CHƯƠNG 4 NHIỆT LUYỆN THÉP

Nhiệt luyện là công nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt tại đó một thời gian thích hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ nhất định để làm thay đổi tổ chức, do

Chương 4 nhiệt luyện thép

Trong ba chương vừa qua đ∙ trình bày các dạng cấu trúc tinh thể đơn giản (kim loại), phức tạp (hợp kim), sự phụ thuộc của cơ tính vào cấu trúc ở chương

này sẽ nghiên cứu những biến đổi về tổ chức và cơ tính tương ứng của thép khi

nung nóng rồi làm nguội tiếp theo, tức khi nhiệt luyện Thép là vật liệu rất thông dụng và là hợp kim nhạy cảm nhất với nhiệt luyện và công nghệ này rất phổ biến trong sản xuất cơ khí Những dạng nhiệt luyện được áp dụng cho các hợp kim và vật liệu khác cũng có thể hiểu được thông qua nhiệt luyện thép

Nhiệt luyện là công nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác

định, giữ nhiệt tại đó một thời gian thích hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ nhất

định để làm thay đổi tổ chức, do đó biến đổi cơ tính và các tính chất khác theo phương hướng đ∙ chọn trước (nói chung không thể điều chỉnh vô cấp tốc độ nguội, thường là làm nguội trong một số môi trường như sẽ thấy về sau này)

Nhiệt luyện là phương pháp gia công (treatment) có những đặc điểm riêng Sau đây là các điểm phân biệt nguyên công này với các nguyên công gia công cơ

Hình 4.1 Sơ đồ của quá trình nhiệt luyện đơn giản nhất

Đối với quá trình nhiệt luyện, ít nhất cũng được đặc trưng bằng ba thông số

quan trọng nhất sau (xem sơ đồ quá trình nhiệt luyện đơn giản nhất vẽ ở hình 4.1):

- Nhiệt độ nung nóng T : nhiệt độ cao nhất mà quá trình phải đạt đến n0

- Thời gian giữ nhiệt t gn: thời gian ngưng ở nhiệt độ nung nóng

- Tốc độ nguội V nguội sau khi giữ nhiệt

Ba thông số này đặc trưng tương ứng với ba giai đoạn nối tiếp nhau của quá trình nhiệt luyện: nung nóng, giữ nhiệt và làm nguội

Đối với kết quả, nhiệt luyện được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau:

+ Tổ chức tế vi bao gồm cấu tạo pha, kích thước hạt, chiều sâu lớp hóa

bền Có thể nói đây là chỉ tiêu gốc, cơ bản nhất song để thực hiện khá mất thời gian, nên thường chỉ kiểm tra trong từng mẻ khi sản xuất đ∙ ổn định

+ Độ cứng là chỉ tiêu cơ tính dễ xác định và cũng có liên quan đến các chỉ

tiêu khác như độ bền, độ dẻo, độ dai Vì vậy bất cứ chi tiết, dụng cụ nào qua nhiệt luyện cũng được quy định giá trị độ cứng (tùy trường hợp, phải lớn hơn hay nhỏ hơn giá trị quy định) và thông thường được kiểm tra theo tỷ lệ (trong một số trường hợp quan trọng có thể phải kiểm tra cả 100%)

+ Độ cong vênh, biến dạng Nói chung độ biến dạng khi nhiệt luyện trong

nhiều trường hợp là nhỏ hoặc không đáng kể, song trong một số trường hợp quan trọng yêu cầu này rất khắt khe, nếu vượt quá phạm vi cho phép cũng không thể sử dụng được

Sơ bộ có thể phân loại các phương pháp nhiệt luyện thép với những đặc

điểm chủ yếu như sau:

Nhiệt luyện, thường gặp nhất: chỉ dùng cách thay đổi nhiệt độ (không có

biến đổi thành phần và biến dạng dẻo) để biến đổi tổ chức trên toàn tiết diện Nó

• ủ: nung nóng rồi làm nguội chậm để đạt tổ chức cân bằng với độ cứng,

độ bền thấp nhất, độ dẻo cao nhất

• Thường hóa: nung nóng đến tổ chức hoàn toàn austenit, làm nguội bình thường trong không khí tĩnh để đạt tổ chức gần cân bằng

Mục đích của ủ và thường hóa là làm mềm thép để dễ gia công cắt và dập

• Tôi: nung nóng làm xuất hiện austenit rồi làm nguội nhanh để đạt tổ chức

không cân bằng với độ cứng cao nhất (nhưng cũng đi kèm với độ giòn cao) Nếu

hiệu ứng này chỉ xảy ra ở bề mặt được gọi là tôi bề mặt

• Ram: nguyên công bắt buộc sau khi tôi, nung nóng lại thép tôi để điều

chỉnh độ cứng, độ bền theo đúng yêu cầu làm việc

Như vậy tôi và ram là hai nguyên công nhiệt luyện đi kèm với nhau (không tiến hành riêng lẻ mà luôn luôn kết hợp với nhau), mục đích của tôi + ram là tạo cơ tính phù hợp với yêu cầu làm việc cụ thể

- Hóa - nhiệt luyện: dùng cách thay đổi nhiệt độ và biến đổi thành phần

hóa học ở bề mặt làm vùng này có biến đổi tổ chức và cơ tính mạnh hơn Thường tiến hành bằng cách thấm, khuếch tán một hay nhiều nguyên tố nhất định

• Thấm đơn nguyên tố có: thấm cacbon, thấm nitơ

• Thấm đa nguyên tố có: thấm cacbon - nitơ, thấm cacbon - nitơ - lưu

huỳnh

Cơ - nhiệt luyện: dùng cách thay đổi nhiệt độ và biến dạng dẻo để biến

đổi tổ chức và cơ tính trên toàn tiết diện mạnh hơn khi nhiệt luyện đơn thuần Thường tiến hành ở xưởng cán nóng thép, tức ở các xí nghiệp luyện kim

Nhiệt luyện là khâu quan trọng và không thể thiếu được đối với chế tạo cơ khí vì nó có các tác dụng chủ yếu sau

Mục tiêu của sản xuất cơ khí là sản xuất ra các cơ cấu và máy bền hơn, nhẹ hơn, khỏe hơn với các tính năng tốt hơn Để đạt được điều đó không thể không sử dụng những thành quả của vật liệu kim loại và nhiệt luyện, sử dụng triệt để các tiềm năng của vật liệu về mặt cơ tính

Bằng những phương pháp nhiệt luyện thích hợp như tôi + ram, tôi bề mặt, thấm cacbon, thấm cacbon - nitơ độ bền và độ cứng của thép có thể tăng lên từ

ba đến sáu lần, nhờ đó có thể dẫn tới rất nhiều điều có lợi như sau:

