Bài giàng nhiệt luyện

Bài giàng nhiệt luyện

LÍ THUYẾT VÀ CƠNG NGHỆ XỬ LÍ THÉP (10 T)

I CÁC TỔ CHỨC ĐẠT ĐƯỢC KHI NUNG NÓNG VÀ LÀM NGUỘI THÉP

(CƠ SỞ LÍ THUYẾT NHIỆT LUYỆN THEP)

Hãy xét xem khi nung nĩng các thép cĩ thành phần cacbon khác nhau đến các nhiệt đơ khác nhau rồi làm nguội tiếp theo với các tốc độ khác nhau sẽ được các tổ chức gì và do đĩ sẽ biết được cơ tính thay đổi như thế nào Đĩ là cơ sở của mọi quá trình nhiệt luyện

Ta lần lượt xét biến đổi tổ chức của từng quá trình một, lấy cơ sở là thép cacbon

1 Các chuyển biến xảy ra khi nung nĩng thép:

Cơng việc đầu tiên của nhiệt luyện là nung nĩng Phụ thuộc vào thành phần cacbon của thép và nhiệt độ nung nĩng, trong thép sẽ cĩ các chuyển biến khác nhau

a) Cơ sở xác định chuyển biến khi nung.

Cơ sở để xác định chuyển biến khi nung nĩng thép là

là giản độ trạng thái Fe-C (phần thép, hình 25)

Như thấy rõ từ giản đồ ở nhiệt độ thường trong tổ

chức của 3 loại thép đều cĩ peclit:

+ Thép cùng tích cĩ tổ chức đơn giản hơn cả: chỉ

cĩ peclit

+ Các thép trước và sau cùng tích cĩ tổ chức phức

tạp hơn: ngồi Peclit ra cịn cĩ thêm Ferit hoặc Xêmentit

thứ hai

Bây giờ nung nĩng các thép này lên nhiệt độ cao

Hãy xem cĩ chuyển biến gì:

- Khi nhiệt độ nung nĩng thấp hơn AC1 ( <7270 C)

trong mọi thép vẫn chưa cĩ chuyển biến gì

+ Thép cùng tích đã chuyển biến hồn tồn: cĩ tổ chức hàn tồn là Austenic

+ Thép trước và sau cùng tích cĩ chuyển biến nhưng chưa hồn tồn : Cĩ tổ chức khơng hồn tồn là Austenit, tức cĩ tổ chức tương ứng Austenit + Ferit và Austenit + Xêmentit thứ hai Đối với hai thép này khi nung nĩng từ Ac1 lên đến Ac3 và Acm sẽ cĩ quá trình hịa tan Ferit và Xêmentit II cịn dư vào Austenit

29

727

600 T(°C)

6 5 4 3

2 10 10 10 10 10

10 1 0.1

Au

P+Au P

III

II I

τ (s )

V2

V1

Austenit song với nồng độ cacbon khác nhau phụ thuộc vào thành phần cacbon của thép

Trong chuyển biến khi nung nóng vừa kể trên thì chuyển biến Peclit thành Ausenit là cơ sở

Ta xét kỹ hơn các đặc điểm của chuyển biến này để rút ra các kết luận cần thiết đối với nhiệt luyện

b) Đặc điểm chuyển biến của peclit thành auxtenit

Chú ý hai vấn đề : nhiệt độ chuyển biến và kích thước hạt Austenit tạo thành

Nhiệt độ chuyển biến

Như thấy rõ từ giản đồ trạng thái

Fe-C, chuyển biến này xảy ra ở 2720 C, song

điều này chỉ đúng với khi nung nóng vô

cùng chậm (là điều kiện để xây dựng giản

đồ)

Như thấy từ giản đồ chuyển biến

đẳng nhiệt từ peclit thành austenit của thép

cùng tích (hình 26); nhiệt độ nung càng

cao nhiệt độ bắt đầu chuyển biến càng cao,

thời gian hoàn thành chuyển biến càng

Chuyển biến peclit → austenit cũng theo cơ chế tạo mầm và phát triển mầm như khi kết tinh Mầm auxtenit được tạo nên trên bề mặt phân chia giữa hai pha ferit và xêmentit của peclit (hình ), bề mặt phân chia giữa chúng rất nhiều nên số mầm tạo thành cũng rất nhiều, do đó hạt

auxtenit lúc mới tạo thành rất nhỏ mịn Cần ghi nhớ rằng chuyển biến peclit - austenit bao giờ cũng làm nhỏ hạt của thép Hiệu ứng này được chú ý lợi dụng trong khi nhiệt luyện

30Hình 26: GĐCB đẳng nhiệt của P→Au

930 Ac1

Austenit Peclit

d A

t° c 1100

1000 900

800 700

Hình 23 : Ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến KT hạt Aus.

KT hạt Aus tạo thành từ TT L.

Ở nhiệt độ Ac1, lúc mới tạo thành,

hạt austenit rất nhỏ mịn song nếu tiếp

tục nâng cao nhiệt độ và giữ nhiệt lâu

hạt sẽ lớn lên Đây là quá trình tự

nhiên hạt to biên giới ít đi để năng

lượng dự trữ giảm đi Khi làm nguội,

hạt austenit khơng nhỏ đi

- Như vậy, lúc mới tạo thành các

hạt austenit là nhỏ và nung nĩng tiếp

tục chúng lớn lên, nhưng vấn đề cần

quan tâm ở đây là chúng lớn lên như

thế nào? nhanh hay chậm?

Theo đặc tính phát triển của hạt uxtenit, cĩ thể chia ra 2 loại thép: thép bản chất (di truyền) hạt lớn và thép cĩ bản chất hạt nhỏ (hình 27)

Theo bản chất hạt lớn là loại cĩ hạt auxtenit phát triển nhanh và đều đặn theo nhiệt độ (đường 1), do đĩ khi nung nĩng tạo thành hạt austenit lớn, sau nhiệt luyện thép cĩ khuynh hướng giịn

31

Thép bản chất hạt nhỏ là loại thoạt tiên hạt austenit phát triển rất chậm theo nhiệt độ (đường 2), chỉ khi vượt quá 930 - 950 0 C nó mới phát triển nhanh, thậm chí rất nhanh Do đó trong điều kiện nung nóng bình thường (nhiệt độ thường không quá 9000C, thời gian giữ nhiệt theo qui định) dễ đạt được hạt nhỏ và do đó sau nhiệt luyện thép có độ bền, độ dẻo, độ dai cao Vì vậy, người ta ưa chuộng thép có bản chất hạt nhỏ hơn, song không phải là thép có bản chất hạt nhỏ là có cơ tính cao hơn hạt lớn Trong thực tế nếu nung nóng nó quá lâu, ở nhiệt độ cao (ví dụ trên 9500C) vẫn có khả năng cho cơ tính xấu hơn do hạt lớn hơn so với thép có hạt bản chất lớn, song trường hợp này ít gặp.

Một câu hỏi đặt ra là: tại sao lại có thép bản chất hạt lớn, hạt nhỏ?

