim Fe – C được biểu diễn trong phần trước.
Quá trình chuyển biến khi nung nóng được trình bày trên hình vẽ 4.1.
Thép cùng tích với tổ chức duy nhất là péclít nên sau khi nung nóng trên đường A1 sẽ
có tổ chức hoàn toàn là austenít và khi tiếp tục nung nóng không còn chuyển biến pha nào
khác.
Nhieät ñoä 0C
A E
A
G
900 Acm
A
A3
F XeII
800
A1 A
A S
Hình 4.1 SơP ồ chuyển biến tổ chức của các loại thép khi nung nóng.
đ
700 XeII
Còn thép trước cùng tích với tổ chức là ferít vàPpeclít nên khi nung đến nhiệt độ cao
F
hơn A1 và thấp hơn A3 thì chỉ có peclít chuyển biến thành tổ chức austenít còn có tổ chức
ferít thì vẫn giữ nguyên. P P
Sau khi nung nóng trên đường A3 có chuyển biến mới đó là sự hòa tan ferít vào
austenít nên tổ chức của thép trước cùng tích lúc này mới hoàn toàn là austenít.
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6
%C
52
Tương tự, thép sau cùng tích có tổ chức là peclít và xementít II khi nung nóng trên
nhiệt độ cao hơn A1 nhưng còn thấp hơn Acm thì mới chỉ có peclít chuyển biến thành
austenít còn tổ chức xêmentít II vẫn giữ nguyên. Khi tiếp tục nung nóng qua đường A cm có
chuyển biến mới là sự hòa tan của xementít II vào austenít nên tổ chức của thép sau cùng
tích ở vùng nhiệt độ này có tổ chức hoàn toàn là austenít.
Như vậy, chỉ khi nung nóng lên quá đường GSE (tương ứng với A 3 và ACm) thì mọi
thép đều có tổ chức giống nhau là austenít nhưng thành phần các bon trong Austenít của
chúng khác nhau phụ thuộc vào lượng các bon trong chúng.
4.1.2 Các chuyển biến austenít khi làm nguội.
Tổng quan
Có hai cách làm nguội: làm nguội đẳng nhiệt và làm nguội liên tục.
Làm nguội đẳng nhiệt là thực hiện làm nguội bằng cách nhúng nhanh các mẫu nhỏ
và mỏng đã được austenít hóa vào các môi trường (thường là lỏng) có nhiệt độ được giữ
không đổi, rồi tiến hành xác định mức độ chuyển biến theo thời gian bằng các phương
pháp khác nhau.
Làm nguội liên tục là làm nguội sao cho nhiệt độ giảm dần liên tục theo thời gian.
Khi làm nguội đẳng nhiệt austenít xuống thấp hơn A1, nó trở nên không ổn định và có
xu hướng chuyển thành các tổ chức khác có tính ổn định cao hơn. Tùy thuộc vào điều kiện
làm nguội mà sẽ có các chuyển biến khác nhau.
Ðể biểu diễn quá trình phân hủy
austenít ở các nhiệt độ khác nhau, người ta
sử dụng biểu đồ đường cong phân hóa
đẳng nhiệt của thép, vì giản đồ có dạng chữ
"C" nên thường được gọi tắt là biểu đồ chữ
"C" (theo các tài liệu phuơng Tây nó được
gọi là biểu đồ T – T – T tên viết tắt của từ
Temperature – time – transformation) như
trình bày trên hình vẽ 4.2. Ta thấy biểu đồ
gồm hai đường cong chữ C:
Ðường cong 1 tương ứng với bắt đầu
chuyển biến và đường cong 2 tương ứng
với kết thúc chuyển biến. Bên trái đường
cong 1 là khu vực tồn tại austenít quá nguội,
bên phải đường cong 2 là khu vực của các
sản phẩm của các chuyển biến, còn và khu
vực giữa hai đường cong 1 và đường cong 2
là giai đoạn chuyển biến đang xảy ra.
Hình 4.2 Biểu đồ chuyển biến austenít
khi làm nguội đẳng nhiệt thép cùng tích
Khoảng cách từ trục tung đến đường cong 1 nói lên độ ổn định của austenít quá
nguội, khoảng cách này càng lớn thì austenít càng ổn định và ngược lại.
Vùng mũi của đường cong chữ C tương ứng với độ kém ổn định nhất của austenít
quá nguội. Trong vùng kề sát nhiệt độ A1 đến mũi đường cong chữ C thể hiện sự phân hóa
53
của austenít với tốc độ chậm với chuyển biến có khuyếch tán để tạo thành hỗn hợp ferít
và xementít.
Vùng dưới đường Mđ là vùng tương ứng với tốc độ nguội nhanh làm austenít chuyển
biến không khuyếch tán tạo thành tổ chức mactenxít.
Từ mũi đường cong chữ C đến đường nằm ngang Mđ thể hiện sự phân hóa của
austenít với tốc độ vừa và là quá trình chuyển biến trung gian vừa có chuyển biến khuyếch
tán vừa không không tán để tạo thành tổ chức bainít.
Các chuyển biến austenít khi làm nguội chậm.
Chuyển biến austenít khi làm nguội chậm bắt đầu bằng sự tạo mầm trên ranh giới
hạt austenít. Nếu mầm ban đầu là những phần tử xementít thì sự xuất hiện mầm làm
giảm nồng độ các bon dọc theo ranh giới austenít - xementít và tạo điều kiện để mầm ferít
hình thành.
Như vậy, trong vùng kề sát nhiệt độ A1 đến mũi đường cong chữ C chuyển biến
austenít xảy ra với sự tạo thành hỗn hợp cơ học ferít + Xêmentít ở dạng tấm.
Nếu ausstenít quá nguội phân hóa ở nhiệt độ sát với độ tới hạn A 1 với độ quá nguội
∆Tng = 500C ta sẽ thu được hỗn hợp của ferít + xêmentít trong đó xêmentít ở dạng tấm có
kích thước lớn (S khoảng 5 ÷ 7.10-4mm). Hỗn hợp này được gọi là péclít. Ðộ cứng của
péc lít khoảng 10 ÷ 15 HRC tức khoảng 180 ÷ 220 HB.
Nếu ausstenít quá nguội phân hóa ở nhiệt độ thấp hơn nữa với độ quá nguội ∆Tng =
50 ÷ 1000C ta cũng được hỗn hợp của ferít + xêmentít, trong đó xêmentít ở dạng tấm có
kích thước bé hơn ( S khoảng 3 ÷ 4.10-4mm). Tổ chức này được gọi là Xoócbít. Ðộ cứng
của xoóc bít cao hơn péc lít và bằng khoảng 25 ÷ 35 HRC tức khoảng 250 ÷ 350 HB.