- Tuổi bền (thời hạn làm việc) của máy tăng lên do hệ số an toàn cao, không g∙y vỡ (do nâng cao độ bền) Trong nhiều trường hợp máy hỏng còn là do

bị mòn quá mạnh, nâng cao độ cứng, tính chống mài mòn cũng có tác dụng này

- Máy hay kết cấu có thể nhẹ đi, điều này dẫn đến tiết kiệm kim loại (hạ giá thành), năng lượng (nhiên liệu) khi vận hành

- Tăng sức chịu tải của máy, động cơ, phương tiện vận tải (ôtô, toa xe, tàu biển ) và kết cấu (cầu, nhà, xưởng ), điều này dẫn tới các hiệu quả kinh tế - kỹ

Muốn tạo thành chi tiết máy, sản phẩm thép phải qua nhiều khâu, nguyên công gia công cơ khí: rèn, dập, cắt Để bảo đảm sản xuất dễ dàng với năng suất lao động cao, chi phí thấp thép phải có cơ tính sao cho phù hợp với điều kiện gia công tiếp theo như cần mềm để dễ cắt hoặc dẻo để dễ biến dạng nguội Muốn vậy cũng phải áp dụng các biện pháp nhiệt luyện thích hợp: ủ hoặc thường hóa Ví dụ, sau khi biến dạng (đặc biệt là kéo nguội) thép bị biến cứng đến mức không thể cắt gọt hay biến dạng (kéo) tiếp được, phải đưa đi ủ hoặc thường hóa để làm giảm độ cứng, tăng độ dẻo Sau xử lý như vậy thép trở nên rất dễ gia công tiếp theo

Các phương pháp nhiệt luyện tiến hành với mục đích như vậy được gọi là

nhiệt luyện sơ bộ, chúng nằm giữa các nguyên công gia công cơ khí (thường tiến

hành trên phôi)

Vậy trong sản xuất cơ khí cần phải biết tận dụng các phương pháp nhiệt luyện thích hợp, không những bảo đảm khả năng làm việc lâu dài cho chi tiết, dụng cụ bằng thép mà còn làm dễ dàng cho quá trình gia công

ở các nhà máy cơ khí với quy mô nhỏ và trung bình, bộ phận nhiệt luyện không lớn và thường đặt tập trung Sau khi nhiệt luyện sơ bộ, từ đây phôi thép

được chuyển tới các phân xưởng cắt gọt, dập và sau khi nhiệt luyện kết thúc các chi tiết máy quan trọng (cần cứng và bền cao) được đưa qua mài hay thẳng đến lắp ráp Cách sắp xếp như vậy có nhiều nhược điểm, song không thể khác vì sản lượng thấp ở các nhà máy cơ khí có quy mô lớn và rất lớn, các chi tiết máy được gia công hoàn chỉnh từ khâu đầu đến khâu cuối trên dây chuyền cơ khí hóa hoặc tự

động hóa trong đó bao gồm cả nguyên công nhiệt luyện Do vậy nguyên công nhiệt luyện ở đây cũng phải được cơ khí hóa thậm chí tự động hóa và phải chống nóng, độc để không có ảnh hưởng xấu đến bản thân người làm nhiệt luyện cũng như cả dây chuyền sản xuất cơ khí Cách sắp xếp chuyên môn hóa cao như vậy bảo

đảm chất lượng sản phẩm rất tốt và đồng đều, lại không tốn công vận chuyển và có

Cũng cần nhấn mạnh, nhiệt luyện là công nghệ tiêu phí nhiều năng lượng

để sinh nhiệt do vậy cần tổ chức sản xuất và lựa chọn phương án tiết kiệm được năng lượng

nguội thép

Như đ∙ biết bản chất của nhiệt luyện là biến đổi tổ chức, chuyển pha, vậy

trước tiên h∙y xét xem khi nung nóng thép có thành phần cacbon nào đó lên đến các nhiệt độ khác nhau có những chuyển biến pha nào, khi làm nguội tiếp theo với tốc độ nguội khác nhau, tổ chức vừa tạo thành sẽ biến đổi để thành tổ chức gì và

do đó sẽ biết được cơ tính thay đổi như thế nào Đó là sự lý giải cho mọi quá trình

Ta lần lượt xét biến đổi tổ chức cho từng quá trình một Trước hết lấy cơ sở

là thép tương ứng với giản đồ pha Fe - C (ngoài Fe, C ra không có nguyên tố nào khác), trong đó đi từ loại thép có tổ chức đơn giản nhất - peclit là thép cùng tích với 0,80%C rồi mở rộng ra cho các loại thép còn lại (trước và sau cùng tích)

thành austenit

Thao tác đầu tiên của nhiệt luyện là nung nóng Phụ thuộc vào thành phần cacbon của thép và nhiệt độ nung nóng, trong thép sẽ có những chuyển biến khác nhau

Cơ sở để xác định chuyển biến khi nung thép là giản đồ pha Fe - C, song

chỉ giới hạn ở khu vực thép và ở trạng thái rắn (dưới đường rắn) như trình bày ở hình 4.2 Như thấy rõ từ giản đồ pha, ở nhiệt độ thường mọi thép đều cấu tạo bởi hai pha cơ bản: ferit và xêmentit, trong đó có peclit là hỗn hợp cùng tích của hai pha này

+ Khi nhiệt độ nung nóng đạt đến Ac1, phần tổ chức peclit của mọi loại thép chuyển biến thành austenit theo phản ứng:

[Feα + Fe3C]0,80%C→ Feγ (C)0,80%C trong khi đó ferit và xêmentit thứ hai của các thép trước và sau cùng tích chưa

Vậy nếu chỉ nung nóng quá nhiệt độ Ac1 một chút ta thấy:

• Thép cùng tích đ∙ chuyển biến hoàn toàn: có tổ chức hoàn toàn là austenit

• Thép trước và sau cùng tích có chuyển biến nhưng chưa hoàn toàn: có tổ chức không hoàn toàn là austenit, tức có tổ chức tương ứng austenit + ferit và austenit + xêmentit thứ hai Tuy nhiên khi nung nóng tiếp tục từ Ac1 lên đến Ac3 và

Accm sẽ có quá trình hòa tan ferit và xêmentit II còn dư vào austenit, làm lượng hai pha này trong tổ chức ngày một ít đi

+ Khi nhiệt độ nung nóng cao hơn Ac3 và Accm sự hòa tan các pha dư ferit

và xêmentit II vào austenit của các thép trước và sau cùng tích cũng kết thúc và chỉ còn một pha: hoàn toàn austenit với thành phần đúng như của thép

Hình 4.2 Giản đồ pha Fe - C (phần thép)

Vậy khi nung nóng quá đường GSE mọi thép (dù có cacbon cao, thấp) đều

có tổ chức giống nhau là dung dịch rắn austenit song với nồng độ cacbon khác nhau và bằng chính thành phần cacbon của thép Còn khi tiếp tục nung nóng quá