Người ta nhận thấy đơn giản rằng, thép bản chất hạt nhỏ là là loại trong tổ chức có những yếu tố ngăn cản sự phát triển của hạt, đó là các “hàng rào” thể hiện bằng các thực tế sau:

- Thép được khử ôxy triệt để bằng khử thêm bởi nhôm Trong tổ chức sau khi kết tinh

đã có các phân tử rắn Al2O3 , AlN nằm ở biên giới hạt như là hàng rào ngăn trở các hạt auxtenit sát nhập vào nhau Nhiệt độ cao hơn 930 - 9500 C các phần tử rắn này hòa tan đi, tác dụng hàng rào bị biến mất, do đó hạt lớn lên nhanh đột ngột

- Thép hợp kim, đặc biệt có chứa nguyên tố tạo thành cachit mạnh như V, Ti sẽ có cacbit hợp kim Khi nung nóng một phần cacbit không tan , nằm lại trên biên giới tạo nên

“hàng rào” ngăn cản Thép có titan có thể giữ được hạt (auxtenit) nhỏ ngay cả ở nhiệt độ cao hơn 10000C (trong tời gian không dài)

Trong chế tạo cơ khí ưa dùng các loại thép bản chất hạt nhỏ không những vì để đạt được

cơ tính cao mà khi rèn, cán có thể tiến hành và kết thúc ở nhiệt độ cao mà không sợ hạt lớn, khi nhiệt luyện không bị quá nhiệt

2 Các chuyển biến xảy ra khi giữ nhiệt:

Tiếp sau nung nóng là giai đoạn giữ nhiệt, trong giai đoạn này không xảy ra chuyển biến gì mới nhưng rất cần thiết để :

- Làm đều nhiệt độ trên toàn tiết diện, để lõi cũng có chuyển biến như bề mặt

- Có thời gian hoàn thành các chuyển biến xảy ra khi nung

- Làm đồng đều thành phần của austenit vì lúc đầu hạt austenit có thành phần không đồng nhất: nơi trước là ferit sẽ ít cacbon, nơi trước là xêmentic sẽ giàu cacbon Trong giai đoạn này cacbon (và nguyên tố hợp kim) sẽ khuếch và san bằng nồng độ

Thời gian giữ nhiệt cần vừa đủ, dài quá sẽ làm hạt lớn

3 Các chuyển biến của austenit khi làm nguội chậm:

Mục tiêu của nung nóng và giữ nhiệt là để tạo nên các austenit hạt nhỏ

Bây giờ hãy xét xem khi làm nguội austenit sẽ chuyển hóa thành các tổ chức nào với cơ tính ra sau: Điều này quyết định cơ tính của thép khi làm việc hay gia công tiếp theo: mềm, cứng, bền, dẻo, dai là do giai đoạn này quyết định Phân thành 2 trường hợp lớn để xét: nguội chậm và nguội nhanh Trước tiên xét trường hợp nguội chậm

Tổ chức tạo thành khi làm nguội cũng phụ thuộc vào các yếu tố: thành phần, cách làm nguội Ở đây trước tiên xét cho thép cùng tích có tổ chức hoàn toàn là austenit thành phần C 0.8% và cho hai trường hợp làm nguội đẳng nhiệt và liên tục

a) Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của austenit:

Austenit chỉ chuyển biến thành peclit ở nhiệt độ ngay dưới 7270 C khi làm nguội rất chậm, điều này không xảy ra trong thực tế

M k =-50

M đ =240

HRC Austenit

65

55 45 40 30 15

Mactenxit + Austenit dư

Bainit trên Bainit dưới Troxtit t ôi

5 4

3 2

Hình 24: GĐCB đẳng nhiệt của Aus quá nguội.

0 t°c

-200

200 300 400 500 600

10 10

10 10

10 0

Giản đồ giữ “C” của thép cùng tích (hình 28)

Đây là giản đồ rất quan trọng đối với nhiệt luyện, được sử dụng rất nhiều để xác định tổ chức sau khi làm nguội, cần được học thuộc và nắm vững

Các sản phẩm của sự phân hĩa đẳng nhiệt austenit quá nguội

Từ giản đồ thấy rằng khi làm nguội austenit tức thời xuống dưới 7270C nĩ chưa chuyển biến ngay mà sau đĩ một thời gian mới chuyển biến Austenit tồn tại ở thấp hơn 7270C (khu vực bên trái của đường cong chữ “C” thứ nhất) gọi là auxtenit quá nguội Khu vực giữa hai đường cong chữ “C” - Austenit chuyển biến (cĩ 3 pha γ , ∝ và xe) Khu vực bên phải đường

“C” thứ hai - Các sản phẩm phân hĩa đẳng nhiệt của auxtemit quá nguội - hỗn hợp ferit + xêmentit Khu vực dưới đường Mđ(2400C) - Mactenxit và Austenit dư ( sẽ nĩi tới vùng này ở mục 4)

Bây giờ hãy xét xem làm nguội đẳng nhiệt với các độ quá nguội khác nhau austenit sẽ phân hĩa thành hỗn hợp ferit-Xêmentit với các đặc điểm như thế nào ?

- Khi cho austenit quá nguội phân hĩa ở sát A1 (ví dụ ở 7000C ), sau thời gian dài nĩ mới bắt đầu chuyển biến (sau 100 s) và kết thúc (sau 2000s) chuyển biến Hỗn hợp ferit + xêmentit tấm tạo thành rất khơ (to) với khoảng cách s giữa các tấm xêmentit là khoảng 10-

3mm (cỡ micrơmét), được gọi là pectit (tấm) với độ cứng thấp, 10-15HRC (180-220 HB)

-Khi cho auxtemit quá nguội phân hĩa ở nhiệt độ thấp hơn (ví dụ 6500C, ∆T = 750C), nĩ

sẽ bắt đầu, kết thúc chuyển biến sau thời gian ngắn hơn rõ rệt (sau 3 và 100 s) Hỗn hợp ferit + xêmentit tấm tạo thành sẽ mịn (nhỏ) hơn đến mức khơng thể phân biệt chúng được trên kính hiển vi quang học Tổ chức này được gọi là xoocbit với độ cứng cao hơn, 25-35 HRC

- Khi cho auxtemit quá nguội phân hĩa ở nhiệt độ thấp hơn nữa, ứng với đỉnh lồi của chữ “C” (lúc auxtemit quá nguội kém ổn định nhất) khoảng 500-6000C nĩ sẽ chuyển biến rất nhanh (sau 0,8 và 8s) Hỗn hợp ferit + xêmentit tấm tạo thành sẽ cịn mịn (nhỏ) hơn nữa (tất nhiên càng khơng thể phân biệt

chúng trên kính hiển vi quang

học) Tổ chức này được gọi là

trơxtit với độ cứng cao hơn,

khoảng 40 HRC

Khi cho austemit quá nhiệt

phân hĩa ở nhiệt độ thấp hơn

nữa, ứng với đoạn dưới của “C” -

450 - 2500C, thời gian chuyển

biến cĩ kéo dài ra, cơ chế chuyển

biến cĩ thay đổi chút ít, tạo nên

tổ chức bainit Về cơ bản cĩ thể

coi bainit là hỗn hợp ferit +

xêmentit, trong đĩ xêmentit ở

dạng tấm nhỏ mịn hơn cả trong

trơxtit, song cĩ các điểm hơi

khác nhau288: (nhiều khi cĩ thể

bỏ qua)

+ Ferit hơi quá bão hịa cacbon một chút (0,1 so với giới hạn 0,006 - 0,02%)

HRC Austenit

65

55 45 40 30 15

Mactenxit + Austenit dư

Bainit trên Bainit dưới

Xoocbit tôi Troxtit t ôi

5 4

3 2

0 t°c

-200

200 300 400 500 600

10 10

10 10

10 0

Hình 25: SP phân hoá của Aus khi làm nguội liên tục.