Nếu ausstenít quá nguội phân hóa ở nhiệt độ thấp hơn nữa – ở trong khoảng 500 ÷
600C ứng với nhiệt độ austenít kém ổn định nhất (phần lồi ra của chữ "C" trong giản đồ)
ta cũng được hỗn hợp cơ học của ferít + xêmentít, nhưng xêmentít ở dạng tấm có kích
thước bé hơn nữa (S chỉ vào khoảng 1÷ 2.10-4mm). Tổ chức này có tên gọi là Trôxtít. Ðộ
cứng của trôxtít cao hơn nữa, khoảng 400HB.
Ta thấy rằng péclít, xoócbít (tôi) và trôxtít (tôi) đều là hỗn hợp cơ học của ferít và
xementít nhưng với mức độ nhỏ mịn của xementít khác nhau nên có độ bền và độ cứng
khác nhau. Ðiều này có thể giải thích rằng, khi tăng độ quá nguội, thì cả số mầm kết tinh
và tốc độ phát triển mầm cùng tăng nhưng do số mầm kết tinh ra hỗn hợp ferít và xementít
tăng nhanh hơn, nên hỗn hợp càng trở nên nhỏ mịn và có độ bền, độ cứng càng cao.
Các chuyển biến austenít khi làm nguội nhanh.
Khi nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn austenít rồi làm nguội nhanh thích hợp
thì austenít không kịp khuyếch tán để phân hóa thành hỗn hợp ferít và xêmentít, mà bị quá
nguội xuống đến tận dưới nhiệt độ Mđ và chuyển biến thành máctenxít. Tốc độ nguội
nhanh để có chuyển biến này phải không nhỏ hơn tốc độ tôi tới hạn vth, tức ứng với
đường biểu diễn không cắt đường cong chữ "C".
Máctenxít là dung dịch rắn xen kẽ quá bão hòa của các bon ở trong Fe α với nồng độ
các bon bằng nồng độ các bon của austenít, nó có kiểu mạng chính phương thể tâm trong
54
đó nguyên tử Fe nằm ở đỉnh và tâm ô cơ sở, còn nguyên tử các bon nằm giữa các cạnh
theo trục và tâm hai mặt đáy, tức vị trí lỗ hổng của khối tám mặt.
Hình 4.3 trình bày kiểu mạng tinh thể của tổ chức máctenxít Các đặc tính trên của
mác tenxít được giải thích như sau:
Thứ nhất, do khi làm nguội nhanh, dung a
dịch rắn của các bon trong Feγ chuyển thành
dung dịch của các bon trong Feα nên tất cả các
bon trong austenít không kịp khuyếch tán và
chuyển toàn bộ sang mạng của ferít nên nồng
độ các bon của hai pha này phải bằng nhau.
X
X
Thứ hai, ở trạng thái cân bằng, Feα hoà c
tan rất ít các bon, với lượng các bon cao như
X
X
trong austenít được cố định lại trong Feα làm
cho dung dịch này trở nên quá bão hòa, tức
vượt quá giới hạn hòa tan.
a
Thứ ba, các bon hòa tan trong mạng tinh
thể của Feα (lập phương diện tâm) chỉ có thể
bằng cách xen kẽ vào lỗ hổng trong mạng này Fe Các bon
X
nên một cạnh của khối cơ bản lập phương
thể tâm bị kéo dài thành chính phương thể Hình 4.3 Mạng chính phương
tâm.
thể tâm của tổ chức máctenxít
c
Tỉ số 〉 được gọi là độ chính phương của máctenxít. Thông thường
1
a
c
= 1,001 ÷ 1,06 .
a
Thứ tư, các bon chiu vào lỗ hổng của Feα làm cho mạng tinh thể bị xô lệch, trở nên
khó biến dạng dẻo và có độ cứng cao nhất. Ðộ cứng của máctenxít vào khoảng 600 HB
tức bằng khoảng 3/4 độ cứng của xementít.
Chuyển biến máctenxít xảy ra không hoàn toàn. Ngoài tổ chức máctenxít mới được
hình thành bao giờ cũng tồn tại một lượng nhất định pha ban đầu là austenít, được gọi là
austenít dư.
Nguyên nhân gây ra chuyển biến máctenít xảy ra không hoàn toàn ở trong thép là do
sự khác nhau về thể tích riêng giữa hai pha.
Các chuyển biến austenít khi làm nguội với tốc độ trung bình.
Khi làm nguội với tốc độ trung bình, sự phân hóa của austenít xảy ra trong khoảng
nhiệt độ từ mũi đường cong chữ C (khoảng 5000 C) đến đường nằm ngang Mđ.
Ở trong khoảng nhiệt độ này austenít quá nguội phân hóa thành hỗn hợp cơ học của
dung dịch rắn bão hoà các bon trong Feα (ferít bão hòa các bon) và xêmentít với các cơ chế
có khuyếch tán và không khuyếch tán nên nó mang các đặc điểm của cả hai chuyển biến
trên. Chuyển biến này được gọi là chuyển biến Bainít hay chuyển biến trung gian.
55
Người ta phân ra hai loại bainít: bainít trên được tạo thành do austenít quá nguội
phân hóa ở khoảng nhiệt độ 500 ÷ 3500C và bainít dưới được tạo thành do austenít quá
nguội phân hóa ở khoảng nhiệt độ thấp hơn 350 ÷ 2500 C (sát đường Mđ). Ðộ cứng của
bainít khoảng 450 ÷ 550HB.
Như vậy, Bainít cũng gồm hai pha ferít bão hòa và xêmentít, nhưng trong đó xêmenitít
có dạng tấm rất nhỏ mịn (S < 1.10-4mm).
Ðặc điểm của chuyển biến này là xảy ra không hoàn toàn, nghĩa là sau chuyển biến
vẫn còn một lượng austenít dư và có ứng suất dư. Cơ chế chuyển biến trung gian không
theo cơ chế chuyển biến thù hình thông thường.
Cơ tính của hai loại bainít cũng khác nhau. Bainít dưới có độ cứng, độ bền cao hơn,
đồng thời vẫn đảm bảo độ dẻo, độ dai nên được dùng nhiều hơn. Thường người ta dùng
loại bainít dưới được tạo thành ở nhiệt độ cao hơn điểm Mđ 50 ÷ 1000C.