đường này lên đến sát đường rắn, các thép vẫn giữ nguyên tổ chức cùng nồng độ cacbon, tức không còn chuyển pha nào nữa (nhưng làm hạt austenit lớn lên như sẽ

nói ở mục b tiếp theo)

Tóm lại cơ sở để xác định tổ chức tạo thành khi nung nóng thép là giản đồ pha Fe - C (căn cứ vào tọa độ: %C - nhiệt độ nằm ở trong vùng nào, tổ chức sẽ

Có thể thấy là, trong các chuyển biến khi nung nóng vừa kể ở trên thì chuyển biến peclit thành austenit là cơ sở và đó cũng là mục tiêu thường phải đạt tới đối với phần lớn quá trình nhiệt luyện (trừ ram) H∙y xét kỹ hơn các đặc điểm của chuyển biến này để có thể rút ra các kết luận cần thiết chỉ dẫn cho nhiệt luyện

ở đây sẽ xét kỹ hai vấn đề: nhiệt độ chuyển biến và kích thước hạt austenit tạo thành mà quá trình nhiệt luyện tương ứng phải đạt tới

Nhiệt độ chuyển biến

Như thấy rõ từ giản đồ pha Fe - C, chuyển biến này xảy ra ở A1 = 727o

C, song điều này chỉ đúng khi nung nóng vô cùng chậm (là điều kiện để xây dựng giản đồ pha), nên khi nung nóng thực tế (với tốc độ đáng kể) tất nhiên nhiệt độ chuyển biến phải luôn luôn cao hơn, tốc độ nung càng lớn, nhiệt độ chuyển biến càng cao Có thể thấy rõ điều này ở hình 4.3 ở đây người ta dùng cách nung nóng

đẳng nhiệt để xác định thời gian xảy ra chuyển biến ở các nhiệt độ khác nhau và thấy rằng chuyển biến không tức thời: sau một thời gian mới bắt đầu rồi sau đó một thời gian nữa mới kết thúc (nung nóng đẳng nhiệt là phương pháp nung đạt nhiệt độ rất nhanh rồi giữ, ngưng, luôn ở đó bằng cách nhúng những mẩu thép nhỏ, mỏng vào môi trường, thường là muối lỏng nóng chảy, có nhiệt độ cao cố

định Để lập nên giản đồ này phải tiến hành nhiều mẫu ở các nhiệt độ khác nhau) Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt peclit thành austenit của thép cùng tích có dạng của hai đường cong biểu thị thời điểm bắt đầu và kết thúc chuyển biến đó trên hai trục nhiệt độ - thời gian Qua đó thấy rằng nhiệt độ nung (đẳng nhiệt) càng cao, thời gian bắt đầu và kết thúc (tính bằng khoảng cách từ trục hoành đến hai

đường cong này) và thời gian để hoàn thành chuyển biến này (khoảng cách giữa hai đường cong) đều ngắn lại

Hình 4.3 Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của peclit thành austenit của thép cùng tích và các vectơ biểu thị tốc độ nung V2 > V1

Tuy nhiên trong thực tế thường dùng cách nung nóng liên tục (nung với tốc

độ), nên để làm rõ trường hợp này người ta đặt lên giản đồ trên hai vectơ biểu thị tốc độ nguội, chúng sẽ lần lượt cắt các đường bắt đầu và kết thúc ở các điểm tương ứng Khi nung nóng với các tốc độ khác nhau, V2 > V1, thấy rõ các nhiệt độ bắt

đầu và kết thúc chuyển biến ở V2 luôn luôn cao hơn các nhiệt độ cùng loại ở V1, tức là a2 > a1, b2 > b1 và thời gian cần để hoàn thành chuyển biến cũng ngắn lại

tương ứng

Như vậy, tốc độ nung nóng càng cao chuyển biến peclit thành austenit xảy

ra ở nhiệt độ càng cao trong thờì gian càng ngắn Trong thực tế, để đạt được

chuyển biến quy định phải nung nóng quá nhiệt độ tới hạn tương ứng ít nhất là 20

ữ 30o

C khi nung chậm (ủ) và có thể tới hàng trăm o

C khi nung nhanh (nung cảm

Kích thước hạt austenit

Tuy austenit không tồn tại ở nhiệt độ thường song vẫn phải để ý đến cấp hạt của nó vì các sản phẩm tạo thành từ các hạt nhỏ ausenit bao giờ cũng có độ dẻo, độ dai trội hơn so với từ hạt lớn austenit Vì vậy thông thường trong bất kỳ trường hợp nào cũng yêu cầu phải đạt được tổ chức austenit hạt nhỏ, muốn vậy phải biết quy luật hình thành hạt austenit cũng như sự lớn lên của nó

Chuyển biến peclit → austenit cũng theo cơ chế: tạo và phát triển mầm như kết tinh Mầm austenit được tạo nên giữa hai pha ferit và xêmentit của peclit (hình 4.4) do bề mặt phân chia giữa chúng rất nhiều nên số mầm tạo thành cũng rất nhiều, vì thế hạt austenit lúc mới tạo thành rất nhỏ mịn (có thể nhỏ hơn cấp 8, tới cấp 9, 10 như biểu thị ở hình 4.4d) (vì austenit có 0,80%C trung gian giữa ferit - 0%C, và xêmentit - 6,67%C, nên mầm austenit chỉ có thể sinh ra ở vùng giữa hai pha cơ bản này)

Hình 4.4 Quá trình tạo mầm và phát triển mầm austenit từ peclit (tấm)

Cần ghi nhớ rằng chuyển biến peclit → austenit bao giờ cũng làm nhỏ hạt của thép Hiệu ứng này cần được chú ý, tận dụng triệt để trong nhiệt luyện Hơn

nữa hạt austenit tạo thành sẽ càng nhỏ mịn hơn khi peclit ban đầu có độ phân tán càng cao (tức phần tử xêmentit trong nó càng bé) và tốc độ nung nóng càng lớn

Tuy ở nhiệt độ Ac1, lúc mới tạo thành hạt austenit khá nhỏ mịn, song nếu

tiếp tục tăng nhiệt độ hoặc giữ nhiệt lâu sẽ làm cho hạt lớn lên Đây là quá trình tự

nhiên: hạt to biên giới ít đi làm giảm năng lượng dự trữ Sự lớn lên của hạt ở đây theo cơ chế các hạt lớn hơn "thôn tính" hay "nuốt" các hạt bé (hay nói khác đi các hạt bé bao quanh nhập vào hạt lớn) Khi làm nguội, kích thước hạt austenit không giảm đi, vẫn giữ nguyên cấp hạt lớn nhất đ∙ đạt trước đó Như vậy, lúc mới tạo thành các hạt austenit là nhỏ mịn và khi nung nóng tiếp tục (hay giữ nhiệt) chúng lại 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 austenit, có thể chia ra hai loại thép: thép

bản chất (di truyền) hạt lớn và nhỏ như trình bày ở hình 4.5

Thép bản chất hạt lớn là loại có hạt austenit phát triển nhanh và đều đặn ở mọi nhiệt độ (đường II hình 4.5b) do đó khi nung nóng dễ tạo thành austenit lớn, sau khi làm nguội tạo ra các sản phẩm giòn Thép bản chất hạt nhỏ là loại có hạt

austenit phát triển chậm lúc ban dầu, chỉ khi vượt quá 930 ữ 950oC hạt mới phát triển nhanh, thậm chí rất nhanh (đường I hình 4.5b) Do vậy với các dạng nhiệt luyện thông dụng, nhiệt độ thường thấp hơn 900oC, cao nhất cũng chỉ tới 930 ữ