+ Xêmentit (Cacbua sắt) cĩ cơng thức chưa hẳn là Fe3C, song rất cần là FexC trong đĩ x = 2,4÷3.+ Ngồi hai pha đĩ cịn cĩ một lượng nhỏ austemit (như thấy rõ về sau các đặc điểm này hơi giống với chuyển biến mactenxit, nên cịn gọi chuyển biến bainit là chuyển biến trung gian - trung gian giữa chuyển biến peclit và chuyển biến mactenxit)

Vậy về cơ bản cĩ thể coi peclit (tấm) xoocbit, trơxtit, bainit cĩ bản chất giống nhau là hỗn hợp cơ học của ferit và xêmentit tấm, song trong đĩ xêmentit tấm càng nhỏ mịn hơn, độ cứng tăng lên

Cĩ thể giải thích điều đĩ như sau:

Khi tăng độ quá nguội của chuyển biến, số mầm kết tinh tăng lên, do đĩ xêmentit nhỏ mịn đi Mặc dù lượng xêmentit khơng thay đổi (cùng cĩ 0,8%C) khi kích thước xêmentit nhỏ mịn đi tức là số phần tử pha rắn này tăng lên sẽ làm tăng sự cảm trượt của ferit, do đĩ nâng cao độ cứng, độ bền

Như vậy khi làm nguội

đẳng nhiệt austemit, tổ chức

nào tạo thành là ứng với

nhiệt độ giữ đẳng nhiệt đĩ

nằm ở đoạn nào của đường

+ Khi ở giữa hai đoạn

trên ta ta được xoocbit

+ Khi ở đoạn dưới ta

được bainit

Sau khi làm nguội đẳng

nhiệt tổ chức nhận được là

đồng nhất trên tiết diện

b Sự phân hĩa của austenit khi làm nguội liên tục:

Trong thực tế thường dùng cách làm nguội liên tục Cĩ thể lợi dụng giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt kể trên để xác định tổ chức tạo thành khi làm nguội với tốc độ khác nhau

Đặc điểm của sự phân hĩa auxtenit khi làm nguội liên tục là :

1 Với các tốc độ nguội khác nhau, austenit bị qúa nguội đến các nhiệt độ khác nhau (tính tới điểm gặp đường cong chữ “C”) và phân hĩa thành các tổ chức khác nhau Làm nguội chậm cùng lị biểu thị bằng vectơ V1 (trên hình 29), cắt đường cong chữ “C” ở sát A1 : austenit phân hĩa ở nhiệt độ cao, ta được peclit tấm Làm nguội trong giĩ biểu thị bằng vectơ

V3 cắt dượng cong chữ “C” ở phần lồi: auxtenit phân hĩa thành trơxtit Làm nguội trong đầu biểu thị bằng vectơ V4 chỉ cắt phần lồi của đường cong chữ “C” thứ nhất, do đĩ austenit quá nguội chỉ chuyển biến một phần thành trơxtit và phần cịn lại sẽ chuyển thành mactenxit, cuối cùng cĩ tổ chức trơxtit + mactenxit Làm nguội trong nước biểu thị bằng vectơ V5 khơng cắt đường cong chữ “C”, tức austenit khơng bị chuyển biến thành mactenxit

Như vậy, khi làm nguội liên tục tạo thành tổ chức nào là hồn tồn tùy thuộc vào vị trí của vectơ biểu thị tốc độ nguội trên đường cong chữ C

2 Tổ chức đạt được thường làkhông đồng nhất trên toàn tiết diện, nhất là trong trường hợp tiết diện lớn Do ở ngoài bao giờ cung bị nguội nhanh hơn ở trong lõi nên bao giờ cũng

có tổ chức với độ cứng cao hơn

3 Khi làm nguội liên tục không đạt được tổ chức hoàn toàn là bainit (có thể thấy dễ dàng về mặt hình học trên giản đồ chữ “C”), trong một số trường hợp có thể đạt được tổ chức này cùng với trôxtit, mactenxit

4 Những điều trên chỉ đúng với thép cacbon Với thép hợp kimvị trí của đường cong sẽ dịch sang phải nên có thể các đặc điểm trên không còn phù hợp hoàn toàn như :

+ Tốc độ nguội cần thiết để đạt được các tổ chức khác nhau bị giảm đi Ví dụ khi làm nguôi cùng lò cũng có thể đạt đạt được xoocbit, trôxtit, khi làm nguội 1 số loại thép hợp kim trong không khí cũng có thể đạt tổ chức mactenxit

+ Sự không đồng nhất về tổ chức trên tiết diện sẽ giảm đi

c Chuyển biến khi làm nguội của thép khác cùng tích:

Ở trên đã xét các chuyển biến khi làm nguội chậm của thép cùng tích Bây giờ ta xét cho thép trước và sau cùng tích, chúng có tổ chức phức tạp hơn

Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của thép khác cùng tích cũng có dạng hình chữ “C” như của thép cùng tích nhưng có thêm một nhánh phụ ở phía trên bên trái của đường cong chữ

“C” thứ nhất (hình 30) nó biểu thị sự tiết ra ferit và xêmentit thứ hai trươc khi ra hỗn hợp ferit + xêmentit, và một đường ngang AC3 hay Accm

Đối với các thép khác cùng tích, ta chú ý tới mấy đặc điểm khác biệt sau đây:

1 Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của thép khác cùng tích có vị trí của đường cong chữ

“C” lệch sang trái, càng xa cùng tích, sự lệch này càng mạnh Nói khác đi các thép khác cùng tích có tính ổn định của austenit quá nguội kém hơn thép cùng tích Điều đó giải thích bằng sự khó đạt được austenit đồng nhất khi nung nóng

2 Khi làm nguội đẳng nhiệt

với độ làm nguội nhỏ hay làm nguội

chậm liên tục austenit quá nguội đầu

tiên tiết ra ferit (đối với thép trước

cùng tích) và xêmentit thứ hai (đối

với thép sau cùng tích) khi vtơ

nguội gặp nhánh phụ, sau đó mới

phân hóa ra hỗn hợp ferit +

xêmentit Trong trường hợp này tổ

chức sau khi làm nguội là:

+ P + F đối với thép trước

cùng tích

+ P + XeII đối với thép sau

cùng tích

3 Khi làm nguội đẳng nhiệt

với độ quá nguội lớn hay làm nguội nhanh liên tục, vectơ biểu diễn sự nguội của chúng không gặp nhánh phụ do đó austenit quá nguội phân hóa ngay ra hỗn hợp ferit + xêmentit dưới dạng các tổ chức xoobit, trôxtit, bainit (khi làm nguội đẳng nhiệt) Đương nhiên các tổ chức này không có thành phần đúng 0,8%C như trong thép cùng tích (vì austenit của thép khác cùng tích có thành phần khác 0,8%C) và chúng được gọi là cùng tích gia