4.1.3 Chuyển biến khi ram.
Sau khi nung nóng thép đến tổ chức austenít rồi làm nguội nhanh như xét ở trên tổ
chức thép nhận được là mactenxít và austenít dư vì chuyển biến mactenxít là chuyển biến
không hoàn toàn. Thép có tổå chức như thế này được gọi là thép tôi. Cả hai tổ chức của
thép tôi đều không ổn định và có xu hướng trở lại tổ chức ổn định là hỗn hợp peclít gồm
ferít và xemenntít.
Mactenxít → [Feα + Fe3C] và Austenítdư → [Feα + Fe3C]
Bản chất của quá trình chuyển biến Mactenxít → [Feα + Fe3C] là sự tiết bớt các bon
bão hòa trong mactenxít, dẫn đến làm giảm độ cứng của máctenxít và làm giảm nội ứng
suất do chuyển biến máctenxít tăng thể tích và do nguội nhanh gây nên.
Tuy nhiên quá trình xảy ra được hay không còn phụ thuộc vào nhiệt độ.
Ở nhiệt độ bình thường, quá trình xảy ra vô cùng chậm chạp và có thể coi như bằng
không. Khi nung nóng tới nhiệt độ thích hợp (dưới A 1), quá trình xảy ra dễ dàng và nhanh
hơn. Nhiệt độ nung càng cao, chuyển biến xảy ra càng nhiều và nhanh vì vậy độ cứng của
thép tôi càng giảm đồng thời độ dẻo dai càng tăng. Chuyển biến này được gọi là ram.
Quá trình chuyển biến austenít khi làm nguội có thể tóm tắt bằng sơ đồ 4.4.
Nguội đủ chậm
Peclít
Nguội vừa
Austenít Bainít
Nguội đủ nhanh
Mactenxít
Ram
Hình 4.4 Sơ đồ chuyển biến austenít khi làm Mactenxít ram
nguội khác nhau.
56
Lưu ý:
Sản phẩm của quá trình ram bằng nung nóng thép đã tôi và quá trình ủ hoặc thường
hóa bằng cách làm nguội chậm austenít có sự khác nhau về cơ bản:
Sản phẩm thu được sau khi ram có xementít luôn tồn tại ở dạng hạt, nên nó có cơ
tính tổng hợp cao hơn hẳn so với hỗn hợp thu được khi ủ hoặc thường hóa luôn có
xementít tồn tại ở dạng tấm.
Mỗi loại thép sau khi tôi đúng chỉ thu được một giá trị độ cứng xác định, trong khi đó
yêu cầu về độ cứng của sản phẩm trong thực tế lại rất khác nhau, cho nên bằng cách ram
nghĩa là nung nóng lại thép đã tôi làm cho mactenxít bị phân hủy với mức độ khác nhau tùy
theo nhiệt độ nung nóng ta có thể điều chỉnh được độ cứng theo mong muốn.
Tóm lại, ram là một công nghệ tất yếu đối với sản phẩm qua tôi nhằm điều chỉnh
độ cứng và giảm nội ứng suất và tính dòn của chúng.
4.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP HOÁ BỀN KIM LOẠI
Để hóa bền vật liệu, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như
phương pháp nhiệt luyện (bao gồm ủ, thường hóa, tôi, ram, …), hoá nhiệt luyện, cơ nhiệt
luyện, xử lý lạnh (hay còn gọi gia công lạnh) v.v.
4.2.1 Nhiệt luyện
4.2.1.1 Thực chất và mục đích của nhiệt luyện.
Nhiệt luyện là một phương pháp gia công nhiệt không thể thiếu được trong ngành
chế tạo cơ khí và ngày càng có nhiều phương pháp nhiệt luyện tiên tiến nhằm thay đổi tổ
chức dẫn tới thay đổi tính chất và tính công nghệ của nó. Tuy nhiên trong giáo trình này
chúng ta chỉ xét nhiệt luyện thép mà thôi.
Ðịnh nghĩa nhiệt luyện.
Nhiệt luyện được định nghĩa như sau: Nhiệt luyện là công nghệ nung nóng vật liệu
đến nhiệt độ xác định, giữ ở nhiệt độ đó trong một thời gian thích hợp rồi sau đó làm
nguội với tốc độ qui định để làm thay đổi tổ chức, dẫn đến làm thay đổi tính chất của vật
liệu theo phương thức đã chọn trước.
Ðịnh nghĩa trên được thể hiện qua hình vẽ 4.5.
57
T0nung
C
0
e
N hi
Vngu
ä
t
ñ
o
ä
τ gn
g oäi
Thôøi gian nhieät luyeän
t
Hình 4.5 Cơ chế nhiệt luyện đơn giản.
Ðiều cần hết sức chú ý là nhiệt độ nung không được phép cao tới nhiệt độ nóng
chảy. Ðiều này có nghĩa là trong quá trình nhiệt luyện, vật liệu luôn ở trạng thái rắn, hình
dạng và kích thước hầu như không thay đổi hoặc thay đổi rất ít.
Ta thấy có ba yếu tố quan trọng đặc trưng của quá trình nhiệt luyện là:
Nhiệt độ nung (T0nung): nhiệt độ nung là nhiệt độ cao nhất cần phải đạt được khi
nung nóng.
Thời gian giữ nhiệt (τ gn): thời gian giữ nhiệt là thời gian cần thiết phải duy trì vật
liệu ở nhiệt độ nung để làm cho vật nung được thấu nhiệt.
Tốc độ làm nguội (Vnguội): tốc độ làm nguội là tốc độ giảm nhiệt độ trong một đơn
vị thời gian sau khi đã giữ nhiệt. Ðơn vị của nó là 0C/s hoặc 0C/h.
Tuy tốc độ nung không phải là yếu tố đặc trưng cơ bản của quá trình nhiệt luyện
song trong một số trường hợp (vật mỏng chẳng hạn) nó không được lớn hơn giá trị cho
phép để tránh bị biến dạng, rạn nứt khi nung.
Trong nhiệt luyện việc xác định nhiệt độ nung nóng, thời gian giữ nhiệt và tốc độ
làm nguội phụ thuộc hoàn toàn vào mục đích đã định trước. Với những mục đích khác
nhau thì công nghệ nhiệt luyện cũng khác nhau.
Mục đích của nhiệt luyện.