950oC (thấm cacbon) thép bản chất hạt nhỏ bao giờ cũng cho ra hạt austenit bé hơn loại thép bản chất hạt lớn Vì thế thép bản chất hạt nhỏ cho cơ tính tổng hợp cao hơn, dễ nhiệt luyện hơn và được đánh giá cao, ưa chuộng hơn Tuy nhiên nếu nung nóng ở nhiệt độ rất cao (> 1050 ữ 1100oC) - trường hợp quá nhiệt - tình hình có thể khác đi, thép bản chất hạt nhỏ có thể cho ra hạt austenit lớn hơn loại bản chất hạt

Hình 4.5 Giản đồ pha Fe - C (a) và sơ đồ phát triển hạt austenit của thép cùng tích (b) trong đó 1 thép bản chất hạt nhỏ, 2 thép bản chất hạt lớn, 3 hạt bản chất, 4 hạt khi nung nóng để nhiệt luyện, 5 hạt peclit ban đầu, 6 hạt austenit ban đầu

Một câu hỏi đặt ra là: tại sao thép lại có loại bản chất hạt nhỏ và lớn, khuynh hướng phát triển hạt austenit khác nhau ? Đó là do trong thép có tồn tại những yếu tố cản trở sự phát triển của hạt hay không trên cơ sở của lý thuyết hàng rào Đặc tính khử ôxy và thành phần hóa học là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng

đến bản chất hay tính di truyền của hạt của thép Nếu thép được khử ôxy triệt để, khử thêm bằng nhôm, sau khi kết tinh sẽ có các phần tử Al2O3, AlN nằm ở biên giới như là hàng rào, ngăn cản không cho các hạt austenit "nhập" lại với nhau, loại thép này có bản chất hạt nhỏ Thép được hợp kim hóa bằng các nguyên tố tạo cacbit mạnh và khá mạnh là Ti V, Zr, Nb, W và Mo sẽ tạo nên các cacbit hợp kim khó tan cũng là loại thép có bản chất hạt nhỏ Hai nguyên tố crôm và mangan là

loại tạo cacbit yếu: crôm làm cản trở hạt phát triển không mạnh, còn mangan và phôtpho làm hạt phát triển nhanh

Như vậy các thép cacbon (không hợp kim hóa) nhất là loại không được khử

ôxy tốt (thép sôi) thuộc loại bản chất hạt lớn ở các mức độ khác nhau

Tiếp theo nung nóng là giai đoạn giữ nhiệt, tuy không xảy ra các chuyển biến mới song lại là cần thiết để:

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

- Có đủ thời gian để hoàn thành các chuyển biến khi nung nóng

- Làm đồng đều thành phần hóa học của austenit vì lúc đầu hạt austenit có thành phần không đồng nhất: nơi trước là ferit sẽ nghèo cacbon, nơi trước là xêmentit sẽ giàu cacbon Trong giai đoạn này cacbon (và nguyên tố hợp kim) sẽ

Thời gian giữ nhiệt chỉ cần vừa đủ, không nên kéo dài quá mức cần thiết sẽ làm hạt lớn và được chọn phụ thuộc vào các công nghệ nhiệt luyện cụ thể Các công nghệ liên quan đến khuếch tán như hóa - nhiệt luyện, ủ khuếch tán thời gian này dài, tôi cảm ứng - ngắn (thường là không có)

Giai đoạn nung nóng để tạo ra austenit trong quá trình nhiệt luyện được gọi

là giai đoạn austenit hóa

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

giờ h∙y xét xem khi làm nguội, austenit sẽ chuyển biến thành tổ chức nào với cơ tính ra sao, điều này quyết định cơ tính của thép khi làm việc hay gia công tiếp theo: mềm, cứng, bền, dẻo, dai đến mức độ nào và rất khác nhau được quyết định

ở giai đoạn này Phân thành hai trường hợp lớn để xét: nguội chậm và nguội nhanh Trước tiên xét cho trường hợp nguội chậm Tổ chức tạo thành khi làm nguội phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: độ quá nguội, thành phần, tổ chức của thép vv và cả phương thức làm nguội Giống như khi nung nóng, ở đây trước tiên cũng khảo sát làm nguội đẳng nhiệt cho thép cùng tích (0,80%C) là loại có tổ chức

đơn giản hơn cả (tổ chức ban đầu chỉ là peclit)

a Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của austenit quá nguội (giản đồ T - T - T) của thép cùng tích

Như đ∙ biết từ giản đồ pha Fe - C, khi làm nguội, austenit chỉ chuyển biến thành peclit ở 727oC (tức ∆To = 0) khi làm nguội rất chậm, điều này không xảy ra trong thực tế H∙y làm quen với một dạng làm nguội ít gặp trong thực tế nhưng lại rất tiện cho việc xác định ảnh hưởng của độ quá nguội đến chuyển biến, đó là cách làm nguội đẳng nhiệt: làm nguội nhanh austenit xuống dưới Ar1 (ở dưới nhiệt độ này austenit trở nên không ổn định, chỉ tồn tại tạm thời trong một thời gian rồi sẽ

bị chuyển biến), giữ nhiệt ở đó rồi đo thời gian bắt đầu và kết thúc chuyển biến từ austenit thành hỗn hợp ferit - xêmentit (người ta làm nguội đẳng nhiệt bằng cách nhúng những mẫu nhỏ, mỏng đ∙ austenit hóa vào các bể muối ở các nhiệt độ khác

Giản đồ T - T - T

Tiến hành như trên cho thép cùng tích (sau khi xác định thời gian bắt đầu

và kết thúc chuyển biến ở các nhiệt độ, đánh dấu chúng trên biểu đồ hệ trục nhiệt

độ - thời gian, cuối cùng nối các điểm bắt đầu với nhau, các điểm kết thúc với nhau) ta được giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của austenit quá nguội cho thép này như biểu diễn ở hình 4.6 Giản đồ còn có tên đơn giản và thông dụng là giản đồ T -