4 Chuyển biến của austenit khi làm nguội nhanh - chuyển biến mactexit (khi tôi)

Nếu làm nguội nhanh austenit với tốc độ thích hợp sao cho vectơ biểu diễn sự nguội của

nó không cắt đường cong chữ “C”, thì nó không kịp chuyển biến thành hỗn hợp ferit - xêmtit,

mà chỉ có sự chuyển biến thù hình (chuyển mạng tinh thể) của sắt từ Feγ sang Fe∝ xảy ra ở nhiệt độ thấp (từ 220 - 2500 trở xuống) Đó là thực chất của chuyển biến khi làm nguội nhanh austenit → mactenxit

Tốc độ làm nguội nhỏ nhất để gây ra chuyển biến này là tốc độ ứng với vectơ tiếp xúc với đường cong chữ “C” thứ nhất (V5 –Hình 29) ở phần lồi, được gọi là tốc độ tới hạn (VTH).Vậy khi làm nguội nhanh (liên tục) austenit (với tốc độ bằng hay vượt quá tốc độ tới hạn) sẽ nhận được mactenxit Đây là tổ chức đặc trưng của quá trình làm nguội nhanh và liên tục (tôi)

Trước tiên hãy xét bản chất của mactenxit

a) Bản chất của mactenxit :

Mactenxit là dung dịch rắn xen kẽ quá bão hòa cacbon ở trong Fe∝ với nồng độ cacbon bằng nồng độ cacbon ở trong austenit, có kiểu mạng chính phương thể tâm và có độ cứng cao

Có thể giải thích lần lượt các đặc tính trên của mactenxit như sau:

- Do làm nguội nhanh cacbon trong Feγ (austenit) không kịp tiết ra (để tạo thành xêmentit), khi đạt đến nhiệt độ tương đối thấp chỉ có quá trình chuyển mạng tinh thể của Feγ (diện tâm) sang Fe∝ (thể tâm)

(austenit) Feγ (C) → Fe∝ (C) (mactenxit)

Vì thế cacbon trong 2 pha này là bằng nhau

- Với nồng độ cacbon cao như vậy trong Feγ sẽ là quá bão hòa ở trong Fe∝ , vì độ hòa tan cacbon trong dạng thù hình này rất thấp (0,006 - 0,02% so với trên dưới 0,8%)

- Nguyên tử cacbon hòa tan trong Fe∝ bằng cách xen kẽ vào các lổ hổng của mạng này Qua nghiên cứu thấy rằng các nguyên tử cacbon sẽ nằm ở trong các lổ hổng 8 mặt tức là ở giữa các mặt bên hay ở giữa các cạnh của khối cơ sở Lổ hổng này không đối xứng nên quả cầu cacbon lọt vào làm giãn các nguyên tử Fe ra xa không đều, kéo dài một cạnh ra mạnh nhất nên làm cho mạng từ lập phương thể tâm (của Fe∝) chuyển sang chính phương thể tâm Tỷ số c/a được gọi là độ chính phương của mactenxit, có giá trị trong khoảng 1,001 - 1,06

- Nguyên tử cacbon chui vào lổ hổng của Fe∝ làm cho mạng tinh thể của sắt bị xô lệch, khó biến dạng dẽo và do đó có độ cứng cao nhất (cao hơn cả bainit, trôxit gồm 2 pha Fe +

Xe trong đó Fe dẻo biến dạng được)

b) Các đặc điểm của chuyển biến mactenxit.

Khác với chuyển biến của peclit, chuyển biến mactenxit có những đặc điểm sau đây:

1 Chỉ xảy ra khi làm nguội liên tục và nhanh austenit với tốc độ lớn hơn hay bằng tốc

độ tôi tới hạn vt.h Chuyển biến mactenxit không xảy ra khi làm nguội đẳng nhiệt

2 Chuyển biến không khuếch tán : cacbon hầu như giữ nguyên vị trí , còn nguyên tử Fe chuyển dời vị trí để tạo ra kiểu mạng mới là chính phương thể tâm, nhưng sự chuyển dời không lớn quá một thông số mạng Giữa mạng của austenit và mactenxit có mối quan hệ định hướng xác định: các mặt và phương dầy đặc nhất của chúng song song với nhau

3 Là quá trình tạo ra không ngừng các tinh thể mới với tốc độ phát triển rất lớn, tới hàng nghìn m/s Tinh thể mactenxit có dạng hình kim đầu nhọn làm thành với nhau các góc

600120 0

4 Chỉ xảy ra trong khoảng giữa 2 nhiệt độ (điểm) bắt đầu Mđ và kết thúc MK Nngoài khoảng đó austenit quá nguội không chuyển biến thành mactenxit

Vị trí của hai điểm này không phụ thuộc vào tốc độ nguội mà chỉ phụ thuộc vào thành phần cacbon và nguyên tố hợp kim của austenit (chứ không phải của thép* )

Nói chung austenit càng nhiều cacbon và nguyên tố hợp kim (trừ Si, Co và Al), các điểm này càng thấp Một số thép chứa cabon và nguyên tố hợp kim cao có 2 điểm này khá thấp

5 Chuyển biến xảy ra không hoàn tòan Thực nghiệm cho thấy rằng khi làm nguội cần gần đến điểm Mk lượng mactenxit tạo thành càng nhiều song không bao giờ đạt được tỷ lệ 100% mactenxit , mà vẫn còn lại một lượng nhất định pha ban đầu là austenit không chuyển biến được gọi là austenit dư Đường cong

trên hình 31 biểu diễn lượng mactenxit

tạo thành khi làm nguội Từ đó thấy rõ

rằng khi điểm MK < nhiệt độ thường

(200C) - điều thường xảy ra vì điểm MK

của các thép đều ở nhiệt độ âm - bằng

cách làm nguội thông thường không thể

được lượng mactenxit tối đa Nếu điểm

Mk thấp hơn 200 C quá nhiều, khi làm

nguội thông thường (chỉ đến 200C) vẫn

còn quá nhiều Austenit dư, làm độ cứng

sau khi tôi không đạt được giá trị cao nhất

Nguyên nhân tồn tại austenit dư cùng

với mactenxit là do sự khác nhau về thể tích

riêng của 2 pha này: vm > vγ , vì thế khi chuyển biến austenit → mactenxit thể tích tăng lên,

do vậy phần austenit chưa chuyển biến bị sức ép ngày càng tăng lên đến mức không thể chuyển biến hết được

Lượng austenit dư trong thép tôi phụ thuộc vào các yếu tố sau:

+ Vị trí của điểm Mk điểm Mk càng thấp dưới 200 C lượng austenit dư càng nhiêu Đây

là yếu tố quan trọng nhất Các yếu tố làm giảm điểm Mk như tăng lượng nguyên tố hợp kim trong austenit, cũng đều làm tăng lượng austenit dư của thép tôi

+ Lượng cabon trong mactenxit càng nhiều thể tích riêng của nó càng lớn (do sự tăng của c/a) nên lượng austenit dư càng nhiều

c) Cơ tính của mactenxit

Mactenxit là tổ chức quan trọng nhất được tạo thành khi tôi thép, quyết định cơ tính của thép tôi Cơ tính nổi bật của nó là cứng và giòn

Độ cứng

Độ cứng cao của mactenxit là do cacbon làm xô lệch mạng tinh thể của sắt nên nó chỉ phụ thuộc vào nồng độ cabon qua bão hòa trong nó: cabon càng nhiều, xô lệch mạng càng mạnh (tỷ số c

a càng lớn) độ cứng càng cao (hình 32).