Nhiệt luyện thép nhằm đạt được các mục đích sau đây:
− Cải thiện cơ tính: Nhiệt luyện nhằm làm tăng độ bền, độ cứng, tính chống
mài mòn của các chi tiết, dụng cụ nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu về độ dẻo và độ
dai va chạm. Do đó có thể làm cho chi tiết chịu được tải trọng lớn hơn, hoặc có
thể thu nhỏ kích thước và sử dụng được lâu bền hơn.
− Cải thiện tính công nghệ: Ngoài tác dụng hóa bền kể trên, nhiệt luyện còn có
khả năng cải thiện tính công nghệ như rèn, hàn, cắt gọt v.v làm cho quá trình gia
công được thuận lợi và dễ dàng hơn, nâng cao được năng suất lao động.
58
Do tác dụng quan trọng như vậy nên hầu hết các chi tiết quan trọng trong máy móc
đều phải qua nhiệt luyện và tất cả các dụng cụ đều phải qua nhiệt luyện. Thí dụ chi tiết
qua nhiệt luyện trong ngành ô tô, máy kéo chiếm tới 70 ÷ 80%, trong máy công cụ chiếm
60 ÷ 70%.
Các kết quả của nhiệt luyện thường được kiểm tra qua các chỉ tiêu:
− Ðộ cứng: Ðộ cứng là chỉ tiêu quan trọng cần được kiểm tra thường xuyên
sau mỗi quá trình nhiệt luyện.
− Tổ chức tế vi: Ðôi khi cần phải kiểm tra tổ chức tế vi bao gồm cấu tạo pha,
kích thước hạt, chiều sâu lớp hóa bền v.v. sau khi nhiệt luyện.
− Ðộ cong vênh cho phép: Do có quá trình chuyển biến pha khi nung nóng và
làm nguội, do giãn nở vì nhiệt nên thể tích vật liệu bị thay đổi dẫn đến biến dạng
cong vênh, thay đổi kích thước, hình dạng gây ảnh hưởng đến quá trình lắp ráp của
chi tiết sau đó.
Phân loại gia công nhiệt luyện.
Có nhiều cách để phân loại gia công nhiệt luyện.
Theo đặc điểm thao tác khi nhiệt luyện, người ta phân ra các phương pháp ủ, thường
hóa, tôi, ram, …
Theo vị trí của nhiệt luyện trong quá trình gia công cơ khí người ta phân biệt nhiệt
luyện sơ bộ và nhiệt luyện kết thúc.
Nhiệt luyện sơ bộ là các phương pháp nhiệt luyện nhằm tạo cho vật liệu có cơ tính
cần thiết phù hợp cho các dạng gia công cơ khí tiếp theo như cắt gọt, rèn, dập v.v hoặc
chuẩn bị tổ chức cho nhiệt luyện kết thúc, do đó nó thường tiến hành trước hoặc giữa các
khâu gia công cơ khí. Thuộc nhóm này là ủ, thường hóa.
Nhiệt luyện kết thúc bao gồm các phương pháp nhiệt luyện nhằm tạo cho chi tiết có
cơ tính tổng hợp tốt phù hợp với điều kiện làm việc của chúng do đó nó thường được tiến
hành sau cùng trong quá trình gia công cơ khí. Thuộc nhóm này thường là tôi, ram và gia
công lạnh.
4.2.2 Ủ.
4.2.2.1 Ðịnh nghĩa và mục đích của ủ thép.
Ủ thép được định nghĩa như sau: Ủ thép là phương pháp nhiệt luyện bao gồm nung
nóng thép đến nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt lâu rồi làm nguội chậm để đạt được tổ chức
ổn định theo giản đồ trạng thái với độ cứng thấp nhất và độ dẻo cao.
Theo định nghĩa có hai điểm cần chú ý là:
Thứ nhất, nhiệt độ ủ không qui định theo qui luật chung mà phụ thuộc vào từng
phương pháp ủ.
Thứ hai, quá trình làm nguội tiến hành rất chậm (thường là để nguội cùng lò) với tốc
độ khoảng 10 ÷ 500C/h để austenít phân hóa ở nhiệt độ thích hợp cho ra péclít.
59
Người ta ủ thép với các mục đích sau:
- Làm giảm độ cứng của thép để cải thiện tính gia công cắt gọt.
- Tăng độ dẻo nhằm cải thiện tính dập, cán, kéo thép ở trạng thái nguội.
- Làm giảm hay làm mất ứng suất bên trong của thép sau các nguyên công gia công
cơ khí như đúc, hàn v.v.
- Làm đồng đều thành phần hóa học trên toàn bộ tiết diện của vật đúc bị thiên tích.
- Làm nhỏ hạt thép nếu nguyên công trước đã tạo nên hạt lớn.
4.2.2.2 Các phương pháp ủ thép.
Tùy theo nhiệt độ ủ mà người ta chia ủ thép ra làm hai nhóm lớn là ủ thép không có
chuyển biến pha và ủ thép có chuyển biến pha.
Các phương pháp ủ thép không có chuyển biến pha.
Các phương pháp ủ thép không có chuyển biến pha là các phương pháp ủ thép có
nhiệt độ ủ thấp hơn điểm tới hạn AC1, nghĩa là không có quá trình chuyển biến péclít
thành austenít khi nung nóng. Thuộc nhóm này có các phương pháp ủ thấp, ủ kết tinh lại,
ủ khử giòn hyđrô và ủ phòng điểm trắng.
Hình 4.6 mô tả các phương pháp ủ thép không có chuyển biến pha khác nhau.
Hình 4.6 Ủ thép không chuyển pha
• Ủ thấp.
Ủ thấp còn được gọi là ủ khử ứng suất dư, là phương pháp ủ có tác dụng làm giảm
hay khử bỏ ứng suất bên trong của các vật đúc hay các sản phẩm thép đã qua gia công áp
lực.
60
Khi ủ ở nhiệt độ rất thấp (khoảng 200 ÷ 3000C) thì chỉ giảm một phần ứng suất
bên trong. Còn nếu ủ ở khoảng nhiệt độ cao hơn (400 ÷ 5000C) có thể khử bỏ hoàn toàn
ứng suất bên trong. Do nhiệt độ ủ còn thấp nên phương pháp ủ này không làm thay đổi độ
cứng và kích thước hạt.
• Ủ kết tinh lại.
Ủ kết tinh lại thường được tiến hành cho các thép đã qua biến dạng nguội bị biến
cứng cần khôi phục lại tính dẻo trước khi biến dạng tiếp theo.
Nhiệt độ ủ kết tinh lại cho các loại thép các bon là 600 ÷ 7000C, tức vẫn thấp hơn
điểm tới hạn AC!. Ủ kết tinh lại làm thay đổi kích thước hạt và giảm độ cứng, nhưng khó
áp dụng cho thép và khó tránh tạo nên hạt lớn.