T - T vì nó biểu thị sự chuyển biến (transformation) của austenit phụ thuộc vào nhiệt độ (temperature) và thời gian (time) Giản đồ có hai đường cong hình chữ

"C", trong đó chữ "C" đầu tiên (bên trái) biểu thị sự bắt đầu, còn chữ "C" thứ hai biểu thị sự kết thúc của chuyển biến austenit thành hỗn hợp cùng tích ferit - xêmentit (vì thế trong sách kỹ thuật của Nga người ta gọi nó là giản đồ chữ "C")

Đây là giản đồ rất quan trọng đối với nhiệt luyện thép và được sử dụng rất nhiều

để xác định tổ chức sau khi làm nguội austenit, cần nắm vững

Hình 4.6 Giản đồ T- T- T của thép cùng tích

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

Từ giản đồ T - T - T thấy rằng khi austenit bị nguội (tức thời) xuống dưới

727o

C nó chưa chuyển biến ngay, điều đó có nghĩa austenit còn tồn tại một thời gian nhất định trước khi chuyển biến, phân hóa và được gọi là austenit quá nguội, không ổn định, khác với austenit tồn tại ở trên 727o

C là loại ổn định

Trên giản đồ có năm khu vực rõ rệt:

- ở trên 727o

C là khu vực tồn tại của austenit ổn định,

- bên trái chữ "C" đầu tiên - austenit quá nguội,

- giữa hai chữ "C" - austenit chuyển biến (tồn tại cả ba pha γ, F và Xe),

- bên phải chữ "C" thứ hai - các sản phẩm phân hóa đẳng nhiệt của austenit quá nguội là hỗn hợp ferit - xêmentit với mức độ nhỏ mịn khác nhau,

- dưới đường Ms (~ 220 ữ 240oC) - mactenxit + austenit dư (sẽ nói tới vùng

Bây giờ h∙y xét xem làm nguội đẳng nhiệt austenit với các mức độ quá nguội khác nhau sẽ phân hóa thành các hỗn hợp ferit - xêmentit với các đặc điểm như thế nào

+ Khi giữ austenit quá nguội ở sát A1 (trên dưới 700oC, ∆T0 nhỏ, khoảng

25oC), sau thời gian dài (~ 100s) nó mới bắt đầu phân hóa và tiếp theo (sau ~ 2000s) nó mới kết thúc chuyển biến Hỗn hợp ferit - xêmentit tấm tạo thành rất thô

to với khoảng cách d giữa các tấm vào khoảng 10-3

mm (cỡ micrômet) được gọi là

peclit (tấm) với độ cứng thấp nhất, HRC 10 ữ 15 (HB 180 ữ 220)

+ Khi giữ austenit quá nguội ở nhiệt độ thấp hơn (trên dưới 650oC, ∆T0 lớn hơn, khoảng 75oC), nó sẽ bắt đầu và kết thúc phân hóa sau thời gian ngắn hơn rõ

rệt (sau gần 3 và 100s) Hỗn hợp ferit - xêmentit tấm tạo thành sẽ mịn (nhỏ) hơn

đến mức không thể phân biệt được chúng trên kính hiển vi quang học (khoảng

cách d khoảng 0,25 ữ 0,30àm) Tổ chức này được gọi là xoocbit (hay xoocbit tôi)

+ Khi giữ austenit quá nguội ở nhiệt độ thấp hơn nữa, ứng với đỉnh lồi chữ

“C“ (tức lúc austenit quá nguội kém ổn định nhất, khoảng 500 ữ 600oC), nó sẽ chuyển biến rất nhanh (sau khoảng 0,5 ữ 0,8 và 8s) Hỗn hợp ferit - xêmentit tấm

tạo thành sẽ còn nhỏ mịn hơn nữa, càng không thể phân biệt được dưới kính hiển

vi quang học (khoảng cách d vào khoảng 0,10 ữ 0,15àm) Tổ chức này được gọi là trôxtit (hay trôxtit tôi) với độ cứng cao hơn nữa, cỡ HRC 40 Người ta gọi ba

chuyển biến trên đều là chuyển biến peclit, còn xoocbit, trôxtit được coi là các dạng phân tán của peclit

+ Khi giữ austenit quá nguội ở nhiệt độ thấp hơn nữa, ứng với đoạn dưới của chữ "C", khoảng 450 ữ 250oC, thời gian chuyển biến lại kéo dài ra, cơ chế

chuyển biến có thay đổi chút ít, tạo nên tổ chức gọi là bainit Một cách gần đúng

có thể coi bainit cũng là hỗn hợp ferit - xêmentit ở dạng tấm như trên song còn mịn hơn nữa (hơn cả trôxtit) với độ cứng cao hơn, cỡ HRC 50 ữ 55, song có điểm hơi khác nhau (nhiều khi có thể bỏ qua) như sau:

• ferit hơi quá b∙o hòa cacbon (0,10% so với giới hạn b∙o hòa là 0,006 ữ

0,02%),

• cacbit sắt ở đây có công thức chưa hẳn là Fe3C song khá gần là FexC với

• ngoài hai pha đó ra còn một lượng nhỏ austenit (dư)

Như thấy rõ về sau, các đặc điểm này hơi giống với chuyển biến mactenxit nên còn gọi chuyển biến bainit là chuyển biến trung gian (với nghĩa trung gian giữa chuyển biến peclit và chuyển biến mactenxit)

Vậy về cơ bản có thể coi peclit (tấm), xoocbit, trôxtit và cả bainit có bản chất giống nhau là hỗn hợp cơ học cùng tích của ferit và xêmentit tấm song trong

đó theo thứ tự tấm càng nhỏ mịn hơn và độ cứng càng cao hơn

Có thể giải thích điều đó như sau Giống như quá trình kết tinh, khi tăng độ quá nguội của chuyển biến, số mầm kết tinh tăng lên do đó xêmentit (cacbit) nhỏ

mịn đi Mặc dù lượng xêmentit không thay đổi (cùng có 0,80%C với 12%Xe + 88%F), nhưng khi kích thước xêmentit nhỏ đi tức là số các phần tử rắn này tăng lên sẽ làm tăng sự cản trượt đối với ferit, nâng cao độ cứng, độ bền

Như vậy sau khi làm nguội đẳng nhiệt austenit, tổ chức nào tạo thành là ứng với nhiệt độ giữ đẳng nhiệt đó nằm ở nhánh nào của chữ "C":

+ khi ở nhánh trên sát A1 được peclit, + khi ở đoạn ứng với phần lồi được trôxtit, + khi ở giữa hai mức trên được xoocbit,

Sau khi làm nguội đẳng nhiệt tổ chức nhận được là đồng nhất trên tiết diện

Trong thực tế thường dùng cách làm nguội liên tục Cũng có thể xây dựng giản đồ chuyển biến của austenit khi làm nguội liên tục với các tốc độ nhanh chậm khác nhau, với mỗi tốc độ nguội xác định các nhiệt độ tại đó austenit quá nguội bắt đầu và kết thúc phân hóa ra hỗn hợp ferit - xêmentit, rồi nối các điểm tương