Ở đây còn phân biệt độ cứng của pha và độ cứng của thép tôi

Độ cứng của thép tôi là độ cứng tổng hợp của hỗn hợp mactenxit + austenit Với thép cabon thấp và trung bình do điểm Mk cao, thể tích riêng của mactenxit chưa lớn, lượng auxtenit dư còn ít nên độ cứng của thép tôi là (trùng với) độ cứng của mactenxit Trong khi

* Hai khái ni m n y không ng nh t Trong tr ng h p tr ng thái nung nóng thép có nhi u pha (ví d austenit v ệ à đồ ấ ườ ợ ở ạ ề ụ à cacbit), thì cacbon v nguyên t h p kim phân b v o c trong hai pha n y do ó n ng c a chúng trong các pha l khác à ố ợ ố à ả à đ ồ độ ủ à

v i trong thép ớ

Hình 31: Đường cong Aus dư

30 40 50 60

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 %C

đó với thép cacbon cao do điểm Mk < 200C VM

lớn , có nhiều austenit dư nên độ cứng của thép

tôi thấp hơn độ cứng của mactenxit, sự chênh

lệch này càng lớn khi lượng cabon của thép càng

cao và khi đó tổ chức của thép tôi là mactenxit +

austenit dư (hình 31)

Tính giòn

Nếu độ cứng cao là điều mong muốn thì tính giòn là điều không mong muốn, nó hạn chế ứng dụng của mactenxit

Tính giòn của mactenxit là do nó không có

khả năng biến dạng dẻo vì mạng bị xô lệch và do có tồn tại ứng suất bên trong Tuy nhiên tính giòn của mactenxit có thể biến động trong phạm vi khá rộng phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:

Độ cứng mactenxit càng cao tính giòn càng lớn, do đó thép có cacbon càng cao, nguy

cơ giòn càng mạnh

Kim mactenxit càng nhỏ tính giòn càng thấp, muốn đạt được điều này hạt austenit khi nung nóng phải nhỏ

Ưng xuất bên trong càng nhỏ tính giòn càng thấp

Do vậy để vừa bảo đảm được hai tính chất đối lập nhau là độ cứng cao và tính giòn thấp ở các thép kết cấu và dụng cụ người ta phải dùng các thép bản chất hạt nhỏ, khống chế đúng nhiệt độ tôi và dùng các phương pháp tôi thích hợp để giảm ứng suất bên trong như tôi phân cấp, đằng nhiệt và ram ngay tiếp theo

5 Chuyển biến khi nung nóng thép đã tôi (khi ram):

Sau khi tôi đạt được mactenxit và một lượng nhất định austenit dư, thép có độ cứng cao, tính giòn lớn với ứng suất bên trong, tổ chức không ổn định do đó chưa phù hợp vói điều kiện làm việc, phải có thêm sau đó một nguyên công điều chỉnh nung nóng lại gọi là ram

Tính không ổn định của mactenxit và austenit :

Theo giản đồ trạng thái Fe-C, từ nhiệt độ thường đến 7270C, tổ chức ổn định của thép

là hỗn hợp ferit + xêmentit (peclit) Do vậy hai pha mactenxit và austenit đều là các pha không ổn định có khuynh hướng chuyển biến thành hỗn hợp này

Mactenxit không ổn định là do quá bảo hòa cacbon, lượng cacbon thừa sẽ tiết ra ở dạng xêmentit và phần còn lại hết cacbon trở thành ferit :

Feα (qúa bão hoà C)→ Feα (C)+ Fe3CCòn austenit, nó không tồn tại ổn định dưới 727oC, nó cũng có khuynh hướng chuyển biến thành hỗn hợp ferit + xêmentit

Feγ (C) → Feα (C )+ Fe3CCần chú ý:

Mactenxit và austenit có khuynh hướng biến thành hỗn hợp ferit + xêmentit, song ở nhiệt độ thường chuyển biến này rất chậm đến mức khó nhận thấy, vì thế trong thực tế ta phải nung nóng để thúc đẩy quá trình chuyển biến

Hai pha Mactenxit và austenit dư không trực tiếp tạo thành hỗn hợp ferit + xêmentit

mà phải qua tổ chức trung gian là mactenxit ram theo sơ đồ sau :

Mactenxit

Mactenxit ram → (ferit + xêmenit)

38

Hình 32: Độ cứng của Mactenxit

Auxtenit

Các chuyển biến xảy ra khi ram:

Theo sự tăng của nhiệt độ nung nóng, thép đã tôi với tổ chức mactenxit – austenit có các chuyển biến sau :

Giai đoạn I (<200 o C)

Dưới 80oC trong thép tôi chưa có chuyển biến gì, tức vẫn có mactenxit – austenit dư

Từ 80 đến 200oC : austenit dư chưa chuyển biến , mactenxit chuyển biến bằng cách cacbon tập trung lại, tiết ra ở dạng các phần tử cacbit ( với công thức Fe2C (có tài liệu là

Fe2,4C) ở dạng tấm mỏng, lượng cacbon còn lại trong mactenxit còn khoảng 0,25 – 0,40% với

tỉ số c/a giảm đi Hỗn hợp mactenxit ít cacbon và cacbit ( đó được gọi là mactenxit ram Có thể trình bày chuyển biến trong giai đoạn này dưới dạng sơ đồ sau :

Feα(C )0,8 ( Feα ( C)0,25 – 0,4% + Fe2-2,4C)Mactenxit (tôi) mactenxit ram

(auxtenit dư) Feγ(C)0,8 Feγ (C)0,8 (auxtenit dư) (không chuyển biến).Cuối giai đoạn này thép tôi có tổ chức mactenxit ram và auxtenit dư

Giai đoạn II : (200 – 260 O C )

Trong giai đoạn này có sự tiết ra cacbon khỏi mactenxit, hàm lượng cacbon trong dung dịch rắn chỉ còn 0,15-0,20%, song nét đặc biệt là có chuyển biến mới :

Auxtenit dư thành mactenxit ram :

(auxtenit dư) Feγ ( C)0,8 ( Feα ( C)0,15 – 0,2% + Fe2-2,4C) (Mactenxit ram).Cuối giai đoạn này thép tôi có tổ chức mactenxit gồm cacbit và mactenxit nghèo cacbon (0,15 – 0,20%)

Mactenxit ram là tổ chức cứng không kém gì (nếu có thì chút ít) mactenxit (tôi) song ít giòn hơn do giảm được ứng suất bên trong (do cacbon tiết bớt ra khỏi dung dịch rắn, giảm xô lệnh mạng)

Đối với các thép tôi bình thường, khi ram đến đây độ cứng vẫn giữ nguyên hoặc chỉ giảm đi chút ít (khoảng 1-2 HRC) Song ở một số thép sau khi tôi có lượng austenit dư lớn, khi ra đến đây độ cứng lại có thể tăng lên (thêm 2-3 HRC) do hiệu ứng tăng độ cứng do chuyển biến austenit dư thành mactenxit ram mạnh hơn hiệu ứng giảm độ cứng do cacbon tiết ra khỏi dung dịch rắn Hiện tượng này gọi là độ cứng thứ hai