• Ủ khử dòn hydrô.
Loại ủ này có tác dụng giải phóng hydrô sau khi dùng axít tẩy rửa bề mặt kim loại.
Chế độ nhiệt luyện là nung tới nhiệt độ 4500C, giữ nhiệt khoảng 0,5 ÷ 1 giờ rồi làm
nguội chậm.
• Ủ phòng trừ điểm trắng:
Dùng để giải phóng hydrô trong thép (sau khi nấu luyện) gây nhiều vết nứt bên trong
(dễ gây dòn đột ngột).
Các phương pháp ủû thép có chuyển biến pha.
Các phương pháp ủ thép có chuyển biến pha là các phương pháp ủ thép có nhiệt độ
ủ cao hơn điểm tới hạn AC1, có quá trình chuyển biến pha péclít thành austenít khi nung
nóng.
Thuộc nhóm này có các phương pháp ủ hoàn toàn, ủ khuyếch tán, ủ đẳng nhiệt, ủ
không hoàn toàn và ủ cầu hóa như minh họa trên hình vẽ 4.7.
61
0
C
1.000
900
800
700
600
UÛ
/////////////////////////
khuyeách taùn Acm
500 Austewnít (A)
400 UÛ hoaøn A +
toaøn XeII
300 A3
F + ///////////////////////////////////
0,4 0,8 1,2 1,4 %C A1
F + P
P + XeII
P
Hình 4.7 Ủ thép có chuyển biến pha.
• Ủ hoàn toàn.
Ủ hoàn toàn là phương pháp ủ gồm nung nóng thép tới trạng thái hoàn toàn là
austenít, tức nhiệt độ nung cao hơn AC3 hoặc cao hơn ACCm. Loại ủ này chỉ áp dụng cho
thép trước cùng tích nên nhiệt độ để ủ hoàn toàn là AC3 + (20 ÷ 300C).
62
Mục đích của ủ hoàn toàn là:
- Làm nhỏ hạt: do nhiệt độ nung nóng chỉ cao quá AC3 khoảng 20 ÷ 300C ứng với
nhiệt độ khoảng 780 ÷ 8600C nên hạt austenít vẫn giữ được kích thước bé vì vậy làm
nguội tiếp theo sẽ có tổ chức ferít và péc lít hạt nhỏ.
- Làm giảm độ cứng, tăng tính dẻo để dễ cắt gọt và dập nguội. Sau khi ủ, độ
cứng đạt khoảng 160 ÷ 200HB (bảo đảm cắt gọt tốt) và dẻo dễ gia công áp lực.
• Ủ khuyếch tán.
Ủ khuyếch tán là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép lên đến nhiệt độ rất cao
khoảng 1100 ÷ 11500C và giữ nhiệt trong nhiều giờ (khoảng 10 ÷ 15 giờ). Phương pháp
ủ này áp dụng cho các thỏi đúc bằng thép hợp kim cao có hiện tượng thiên tích. Trong
điều kiện nhiệt độ cao và thời gian dài, các nguyên tố hợp kim có khả năng khuyếch tán
mạnh và làm đồng đều thành phần hóa học của thép.
Nhược điểm của phương pháp ủ này là do nhiệt độ cao nên tạo ra các hạt kim loại
quá lớn, vì thế nếu không qua biến dạng dẻo để làm nhỏ hạt thì sau đó phải tiến hành ủ
hoàn toàn để làm nhỏ hạt.
• Ủ đẳng nhiệt.
Ủ đẳng nhiệt là phương pháp ủ được tiến hành bằng cách nung nóng thép tới nhiệt
độ ủ (xác định theo mục đích ủ), giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh xuống dưới điểm tới hạn
A1 khoảng 50 ÷ 1000C tùy theo yêu cầu về tổ chức nhận được, giữ ở nhiệt độ đó thật lâu
trong lò để austenít phân hóa thành hỗn hợp ferít và xêmentít. Thời gian giữ nhiệt tùy thuộc
tính ổn định quá nguội của thép ủ ở nhiệt độ giữ đẳng nhiệt.
• Ủ không hoàn toàn.
Ủ không hòa toàn là phương pháp ủ gồm nung nóng thép tới trạng thái chưa hoàn
toàn là austenít, tức chỉ cao hơn AC1 nhưng còn thấp hơn AC3 và ACCm. Sự chuyển biến khi
nung ở đây xảy ra không hoàn toàn. Chỉ có péc lít chuyển thành austenít còn ferít hoặc
xêmentít vẫn giữ nguyên chưa biến đổi.
Ủ không hoàn toàn được áp dụng chủ yếu cho thép cùng tích và sau cùng tích với
mục đích làm giảm độ cứng đến mức có thể cắt gọt được. Các loại thép này nếu tiến
hành ủ hoàn toàn thì nhận được péc lít tấm, có độ cứng còn cao (thường trên 200HB) nên
quá trình cắt gọt còn khó khăn. Nếu ủ không hoàn toàn sẽ nhận được tổ chức péc lít hạt có
độ cứng thấp hơn (khoảng 200HB) đảm bảo cho quá trình cắt gọt dễ dàng hơn.
Nhiệt độ ủ không hoàn toàn cho mọi loại thép các bon là:
AC1 + (20 ÷ 300C), tức khoảng 750 ÷ 7700C
• Ủ cầu hóa.
Một dạng ủ đặc biệt của ủ không hoàn toàn là ủ cầu hóa. Ủ cầu hóa là phương pháp
ủ có nhiệt độ nung nóng dao động trên dưới A1. Nung nóng thép đến 750 ÷ 7800C rồi lại
làm nguội xuống 650 ÷ 7800C, cứ thế trong nhiều lần. Với cách làm như vậy ta cầu hóa
được xêmentít của péclít.
63
4.2.3 Thường hóa.
Thường hóa là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn
austenít (cao hơn AC3 hoặc ACCm), giữ nhiệt rồi làm nguội tiếp theo trong không khí tĩnh để
austenít phân hóa thành péc lít phân tán hay xoóc bít với độ cứng tương đối thấp.
Sơ đồ thường hóa thép được trình bày trên hình 4.8.
Hình 4.8 Phương pháp thường hóa thép
Nhiệt độ thường hóa AC3 hoặc ACCm + (20 ÷ 300C).