đông với nhau lại như biểu diễn ở hình 4.7 Xây dựng các thí nghiệm như vậy khá phức tạp và khó đạt được mức độ chính xác cần thiết Song để đơn giản có thể lợi dụng giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt (hình 4.6) kể trên để xác định tổ chức tạo thành khi làm nguội với tốc độ khác nhau, như biểu diễn ở hình 4.8

Hình 4.7 Các đường bắt đầu và kết thúc chuyển biến austenit thành ferit - xêmentit thô và mịn tương ứng với các tốc độ làm nguội chậm (35 o C/s) và nhanh (140 o C/s) đối với thép cùng tích

Đặc điểm của sự phân hóa austenit khi làm nguội liên tục là:

1) Với các tốc độ nguội khác nhau, austenit bị quá nguội đến các nhiệt độ

khác nhau (tính tới điểm gặp các đường cong chữ "C") và phân hóa thành các tổ chức tương ứng với các nhiệt độ đó Làm nguội chậm cùng lò biểu thị bằng vectơ

V1 trên hình 4.8, nó cắt các đường cong chữ "C" ở sát A1: austenit quá nguội phân

hóa ở nhiệt độ cao được peclit tấm với độ cứng thấp nhất Làm nguội trong không

khí tĩnh biểu thị bằng vectơ V2, nó cắt các đường cong chữ "C" ở phần giữa của

nhánh trên: austenit quá nguội phân hóa thành xoocbit Làm nguội trong không

khí nén biểu thị bằng vectơ V3, nó cắt các đường cong chữ "C" ở phần lồi: austenit

quá nguội phân hóa thành trôxtit Làm nguội trong dầu biểu thị bằng vectơ V4, nó chỉ cắt phần lồi của đường cong chữ "C" thứ nhất, austenit quá nguội chỉ chuyển biến một phần thành trôxtit và phần còn lại sẽ chuyển biến thành mactenxit, cuối

cùng có tổ chức trôxtit + mactenxit (hay còn gọi là bán mactenxit) Làm nguội

trong nước lạnh biểu thị bằng vectơ V5, nó không cắt đường cong chữ "C" nào, tức austenit không chuyển biến chút nào thành hỗn hợp ferit - xêmentit, phần lớn

austenit quá nguội chuyển thành mactenxit Như vậy, khi làm nguội liên tục tạo

thành tổ chức nào là hoàn toàn tùy thuộc vào vị trí của vectơ biểu thị tốc độ nguội trên đường cong chữ "C"

Hình 4.8 Giản đồ T - T - T của thép cùng tích và các vectơ biểu thị tốc độ nguội V1 < V2 < V3 < V4 < V5

2) Tổ chức đạt được thường là không đồng nhất trên toàn tiết diện nhất là

trong trường hợp tiết diện lớn Do ở ngoài bao giờ cũng bị nguội nhanh hơn trong lõi nên thường có tổ chức với độ cứng cao hơn

3) Không đạt được tổ chức hoàn toàn bainit (về mặt hình học có thể dễ dàng thấy điều này từ dạng của chữ "C"), trong một số trường hợp có thể đạt được

tổ chức này cùng với trôxtit và mactenxit Chỉ đạt được hoàn toàn bainit bằng cách

4) Những điều trên chỉ đúng với thép cacbon Với thép hợp kim vị trí của các đường cong chữ "C" dịch sang phải với các mức độ khác nhau nên có thể các

đặc điểm trên không còn phù hợp hay không hoàn toàn phù hợp:

+ Tốc độ nguội cần thiết để đạt được các tổ chức trên sẽ giảm đi một cách tương ứng Ví dụ khi làm nguội cùng lò (V1) cũng có thể đạt được xoocbit, trôxtit; với một số loại thép hợp kim cao khi làm nguội trong không khí (V2, V3) cũng có

+ Sự không đồng nhất về tổ chức trên tiết diện giảm đi thậm chí có thể đạt

được đồng nhất ngay với tiết diện lớn

c Giản đồ T - T - T của các thép khác cùng tích

Căn cứ chủ yếu đầu tiên để xét tổ chức tạo thành khi làm nguội thép nào đó

là giản đồ T - T - T của chính thép đó Ta mới nói đến thép cùng tích song phần lớn các thép dùng là trước cùng tích và ít hơn là sau cùng tích thì như thế nào?

Các thép trước và sau cùng tích cũng có dạng của giản đồ T - T - T như thép cùng tích song có phần phức tạp hơn, tức cũng có dạng của hai chữ “C“ nhưng có thêm nhánh phụ ở phía trên, bên trái của chữ "C" thứ nhất (hình 4.9) để biểu thị sự tiết ra ferit hoặc xêmentit II (tùy thuộc vào là thép trước hay sau cùng tích) trước khi phân hóa thành hỗn hợp ferit - xêmentit và một đường ngang A3hay Acm

Ta chú ý tới ba đặc điểm khác biệt sau đây

1) Vị trí của các đường cong (chữ "C" và nhánh phụ) dịch sang trái một chút, càng xa cùng tích sự lệch này càng nhiều Nói khác đi các thép càng khác cùng tích có tính ổn định của austenit quá nguội kém hơn thép cùng tích đôi chút

Điều đó giải thích bằng sự khó đạt được austenit đồng nhất khi nung nóng

Hình 4.9 Hình dạng tổng quát của giản đồ T -T - T của thép khác cùng tích

2) Khi làm nguội đẳng nhiệt với độ quá nguội nhỏ (đường 1 hình 4.10) hay làm nguội chậm liên tục (đường 2), thoạt tiên austenit quá nguội sẽ tiết ra ferit (đối với thép trước cùng tích) và xêmentit II (đối với thép sau cùng tích) trước (khi vectơ nguội gặp nhánh phụ), sau đó mới phân hóa ra hỗn hợp ferit - xêmentit Trong trường hợp này tổ chức đạt được sau khi nguội:

Hình 4.10 Sự tiết ra ferit hay xêmentit II khi làm nguội đẳng nhiệt với độ quá nguội nhỏ (1)

và chậm liên tục (2)

+ đối với thép trước cùng tích là F + P (đôi khi F + xoocbit),

+ đối với thép sau cùng tích là P + XeII (đôi khi xoocbit + XeII)

3) Khi làm nguội đẳng nhiệt với độ quá nguội đủ lớn hay làm nguội (liên tục) đủ nhanh để vectơ biểu diễn quá trình nguội của chúng không gặp nhánh phụ, austenit quá nguội phân hóa ngay ra hỗn hợp ferit - xêmentit dưới dạng xoocbit, trôxtit, bainit (riêng bainit chỉ khi làm nguội đẳng nhiệt) Đương nhiên các tổ chức không có thành phần đúng 0,80%C như trong thép cùng tích và chúng được gọi là