Giai đoạn III (260 400 o C)

Kết thúc giai đoạn II thép có tổ chức mactenxit ram gồm hai pha: mactenxit nghèo cabon (0,15 – 0,20%) và cacbit ( (Fe2-2,4C), đến giai đoạn này cả hai pha đều chuyển biến

Tất cả cacbon quá bảo hòa được tiết hết ra khỏi mactenxit ở dưới dạng cacbit, độ chính phương không còn (c/a = 1), mactenxit nghèo cacbon trở thành ferit

Cacbon (ở dạng tấm mỏng biến thành Fe3C có dạng hạt

Sơ đồ chuyển biến trong giai đoạn này như sau :

Feα (C) 0,15 – 0,2 Fe + Fe3C

Cuối giai đoạn này thép tôi có tổ chức là hỗn hợp ferit + xêmentit dạng hạt rất nhỏ mịn

và phân tán, được gọi là trôxtit ram

Do cacbon tiết hết ra khỏi mactenxit nên đến giai đoạn này :

+Độ cứng giảm đi rõ rệt song vẫn còn tương đối cao.

+Mất hoàn toàn ứng suất bên trong, tăng mạnh tính đàn hồi

Vậy trôxtit là tổ chức khá cứng và có giới hạn đàn hồi cao

Khi nung thép đã tôi lên quá AC1 sẽ xuất hiện austenit ổn định, mà tùy thuộcvào tốc

độ làm nguội tiếp theo nó sẽ phân hóa thành các tổ chức khác nhau như đã khảo sát ở mục 4

Các giới hạn nhiệt độ kể trên cho từng giai đoạn là ứng với thép cacbon Đối với thép hợp kim, các giới hạn nhiệt độ đều cao hơn

Sau khi đã khảo sát các chuyển biến pha khi nung nóng và làm nguội, ta xét bản chất, cách tiến hành và công dụng của các phương pháp nhiệt luyện

II-CÁC CÔNG NGHỆ CƠ BẢN TRONG XỬ LÍ NHIỆT THÉP (CÔNG NGHỆ NHIỆT LUYỆN).

1-Chế độ nhiệt luyện

Chế độ nhiệt luyện được biểu diễn bằng đồ thị (Hình vẽ) bao gồm:

-Thời gian hoặc tốc độ nung

-Nhiệt độ nung

-Thời gian giữ nhiệt

-Tốc độ hay môi trường làm nguội

Thời gian nung nóng trong lò có

nhiệt độ bằng nhiệt độ nung được tính

theo công thức sau:

tNung= a* k * D (Phút)

Đồ thị biểu diễn công nghệ nhiệt luyện

Trong đó: D-Đường kính chi tiết cần nung (mm)

a-Hệ số nung nóng (ph/mm) (Tra bảng)

k-Hệ số phụ thuộc cách xắp sếp chi tiết trong lò nung (Tra bảng)

Bảng : Sự phụ thuộc của hệ số k và cách xắp sếp chi tiết trong lò nung.

C

Tnung o

τGNhieät

T

Lị muối

800-9000C

Lị buồngđiện trở

1100-13000C

Lị muốiđiện cực

Tốc độ nung trong mơi trường chì nĩng chảy cĩ thể lớn gấp 2-3 lần tốc độ nung trong

lị muối nĩng chảy, lớn gấp 6-7 lần nung trong khơng khí Tốc độ nung chậm nhất là nung trong lị buồng cĩ mơi trường nung khơng chuyển động (Lị điện trở) Các loại lị buồng đốt than hoặc Mazút cĩ tốc độ nung nhanh hơn do sản phẩm cháy chuyển động mang theo nhiệt truyền cho chi tiết

Trong thực tế nhiệt luyện hay dùng các chế độ nung sau:

-Nung khi lị cĩ nhiệt độ khơng đổi Thường dùng cho thép cacbon và thép hợp kim thấp, hình dáng chi tiết khơng phức tạp Tốc độ nung khá lớn

-Nung trong lị cĩ nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nung Tốc độ nung cao hơn nên chỉ dùng cho thép cacbon thấp khi thấm cacbon, ủ

-Nung cùng lị Năng xuất thấp, tốc độ nung nhỏ

-Nung phân cấp Tốc độ nung phụ thuộc thời gian phân cấp Thường dùng cho thép hợp kim cao, hình dáng chi tiết phức tạp

1.7

2 1 1

1.3 1.4

Phương pháp xếp hệ số k

1.8 2 2.2 4 1.4 1

Phương pháp xếp hệ số k

D

2D D

D D

Tốc độ nung cho phép phụ thuộc vào hình dáng, kích thước chi tiết và thành phần của thép Khi hàm lượng Cacbon và nguyên tố hợp kim cao phải nung chậm lại Các chi tiết lớn, hình dáng phức tạp thường phải nung chậm với tốc độ nhỏ hơn 2-3 lần so với khả năng nung nóng của thiết bị.

Các khoảng nhiệt độ nguy hiểm khi nung đối với các chi tiết lớn là 250oC-550oC, có thể gây nứt bên trong vì trong khoảng nhiệt độ này độ dẻo của thép kém Các nhiệt độ gần điểm tới hạn cũng là các khoảng nhiệt độ nguy hiểm

Thời gian giữ nhiệt tính bằng 1/4 -1/5 thời gian nâng nhiệt, hoặc tính theo chiều dày lớn nhất của thành chi tiết chất trong lò Với chiều dày thành lớn nhất của chi tiết dưới 200mm, cứ 25mm giữ nhiệt 1h

Các dạng lò nhiệt luyện thường dùng:

Hai nét đặc trưng của ủ là :

Nhiệt độ ủ không có qui luật tổng quát, mỗi phương pháp có nhiệt độ nhất định

Quá trình làm nguội với tốc độ rất chậm cùng với lò) để austenit phân hóa ở nhiệt độ cao sát A1 cho ra peclit

Mục đích:

Có nhiêu phương pháp ủ chỉ đạt được một, hai trong số năm mục đích sau đây :

Giảm độ cứng (làm mềm) thép để tiến hành gia công cắt

Làm tăng độ dẻo để tiến hành đập, cán, kéo nguội

Làm giảm hay làm mất ứng suất bên trong do gia công cơ khí, đúc, hàn

Làm đồng đều thành phần hóa học trên vật đúc bi thiên tích

Làm nhỏ hạt thép

Theo chuyển biến pha peclit - austenit xảy ra khi nung nóng, người ta chia ra hai nhóm ủ: có và không có chuyển biến pha

b-Các phương pháp ủ không có chuyển biến pha :

Các phương pháp ủ không có chuyển biến pha có nhiệt độ ủ thấp hơn AC1, không có chuyển biến pha peclit - austenit

Có hai phương pháp ủ không có chuyển biến pha là ủ thấp và ủ kết tinh lại

+ Ủ ở 450 – 600oC trong 1 – 2h sẽ khử bỏ được hầu như hoàn toàn ứng suất bên trong Hiện nay trong sản suất cơ khí thường áp dụng cách này vì nó tiết kiệm được kho, bãi, không gây lãng phí (khi đúc hỏng sẽ biết ngay sau khi gia công cơ khí, do đó tìm cách ngăn ngừa ngay), không gây ra mất đồng bộ sản xuất , tuy có tốn kém thêm