Thường hóa thường được áp dụng cho các trường hợp:
Thứ nhất, thép các bon thấp (C < 0,25%) cần đạt độ cứng thích hợp cho gia công cắt
gọt. Với loại thép này nếu ủ hoàn toàn sẽ cho độ cứng quá thấp (dưới 140 HB) nên thép
khá dẻo làm phoi khó gẫy, gây khó khăn cho quá trình gia công cắt gọt.
Nếu được thường hóa, thép sẽ có độ cứng cao hơn (khoảng 140 ÷ 180 HB) thích
hợp hơn cho quá trình gia công cắt gọt.
Thứ ba, khi có yêu cầu làm mất xêmentít II ở dạng lưới của thép sau cùng tích. Nếu
trong tổ chức của thép có xêmentít ở dạng lưới bao quanh péc lít thì nó sẽ rất dòn, làm
giảm độ bóng bề mặt khi gia công cắt gọt. Thường hóa có thể khắc phục được tình trạng
này. Do làm nguội nhanh hơn nên xêmentít không kịp tiết ra ở dạng liền nhau mà ở dạng
đứt đoạn nên thép ít dòn và bề mặt gia công cơ khí đạt được độ bóng cao hơn.
2.2.4 Tôi thép.
2.2.4.1 Tổng quan
Tôi thép được định nghĩa như sau: Tôi thép là phương pháp nhiệt luyện bằng cách
nung nóng thép lên cao quá nhiệt độ tới hạn A C1 để làm xuất hiện tổ chức austenít, giữ
nhiệt rồi làm nguội nhanh thích hợp để austenít chuyển biến thành mác ten xít hay các tổ
chức không ổn định khác có độ cứng cao.
64
Tôi thép để đạt được các mục đích sau:
− Nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn của thép, do đó kéo dài thời gian làm việc
của các chi tiết chịu mài mòn. Muốn đạt được mục đích này thép dùng để tôi phải
có hàm lượng các bon cao hơn 0,3%.
− Nâng cao độ bền, do đó nâng cao được sức chịu tải của chi tiết máy.
Trong nhiệt luyện, tôi thép là nguyên công quan trọng vì nó quyết định cơ tính của
thép, vì thế quyết định tuổi thọ của chi tiết máy. Tôi thép là nguyên công nhiệt luyện kết
thúc, khi chi tiết đã ở dạng thành phẩm. Do đó gây ra hư hỏng trong khâu nhiệt luyện này
sẽ gây lãng phí công sức, tiền của của các khâu gia công trước đó, ảnh hưởng đến kế
hoạch lắp ráp, sản xuất.
Chú ý: Sau khi tôi thép phải tiến hành ram tiếp theo.
2.2.4.2 Tốc độ tôi tới hạn và độ thấm tôi.
Tốc độ tôi tới hạn.
Ðể austenít chuyển biến thành máctenxít cần phải làm nguội thật nhanh sao cho
véctơ biểu diễn của nó không cắt đường cong chữ "C". Tốc độ làm nguội nhỏ nhất đó
được biểu diễn bằng véctơ tiếp xúc với chữ "C" đầu tiên được gọi là tốc độ tôi tới hạn
(hình 4.9). Tốc độ tôi tới hạn là tốc độ nguội nhỏ nhất cần thiết để austenít chuyển biến
thành máctenxít.
A1 − Tm 0
0
vth = ( C/s)
tm
Trong đó: T0m là nhiệt độ ứng với austenít quá nguội kém ổn định nhất (0C).
tm là thời gian tương ứng (giây)
0
C
A1
T0m
tm
Mñ
ν th
Thôøi gian
t t
Hình 4.9 Sơ đồ xác định tốc độ tôi tới hạn.
65
Vận tốc tôi tới hạn của thép càng nhỏ, thép càng dễ tôi vì chỉ cần tôi trong môi
trường làm nguội chậm là đủ.
Giá trị của vận tốc tôi tới hạn phụ thuộc giản đồ trạng thái Fe – C của từng loại
thép. Các yếu tố ảnh hưởng tới vận tốc tôi tới hạn là sự đồng nhất của austenít, kích
thước hạt austenít và thành phần hợp kim của austenít.
Ðộ thấm tôi.
Khi làm nguội liên tục để tôi, tốc độ nguội không thể đồng đều trên toàn bộ tiết
diện của chi tiết tôi mà bề mặt bao giờ cũng nguội nhanh hơn so với lõi. Tùy thuộc vào
tốc độ nguội cụ thể trên tiết diện vật tôi mà ta có thể nhận được các tổ chức khác nhau.
Hiện tượng rất thường gặp đó là từ bề mặt tới chiều sâu nhất định có tổ chức là
máctenxít cứng và vào sâu trong lõi sẽ có các tổ chức trôxtít, xoóc bít mềm hơn.
Ðộ thấm tôi chính là chiều dày lớp được tôi cứng có tổ chức 100% máctenxít và
máctenxít cùng trôxtít. Vùng có tổ chức máctenxít là vùng có tốc độ nguội lớn hơn tốc độ
nguội tới hạn (Vng > Vth) như trình bày trên hình vẽ 4.10.
D A1
0
C
e
N hi
ä
t
ñ
o
ä
ν ng
ν loõi
ν th
Mñ
Lôùp
khoâng
ñöôïc
toâi
Hình 4.10 Ðộ thấm tôi và quan hệν beà maët với νốc độ tôi tới hạn.
của nó t th
NLôùp ñöôïc toâi n của chi tiết được tôi, nóù được gọi là tôi thấu.
ếu toàn bộ tiết diệ Thôøi gian
cöùng t
Ðộ thấm tôi của thép phụ thuộc hai yếu tố chủ yếu là tốc độ tôi tới hạn của thép và
tố độ làm nguội khi tôi.
Tốc độ tôi tới hạn của thép càng nhỏ thì thép càng dễ tôi và độ thấm tôi càng lớn.
Tốc độ làm nguội khi tôi càng cao thì độ thấm tôi cũng càng lớn. Thép hợp kim nhìn chung
có độ thấm tôi cao hơn thép các bon khi cả hai có cùng hàm lượng các bon như nhau. Ðộ
thấm tôi có ý nghĩa rất quan trọng đối với thép bởi vì nó quyết định khả năng hóa bền thép
bằng nhiệt luyện tôi và ram.
Ðối với một số chi tiết quan trọng, chịu tải trọng lớn cần phải chế tạo bằng loại
thép có độ thấm tôi lớn để tôi thấu, nhằm đạt độ bền cao đồng đều trên toàn tiết diện.