Đối với thép hợp kim ngoài ảnh hưởng của cacbon như trên giản đồ còn chịu ảnh hưởng mạnh của các nguyên tố hợp kim, dưới tác dụng này các đường cong chữ "C" dịch rất mạnh sang phải, làm tăng tính ổn định của austenit quá nguội (tỉ mỉ được trình bày ở chương sau, mục 5.1.2d)

Chuyển biến mactenxit (khi tôi)

Nếu làm nguội nhanh austenit với tốc độ thích hợp sao cho vectơ biểu diễn quá trình nguội của nó không cắt đường cong chữ "C", thì nó không kịp chuyển biến thành hỗn hợp ferit - xêmentit, mà chỉ có chuyển biến thù hình (chuyển kiểu mạng tinh thể) của sắt từ Feγ sang Feα (tức không có sự tập trung của cacbon để tạo nên xêmentit Fe3C) xảy ra ở nhiệt độ thấp (từ 250 ữ 220o

C trở xuống) Đó là thực chất của chuyển biến khi làm nguội nhanh austenit → mactenxit, xảy ra khi tôi

Hình 4.11 Giản đồ T - T - T

và tốc độ tôi tới hạn Vth (tm và

0 m

T - thời gian và nhiệt độ ứng với austenit kém ổn định nhất)

Tốc độ làm nguội nhỏ nhất để gây ra chuyển biến này là tốc độ ứng với

vectơ tiếp xúc với đường "C" thứ nhất ở phần lồi, được gọi là tốc độ tôi tới hạn (hay còn gọi là tốc độ làm nguội tới hạn) V th (hình 4.11) Vậy khi làm nguội nhanh liên tục austenit (với tốc độ bằng hay vượt quá tốc độ tôi tới hạn) sẽ nhận được mactenxit Đây là tổ chức đặc trưng của quá trình làm nguội nhanh liên tục (tôi) Trước tiên h∙y xét bản chất của mactenxit

Mactenxit là dung dịch rắn xen kẽ quá b∙o hòa của cacbon trong Feα với

tm

nồng độ cacbon như của austenit, có kiểu mạng chính phương tâm khối và có độ

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 xảy ra quá trình chuyển mạng của Feγ (tâm mặt) sang Feα(tâm khối):

(austenit) Feγ (C) → Feα (C) (mactenxit) vì thế nồng độ cacbon trong hai pha này luôn luôn bằng nhau

- Với nồng độ cacbon thông thường (ví dụ 0,80%) trong Feγ sẽ là quá b∙o hòa ở trong Feα vì độ hòa tan cacbon trong dạng thù hình này rất thấp (0,006 ữ

0,02%)

- Nguyên tử cacbon hòa tan trong Feα bằng cách xen kẽ vào các lỗ hổng của mạng này Qua nghiên cứu thấy rằng nguyên tử cacbon sẽ nằm ở trong lỗ hổng tám mặt tức là ở giữa các mặt bên hay ở giữa các cạnh của ô cơ sở (hình 4.12) Như thấy rõ lỗ hổng này là không đối xứng nên quả cầu cacbon một khi lọt vào sẽ làm gi∙n các nguyên tử Fe ra xa không đều, kéo dài một cạnh ra mạnh hơn so với hai cạnh kia, làm cho mạng từ lập phương tâm khối (của Feα) chuyển sang chính

phương tâm khối Tỷ số c/a được gọi là độ chính phương của mactenxit, có giá trị

thay đổi trong khoảng 1,001 ữ 1,06 (cần chú ý rằng đây chỉ là tỷ lệ trung bình cho các ô cơ sở, vì cacbon không thể đi vào tất cả mọi lỗ hổng của austenit cũng như mactenxit, xem lại mục 3.1.2c và 1.4.1a)

Hình 4.12 ô cơ sở của mạng tinh thể mactenxit

- Nguyên tử cacbon chui vào lỗ hổng của Feα làm cho mạng tinh thể của sắt bị xô lệch, trở nên khó biến dạng dẻo và do đó có độ cứng cao nhất (cao hơn cả bainit, trôxtit , chúng chỉ là hỗn hợp ferit - xêmentit, trong đó ferit dẻo, vẫn có thể biến dạng dẻo được)

b. Các đặc điểm của chuyển biến mactenxit

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

1) Chỉ xảy ra khi làm nguội nhanh và liên tục austenit với tốc độ lớn hơn hay bằng tốc độ tôi tới hạn Vth Chuyển biến mactenxit không xảy ra khi làm

2) Chuyển biến là không khuếch tán: cacbon hầu như giữ nguyên vị trí, còn sắt chuyển dời vị trí để tạo kiểu mạng mới là lập phương tâm khối, nhưng sự chuyển dời này không vượt quá một thông số mạng Giữa mạng của austenit (A1)

và mactenxit (gần như A2) có mối quan hệ định hướng xác định sao cho các mặt

và phương dày 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

với nhau các góc 60 hay 120o

4) Chỉ xảy ra trong khoảng giữa hai nhiệt độ (điểm) bắt đầu M s và kết thúc

M f (với các nghĩa s - start - bắt đầu, f - finish kết thúc) Ngoài 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 hợp kim của austenit (mà không phải lúc nào cũng đồng nghĩa với thành phần cacbon của thép) [trong trường hợp ở trạng thái nung nóng thép có tổ chức nhiều pha (ví dụ austenit

và cacbit), rõ ràng là thành phần austenit khác với thành phần thép, chỉ khi nung nóng tới trạng thái hoàn toàn austenit thì thành phần pha này mới trùng với thành phần 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 cacbon và nguyên tố hợp kim cao có hai điểm này khá thấp

5) Chuyển biến xảy ra không hoàn toàn Thực nghiệm cho thấy khi làm

nguội càng gần tới điểm Mf, 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 (austenit) không thể chuyển biến, được gọi là austenit dư

Hình 4.13 Đường cong động học chuyển biến mactenxit

Đường cong động học chuyển biến mactenxit trên hình 4.13 cho biết lượng cũng như tốc độ tạo thành mactenxit khi giảm nhiệt độ Qua đó có thể thấy rằng khi điểm Mf < nhiệt độ thường (~20oC) - điều này thường xảy ra vì Mf của các thép

đều ở nhiệt độ âm - bằng cách làm nguội thông thường không thể đạt được lượng

mactenxit tối đa, đặc biệt khi Mf quá thấp (ví dụ -100oC) lượng austenit có thể khá cao (20 ữ 30%) ảnh hưởng mạnh đến độ cứng Nguyên nhân tồn tại austenit dư cùng với mactenxit là do sự khác nhau về thể tích riêng của hai pha này: VM > Vγ(vì mactenxit là Feα(C), Feα có mật độ thể tích thấp hơn Feγ nên sẽ có thể tích riêng lớn hơn), vì thế khi chuyển biến austenit → mactenxit thể tích sẽ tăng lên, do vậy phần austenit chưa chuyển biến bị sức ép ngày một tăng đến mức không thể chuyển biến hết được Lượng austenit dư tồn tại trong thép tôi phụ thuộc vào các