Sau gia công cơ (cắt gọt, mài, dập nguội …) ứng suất bên trong tăng lên như xecmăng sau mài, lò xo sau khi quấn nguội … , phải được ủ khử ứng suất từ 200 đến 450oC (đôi khi còn gọi là ram vì trùng với nhiệt độ ram)

Cách ủ này không làm thay đổi độ cứng của thép

Ủ kết tinh lại:

Ủ kết tinh lại được tiến hành cho các thép biến dạng Như đã học ở chương 1 nhiệt độ kết tinh lại của sắt là 4500C Đối với thép cacbon, ủ kết tinh lại ở 600-7000C

Khác với ủ thấp ủ kết tinh lại làm giảm độ cứng và thay đổi kích thước hạt, song không

áp dụng cho thép vì ở phần bị biến dạng tới hạn (2-8%) sau khi kết tinh lại sẽ có hạt rất lớn, thép bị giòn Để tránh thiếu sót này người ta dùng các phương pháp ủ có chuyển biến pha

c Các phương pháp ủ có chuyển biến pha:

Các phương pháp ủ này có nhiệt độ ủ cao hơn AC1 có xảy ra chuyển biến peclit - austenit (hạt nhỏ) và chuyển biến austenit (hạt nhỏ) - peclit (hạt nhỏ) khi làm nguội chậm Có các phương pháp ủ có chuyển biến pha như sau :

Ủ hoàn toàn: ủ hoàn toàn là phương pháp ủ với đặc điểm nung nóng thép tới trạng thái hoàn toàn là auxtenit , tức phải nung cao hơn AC3 hoặc AC cm

Lĩnh vực áp dụng : cho thép trước cùng tích với lượng cacbon trong khoảng 0,30 – 0,65% nhằm hai mục đích sau đây :

Làm nhỏ hạt :

Nếu chỉ nung quá AC3 khoảng 20 – 300C thì hạt austenit nhận được vẫn nhỏ, nên khi làm nguội tiếp theo tổ chức ferit – peclit nhận được cũng có hạt nhỏ.

Làm giảm độ cứng và tăng độ dẻo: để dễ cắt gọt và dập nguội với độ cứng đạt được là

Ủ không hoàn toàn và ủ cầu hóa :

Ủ không hoàn toàn là phương pháp ủ với đặc điểm nung nóng thép tới trạng thái không hoàn toàn là austenit, tức là mới chỉ cao hơn AC1 nhưng thấp hơn AC3 hay ACcm

Sự chuyển biến khi nung nóng ở đây là không hoàn toàn : chỉ có peclit chuyển biến thành austenit hạt nhỏ còn ferit hoặc xêmentit II vẫn còn lại do vậy chúng vẫn giữ nguyên hình dạng và kích thước

Lĩnh vực áp dụng: chủ yếu cho thép cùng tích và sau cùng tích, đôi khi cho cả thép trước (nhưng rất gần) cùng tích với lượng cacbon >= 0,70% với mục đích làm giảm độ cứng đến mức thấp nhất để có thể cắt gọt được Phương pháp này không áp dụng cho thép trước cùng tích vì đây là loại thép kết cấu có yêu cầu cao về độ dai và trong phương pháp này không làm nhỏ được hạt ferit, không làm tăng được độ dai

Như đã biết thép có > 0,70% C sẽ chứa một lượng lớn xêmentit (>10%), cứng, khó cắt gọt Nếu ủ hoàn toàn ra peclit tấm độ cứng > 220HB sẽ khó cắt gọt Ở nhiệt độ nung nóng để

ủ không hoàn toàn austenit không đồng nhất, khi làm nguội sẽ cho ra peclit hạt với độ cứng hơn peclit tấm, nhờ đó độ cứng của thép ủ < 220HB dễ cắt gọt hơn

Vậy nhiệt độ ủ không hoàn toàn là :

tou = AC1 + (20 + 30) = 760 – 7800C

đối với mọi loại thép (cacbon)

Ủ cầu hóa : là dạng đặc biệt của ủ không hoàn toàn trong đó nhiệt độ nung dao động tuần hoàn trên dưới AC1 nung lên 760 – 780 0C rồi làm nguội xuống 650 – 6800C trong nhiều lần, nó sẽ xúc tiên quá trình cầu hóa của xêmentit, do đó chóng được peclit hạt

U đẳng nhiệt:

Đối với thép hợp kim cao do austenit quá nguội có tính ổn định quá lớn, làm nguội chận cùng lò cũng không đạt được tổ chức pectit, nên thép không đủ mềm để cắt gọt Muốn đạt được mục đích này, tiện lợi hơn cả là làm nguội đẳng nhiệt độ thấp hơn AC1 khoảng 500C ( dùng loại lò có khống chế nhiệt độ qui định) trong thời gian nhất định (xác định theo giản đồ chữ “C”), sẽ nhận được tổ chức peclit

Lĩnh vực áp dụng: cho thép hợp kim để rút ngán thời gian ủ

Nó khác với hai phương pháp ủ trên ở phương thức làm nguội đẳng nhiệt, còn trong hai phương pháp trên làm nguội liên tục Còn nhiệt độ ủ có thể là nhiệt độ của ủ hoàn toàn nếu là thép trước cùng tích (sau khi ủ được peclit tấm) Của ủ không hoàn toàn nếu là thép sau cùng tích và cùng tích (sau khi ủ được peclit hạt).

Ủ khuyếch tán:

U khuyếch tán là phương pháp ủ với đặc điểm nung nóng thép lên đến nhiệt độ rất cao

1100 – 11500C trong nhiều giờ (10-15h) để làm tăng khả năng khuyếch tán , làm đều thành phần hóa học giữa các vùng

Lĩnh vực áp dụng : thép hợp kim cao khi đúc bị thiên tích phải làm đều thành phần Song sau khi ủ khuyếch tán hạt rất to phải đưa đi cán nóng hoặc ủ lại theo một trong 3 phương pháp ủ để làm nhỏ hạt

Cần chú ý: đối với mọi trường hợp của ủ có chuyển biến pha, chỉ cần làm nguội trong

lò đến 600-6500C, sự tạo thành peclit đã hoàn thành, lúc đó có thể kéo vật phẩm ra khỏi lò để nguội ngoài không khí rồi cho mẻ khác vào để ủ tiếp

THƯỜNG HÓA THÉP

a.Định nghĩa:

Thường hóa là phương pháp nhiệt luyện gồm nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn

là austenit (cao hơn AC3 hoặc ACcm) giữ nhiệt rồi làm nguội tiếp theo trong không khí tĩnh (thường kéo ra để nguội ở trên sàn xưởng) để austenit phân hóa thành tổ chức gần ổn định : peclit phân tán hay xoocbit với độ cứng tương đối thấp

Các nét đặc trưng của thường hóa là :

Nhiệt độ : giống như ủ hoàn toàn nhưng áp dụng cho cả thép sau cùng tích

toth = AC3 + (20 + 30oC) cho thép trước cùng tích

toth = ACcm + (20 + 30oC) cho thép sau cùng tích

Tốc độ nguội : Trong không khí tĩnh, không phải dùng lò nên kinh tế hơn ủ

Tổ chức và cơ tỉnh : so với ủ tổ chức đạt được là gần cân bằng với độ cứng cao hơn ủ đôi chút

b Mục đích lĩnh vực áp dụng:

Về đại thể mục đích của thường hoá cũng giống như ủ, song thường nhằm vào ba mục đích sau:

1 Đạt độ cứng thích hợp để gia công cắt cho thép cacbon thấp ( 0,25%)

Thép cacbon, nếu ủ hoàn toàn, sẽ dạt độ cứng quá thấp (<140-160 HB), quá dẻo phôi khó gãy nên khó cắt gọt, nếu thường hóa sẽ có độ cứng cao hơn, thích hợp với gia công cắt hơn

Cần nhớ: để bảo đảm tính gia công cắt

+ thép ≤ 0,25% C – thường hóa

+ thép 0,30 – 0,65%C - ủ hoàn toàn

+ thép ( 0,70%C – ủ không hoàn toàn (ủ cầu hóa.)