66
Với chúng, nếu sau khi tôi, lớp được tôi cứng quá mỏng thì hiệu quả hóa bền không đáng
kể, độ bền của chi tiết tăng lên rất ít so với trước khi tôi.
Ngược lại, trong một số trường hợp lại không yêu cầu tôi thấu. Chẳng hạn, một số
dụng cụ cắt gọt như ta rô, dũa, đục, khoan v.v thì cần lõi có độ dẻo nhất định để tránh
gẫy khi va đập còn bề mặt lại cần độ cứng cao nên chỉ cần lớp thấm tôi mỏng. Vì vậy
chúng thường được chế tạo bằng thép có độ thấm tôi thấp.
Lưu ý: tính thấm tôi và tính tôi cứng là khác nhau.
Tính tôi hay tính tôi cứng là khả năng đạt độ cứng cao nhất của thép sau khi tôi, nó
chỉ phụ thuộc vào lượng các bon trong mác ten xít do đó phụ thuộc vào lượng các bon
trong thép mà không phụ thuộc vào lượng nguyên tố hợp kim có trong thép. Vì thế có thể
gặp trường hợp (như thép hợp kim các bon thấp), thép có độ thấm tôi lớn (do chứa nhiều
nguyên tố hợp kim) nhưng lại có tính tôi cứng thấp (do chứa ít các bon). Ngược lại có loại
thép có độ thấm tôi bé nhưng tính tôi cứng lại cao như thép các bon cao.
2.2.4.3 Các môi trường tôi.
Môi trường tôi phải đạt được hai yêu cầu cơ bản sau:
− Phải có khả năng làm nguội nhanh thép ở trong khoảng austenít kém ổn định
nhất (khoảng nhiệt độ 500 ÷ 6000C) để austenít không bị phân hoá thành ferít và
xêmentít. Muốn vậy môi trường tôi phải có khả năng làm nguội chi tiết với tốc độ
lớn hơn tốc độ tôi tới hạn.
− Phải có khả năng làm nguội chậm thép ở trong khoảng nhiệt độ cao hơn
600 C và thấp hơn 5000C, đặc biệt là trong khoảng nhiệt độ chuyển biến mác ten
0
xít (3000C) để tránh hiện tượng nứt nẻ và cong vênh cho các chi tiết tôi.
Ba môi trường tôi được sử dụng nhiều nhất là nước, dung dịch muối ăn (NaCl) hay
xút (NaOH) trong nước và dầu.
2.2.4.4 Các phương pháp tôi thép.
Có nhiều cách phân loại các phương pháp tôi thép khác nhau.
− Theo nhiệt độ nung nóng người ta chia ra tôi hoàn toàn và tôi không hoàn toàn.
− Theo cách nung nóng người ta lại phân tôi bề mặt và tôi thể tích.
− Ngoài ra, đối với tôi thể tích, tùy theo môi trường làm nguội, người ta chia ra tôi
trong một môi trường, tôi trong hai môi trường, tôi phân cấp, tôi đẳng nhiệt và tôi
tự ram.
Tôi trong một môi trường.
Tôi trong một môi trường là phương pháp tôi trong đó sau khi nung thép đến nhiệt độ
tôi, người ta giữ nhiệt rồi làm nguội liên tục với tốc độ đủ lớn để cho austenít chuyển
biến thành mác ten xít trong cùng một môi trường (nước, dầu v.v.)
Ðây là phương pháp tôi phổ biến nhất vì đơn giản và dễ cơ khí hóa. Nhược điểm
của phương pháp này là do làm nguội nhanh trong mọi khoảng nhiệt độ nên sản phẩm tôi
67
dễ bị biến dạng cong vênh, nứt vì ứng suất nhiệt sinh ra lớn và tồn tại ứng suất dư trong
chi tiết tôi. Ðể khắc phục người ta tiến hành tôi trong hai môi trường.
Tôi trong hai môi trường.
Tôi trong hai môi trường là quá trình tôi trong đó lúc ban đầu khi còn ở nhiệt độ cao,
thép được làm nguội trong môi trường làm nguội nhanh như nước, hoặc nước pha muối
rồi khi chúng được làm nguội gần đến nhiệt độ chuyển biến máctenxít sẽ được chuyển
sang môi trường tôi có tốc độ làm nguội chậm hơn như dầu, không khí cho đến lúc nguội
hẳn.
Chuyển biến máctenxít trong phương pháp tôi này xảy ra trong môi trường nguội
chậm nên giảm bớt ứng suất bên trong, ít nứt. Ðây là phương pháp tôi thích hợp cho thép
các bon, vừa bảo đảm độ cứng vừa ít xảy ra cong vênh, nứt.
Nhược điểm của phương pháp này là khó xác định thời điểm chuyển chi tiết từ môi
trường này sang môi trường khác.
Tôi phân cấp.
Tôi phân cấp là phương pháp tôi khắc phục được nhược điểm về xác định nhiệt độ
chuyển chi tiết từ môi trường này sang môi trường thứ hai nói trên.
Trong phương pháp này, môi trường làm nguộâi thứ nhất là muối nóng chảy có nhiệt
độ cao hơn điểm Mđ khoảng 50 ÷ 1000C. Thép được làm nguội và giữ đẳng nhiệt trong
thời gian nhất định để đạt đến nhiệt độ của môi trường đó. Sau đó chi tiết mới được làm
nguội chậm trong môi trường thứ hai thường là dầu hoặc không khí.
Tôi đẳng nhiệt.
Tôi đẳng nhiệt chỉ khác tôi phân cấp ở chỗ giữ nhiệt trong muối nóng chảy với thời
gian đủ lớn để ausenít phân hóa hoàn toàn ra hỗn hợp ferít và xêmentít có độ cứng tương
đối cao và độ dai tốt.
Thường chi tiết được giữ đẳng nhiệt ở khoảng nhiệt độ 250 ÷ 4000C để được
bainít. Ưu điểm của phương pháp này là sau khi tôi không cần phải ram tiếp theo.
Tôi bộ phận.
Nhiều chi tiết chỉ cần bộ phận nào đó cứng còn các phần còn lại vẫn mềm (như đục
chỉ cần có lưỡi cứng) vì thế ngiười ta chỉ tiến hành tôi phần cần cứng mà thôi (tôi bề mặt
là một dạng đặc biệt của tôi bộ phận).
Có hai cách tôi bộ phận:
- Cách thứ nhất là chỉ nung nóng bộ phận cần tôi cứng của chi tiết đến nhiệt độ
tôi sau đó làm nguội bình thường trong môi trường tôi thích hợp.
- Cách thứ hai là nung nóng toàn bộ chi tiết đến nhiệt độ tôi, nhưng sau đó chỉ làm
nguội nhanh phần cần tôi cứng. Phương pháp tôi tự ram là một thí dụ của cách này.
Tôi tự ram.
68
Tôi tự ram là nung nóng toàn bộ chi tiết đến nhiệt độ tôi, nhưng sau đó chỉ làm nguội
nhanh phần cần tôi cứng. Do toàn bộ chi tiết được nung nóng đến nhiệt độ tôi nhưng chỉ
có một bộ phận được làm nguội nhanh trong thời gian ngắn nhất định đủ để chuyển biến
mác ten xít xảy ra nên phần còn lại vẫn nóng, do đó khi ngừng làm nguội nhiệt độ của
những phần còn nóng này sẽ nung nóng lại phần đã được tôi cứng và tự ram cho nó. Ðây
chính là một hình thức của tôi bộ phận.
Tôi bề mặt.
Tôi bề mặt là một trường hợp đặc biệt của tôi bộ phận dựa trên nguyên lý chung
sau:
Nung nóng thật nhanh bề mặt của chi tiết tới nhiệt độ tôi, trong đó phần lõi vẫn
không được nung nóng nên khi làm nguội nhanh tiếp theo chỉ có bề mặt được tôi cứng còn
lõi không được tôi vẫn mềm.
Tốc độ nung và thời gian gian giữ nhiệt phải tính toán sao cho đạt được chiều sâu
lớp được nung nóng đến nhiệt độ tôi do đó có lớp tôi cứng phù hợp.
Sự phân bố nhiệt độ theo tiết diện khi nung nóng bề mặt không có tính đột ngột mà
giảm dần từ bề mặt vào lõi như hình vẽ 4.11.
Từ hình vẽ ta thấy từ bề mặt vào trong lõi có ba vùng:
− Vùng I (lớp bề mặt) là vùng được tôi hoàn toàn do được nung nóng trên A3.
Nhie
0C
A3
t
ä
ñ
o
ä
A1
I
I
I
III
Beà Khoaûng caùch tôùi
maët beà maët
Hình 4.11 Phân bố nhiệt độ từ bề mặtvào lõi khi nung nóng tôi bề mặt
− Vùng II là vùng được tôi không hoàn toàn do được nung nóng cao hơn A1 nhưng
thấp hơn A3.
− Vùng III (phần trong lõi) là vùng không được tôi do nhiệt độ nung thấp hơn A1..
69
Ðể tôi bề mặt chi tiết có thể dùng các phương pháp nung nóng sau:
− Nung nóng bằng ngọn lửa của hỗn hợp khí ô xy và khí cháy (axêtylen, H2,v.v)
− Nung nóng bằng tiếp xúc giữa hai phần giáp nhau khi có dòng điện chạy qua.
− Nung nóng trong chất điện phân.
− Nung nóng bằng dòng cảm ứng có tần số cao còn được gọi là tôi cao tần
2.2.4.5 Chọn chế độ tôi thép.
Chọn nhiệt độ tôi.
Nhiệt độ tôi đối với thép các bon có tổ chức tế vi phù hợp với giản đồ trạng thái Fe
– C, xác định nhiệt độ theo các điểm tới hạn của nó như trình bày trên hình vẽ 4.12.
0
C
A3 A Acm
Nhieät ñoä toâi A +
1.000 theùp tröôùc vaø XeII
cuøng tích
900 Nhieät ñoä toâi
theùp sau cuøng
800 tích
A + F
700
A1
600
F + P
P P +
500 XeII
400
300
0, 0, 1, 1,
4 8 2 6
%C
70
Hình 4.12 Chọn nhiệt độ tôi cho thép cácbon.
Ðối với thép trước cùng tích và cùng tích (C≤ 0,8%) nhiệt độ tôi lấy cao hơn AC3,
tức nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn là austenít. Chọn nhiệt độ tôi như vậy được
gọi là tôi hoàn toàn.
Thông thường: T0tôi hoàn toàn = AC3 + (30 ÷ 500C). (4.4)
Thép có hàm lượng các bon khác nhau sẽ có nhiệt độ tôi khác nhau.
Ðối với thép sau cùng tích (C > 0,8%) nhiệt độ tôi lấy cao hơn AC1, nhưng thấp hơn
ACCm, tức là nung nóng thép tới trạng thái không hoàn toàn là austenít mà tổ chức gồm
austenít và xêmentít II. Cách tôi này được gọi là tôi không hoàn toàn. Thông thường:
T0tôi không hoàn toàn = AC1 + (30 ÷ 500C). (4.5)
Với cách tôi này các thép đều có nhiệt độ tôi giống nhau khoảng 760 ÷ 7800C không
phụ thuộc thành phần cácbon.
Cần chú ý rằng: Thép hợp kim thấp (khi tổng lượng nguyên tố hợp kim khoảng 1 ÷
2 %) có tổ chức tế vi căn bản vẫn phù hợp với giản đồ trạng thái Fe – C nên nhiệt độ tôi
được xác định tương tự như đối với thép cácbon có cùng hàm lượng cácbon.
Thép hợp kim trung bình và cao (tổng lượng các nguyên tố hợp kim trên 5%) có tổ
chức tế vi không phù hợp với giản đồ trạng thái Fe – C, nên nhiệt độ tôi của chúng phải
tra trong sổ tay nhiệt luyện.
Thời gian nung.
Thời gian nung có thể tính toán bằng phương pháp toán học hoặc theo kinh nghiệm.
Theo công thức kinh nghiệm:
τ n = a.D (giây)
Trong đó a là hằng số kimh nghiệm
D là đường kính của chi tiết cần nung - qui đổi (mm)
Hằng số a tra trong sổ tay nhiệt luyện, phụ thuộc loại lò nung, nhiệt độ lò, hình
dạng chi tiết và cách sắp xếp chi tiết trong lò.
Thời gian giữ nhiệt.
Thời gian giữ nhiệt thường tính τ gn = (0,2 ÷ 0,25)τ n
Tốc độ làm nguội.
Sau khi giữ nhiệt, chi tiết cần phải được làm nguội với tốc độ đủ lớn để nhận được
tổ chức máctenxít, tức là Vng > Vth.
Vận tốc tôi tới hạn Vth của các loại thép khác nhau có giá trị khác nhau, ta có thể xác
định theo đồ thị đường cong chữ "C" của thép hoặc phải tra sổ tay nhiệt luyện.
71
Copyright by webtailieu.net