2 Làm nhỏ xêmentit chuẩn bị nhiệt luyện kết thúc

Khi thường hóa tạo ra tổ chức peclit phân tán hay xoocbit, trong đó xêmentit có kích thước nhỏ , điều này rất có lợi để tạo thành hạt auxtenit nhỏ mịn và chuyển biến xảy ra nhanh Thường áp dụng cho các thép kết cấu trước khi tôi bề mặt

3 Làm mất lưới xêmentit II của thép sau cùng tích

Như đã biết xêmentit II trong thép sau cùng tích thường ở dạng lưới làm thép giòn ( pha ggiòn ở dạng liện tục không những làm tăng mạnh độ giòn mà còn ảnh hưởng xấu đến độ nhẳn bóng khi cắt gọt ) Thường hóa với tốc độ nguội nhanh hơn ủ làm xêmentit II không kịp tiết ra ở dạng liền nhau , mà ở dạng đứt rời , cách xa nhau , do đó sẽ ít làm hại tính dẻo

Vậy các nét đặc trưng của tôi là:

- Nhiệt độ tôi > AC1 để có austenit (có thể giống ủ hoặc thường hóa)

- Tốc độ nguội nhanh làm cho ứng suất nhiệt cũng như ứng suất tổ chức đều lớn, dễ gẩy, nứt, biến dạng, cong, vênh

- Tổ chức tạo thành cứng và không ổn định

Hai nét đặc trưng sau khác hẳn ủ và thường hóa

Mục đích

Tôi thép kết hợp với ram ở nhiệt độ thích hợp là chằm mục đích sau đây:

1 Nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn, nhờ đó kéo dài tuổi thọ của chi tiết máy chịu mòn và dụng cụ Như đã biết, nhờ tôi mà độ cứng của thép tăng lên gấp bội, song để đạt được mục đích này thép phải có lượng cacbon từ trung bình trở lên thường là≥ 0,3 - 0,4% với

độ cứng khi tôi ≥ 50HRC

2 Nâng cao độ bền và sức chịu tải của chi tiết máy:

Tôi là nguyên công không thể thiếu và nó quyết định khả năng làm việc cuả các chi tiết máy dưới tải trọng nặng Để nhằm mục đích này có thể tiến hành tôi cho hâù hết các thép có

từ 0,15% C trở lên

Do vậy hầu hết các chi tiết máy quan trọng làm việc trong những điều kiện nặng nề chịu

ma sát , bị mài mòn , chịu tải trọng cao và tất cả dụng cụ đều phải qua nhiệt luyện Người ta rất chú ý đến nguyên công có tính quyết định này hơn nữa đây là nguyên công cuối cùng , thực hiện trên chi tiết gần như thành phẩm (có một số trường hợp sau đó phải mài), lại phải làm nguội nhanh dễ sinh ra biến dạng (khó tránh khỏi), thậm chí có khi nứt, vở, gây lãng phí nghiêm trọng và phá vỡ toàn bộ sản xuất

b Chọn nhiệt độ tôi thép:

*Đối với thép trước cùng tích và cùng tích ( ≤ 0,8%C ).

Nhiệt độ tôi phải lấy cao hơn AC3, tức nung nóng thép tới trạng thái hoàn toàn là austenit Cách tôi như vậy gọi là tôi hoàn toàn

Tổ chức sau khi tôi: mactenxit + austenit dư

* Đối với thép sau cùng tích (> 0,8%C)

Nhiệt độ chỉ lấy cao hơn AC1, tức nung nóng thép tới trạng thái không hoàn toàn là austenit (γ + XeII) cách tôi như vậy là không hoàn toàn

t0tôi = A1 + ( 30 + 500c )= 760 - 780 0c

Thép có lượng cacbon thay đổi từ 0,8 đến 1,3 % hay cao hơn nữa đều có nhiệt độ tôi giống nhau

Tổ chức sau khi tôi : mactenxit + xêmentitII + austenit dư

* Lý do chọn nhiệt độ tôi như vậy

- Đối với thép trước cùng tích khi tôi không hoàn toàn, ngoài mactenxit ra vẫn còn ferit (γ + α > M +γd+ α), α là pha mềm, ngoài tác dụng làm thấp độ cứng của thép tôi, nó còn gây

ra điểm mềm ảnh hưởng xấu đế độ bền, độ bền mỏi và tính chống bào mòn Khi tôi hoàn toàn (tức nung cao hơn AC3) , tất cả ferit hoà tan hết vào austenit, do vậy sau khi tôi thép chỉ có tổ chức mactenxit, không còn ferit , độ cứng đạt được giá trị cao nhất

- Đối với thép sau cùng tích, khi nung để tôi hoàn toàn sẽ đạt được tổ chức hoàn toàn là Austenit với lượng Cacbon cao như của thép, nên khi nguội nhanh ngoài Mactenxit ra còn có nhiều Austenit dư (do thể tích riêng của Mactenxit quá lớn, ép mạnh vào Austenit), làm giảm thấp độ cứng của thép tôi Hơn nữa khi tôi hoàn toàn thép sau cùng tích nhiệt độ tôi sẽ quá cao (do đường SE có xu hướng cong lồi lên) nhất là với các thép có >1,2%C, dễ gây ra hạt lớn, thoát Cacbon, Oxy hóa và giòn sau khi tôi Ngược lại, khi nung tôi không hoàn toàn thép sau cùng tích sẽ có tổ chức gồm Austenit chứa khoảng 0,80-0,85%C và Xêmentit II, do đó khi làm nguội Austenit này biến thành Mactenxit với thể tích riêng không cao lắm, không ép mạnh Austenit nên lượng Austenit dư không cao và do đó không làm thấp độ cứng của thép tôi Tổ chức tạo thành gồm Mactenxit + Xêmentit II + ít Austenit dư có độ cứng cao vì Xêmentit II có

độ cứng cao không kém gì Mactenxit, lại còn làm tăng mạnh tính chống mài mòn

* Đối với thép hợp kim:

Các nhiệt độ tôi chọn ở trên là cho thép Cacbon Đối với thép hợp kim, người ta phân

nó thành hai trường hợp để xét

Đối với thép hợp kim thấp (ví dụ 0,40%C + 1%Cr), nhiệt độ tôi không khác gì thép Cacbon tương đương (tức chỉ 0,40%C)