+ Vị trí của điểm Mf: điểm Mf càng thấp dưới 20oC lượng austenit dư càng nhiều Đây là yếu tố quan trọng nhất Các nhân tố làm giảm điểm Mf như tăng lượng nguyên tố hợp kim trong austenit, cũng đều làm tăng lượng austenit dư của thép tôi

+ Lượng cacbon trong mactenxit càng nhiều thể tích riêng của nó càng lớn (do sự tăng của độ chính phương c/a) làm lượng austenit dư càng nhiều

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 cao của mactenxit là do cacbon hòa tan xen kẽ làm xô lệch mạng tinh thể của sắt, nên nó chỉ phụ thuộc nồng độ cacbon quá b∙o hòa trong nó: đại lượng này càng cao, xô lệch mạng càng mạnh (tỷ số c/a càng lớn), độ cứng càng cao (hình 4.14) Như thế:

- mactenxit chứa ít cacbon, ≤ 0,25%, độ cứng không cao chỉ khoảng ≤

- mactenxit chứa cacbon trung bình, 0,40 ữ 0,50%, độ cứng tương đối cao,

- mactenxit chứa cacbon cao, ≥ 0,60%, độ cứng cao, HRC ≥ 60

ở đây cần phân biệt độ cứng của pha mactenxit và độ cứng của thép tôi vì hai đại lượng này không phải lúc nào cũng đồng nhất với nhau Thực ra độ cứng của thép tôi bao giờ cũng là độ cứng tổng hợp của hỗn hợp mactenxit + austenit dư, đôi khi cả cacbit (xêmentit II) nữa và tuân theo quy luật kết hợp hay trung bình cộng như đ∙ trình bày ở mục 3.2.8b Như đ∙ biết austenit có độ cứng thấp, nếu nó tồn tại với tỷ lệ đáng kể (> 10%) làm độ cứng của thép tôi nhỏ hơn độ cứng của pha mactenxit tức chưa đạt đến giá trị cao nhất, còn với tỷ lệ không đáng kể (vài

%) thì độ cứng của thép tôi chính là độ cứng của mactenxit tức đạt được giá trị cao nhất Với thép cacbon thấp và trung bình, do điểm Mf cao, thể tích riêng của mactenxit chưa lớn, austenit dư thấp, không ảnh hưởng đến độ cứng của thép tôi Chỉ với thép cacbon cao và hợp kim cao làm tăng thể tích riêng của mactenxit và hạ thấp mạnh Mf mới làm tăng mạnh lượng austenit dư, ảnh hưởng đến độ cứng của thép tôi (hạ thấp từ vài, ba đến 10 đơn vị HRC so với khi không có austenit dư)

Độ cứng cao dẫn đến nâng cao tính chống mài mòn là ưu điểm của pha mactenxit, song cần nhớ là ưu điểm này chỉ phát huy được ở những thép có ≥

Tính giòn

Trái lại, tính giòn là nhược điểm của mactenxit vì khi tính giòn cao hoặc

quá cao làm hạn chế sử dụng thậm chí không thể dùng được Mactenxit giòn cũng

là do xô lệch mạng như nguyên nhân gây ra độ cứng, ngoài ra còn do tồn tại ứng suất dư (hay ứng suất bên trong) trong nó Thường là độ cứng càng cao tính giòn cũng càng cao, song ngoài ra tính giòn cũng có thể biến động trong phạm vi khá rộng phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:

Hình 4.14 Sự phụ thuộc của độ chính phương c/a (a)

và độ cứng mactenxit (b) vào nồng độ cacbon trong nó + Kim mactenxit càng nhỏ tính giòn càng thấp, muốn đạt được điều này hạt austenit khi nung nóng phải nhỏ

+ ứng suất 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 sử dụng 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, đẳng nhiệt và ram ngay tiếp theo

Sau khi tôi đạt được mactenxit và một lượng nhất định austenit dư, thép có

độ cứng cao song với tính giòn lớn, tồn tại ứng suất bên trong, tổ chức không ổn

định chưa phù hợp với điều kiện làm việc, cần phải có thêm sau đó một nguyên

công chỉnh - nung nóng lại, được gọi là ram

Theo giản đồ pha Fe - C, từ nhiệt độ thường đến 727oC tổ chức ổn định của thép là hỗn hợp ferit - xêmentit tức peclit Do vậy hai pha mactenxit và austenit dư

đều là các pha không ổn định, có khuynh hướng chuyển biến thành hỗn hợp trên Như đ∙ biết, mactenxit không ổn định là do quá b∙o hòa cacbon, lượng cacbon thừa sẽ tiết ra ở dạng xêmentit và phần còn lại mất hết cacbon trở thành

Feα(C) → Fe3C + Feα còn austenit, nó không tồn tại ổn định dưới 727oC và cũng có khuynh hướng chuyển biến thành hỗn hợp ferit - xêmentit:

Feγ(C) → Fe3C + FeαCần chú ý:

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

b Các chuyển biến xảy ra khi ram

Theo sự tăng của nhiệt độ nung nóng, thép cùng tích (0,80%C) đ∙ tôi với tổ chức mactenxit + austenit dư lần lượt qua các giai đoạn với các chuyển biến như sau

được gọi là mactenxit ram [giữa hai pha trên có cấu trúc liền mạng (coherent), mạng tinh thể biến đổi liên tục, đều đặn, không thay đổi đột ngột và không có ranh giới pha rõ ràng]

Có thể trình bày chuyển biến trong giai đoạn này dưới dạng sơ đồ sau:

(mactenxit tôi) Feα(C)0,8 → [Feα(C)0,25 ữ 0,40 + Fe2 ữ 2,4C] (mactenxit ram)

Vậy cuối giai đoạn này thép tôi có tổ chức mactenxit ram và austenit dư Giai đoạn II (200 ữ 260o

C) Trong giai đoạn này cacbon vẫn tiếp tục tiết ra khỏi mactenxit làm hàm lượng cacbon trong dung dịch rắn chỉ còn khoảng 0,15 ữ 0,20%, song nét đặc biệt

là có chuyển biến mới - austenit dư thành mactenxit ram:

(austenit dư) Feγ(C)0,8 → [Feα(C)0,15 ữ 0,20 + Fe2 ữ 2,4C] (mactenxit ram)

Cuối giai đoạn này thép tôi có tổ chức mactenxit ram gồm cacbit ε và

Mactenxit ram là tổ chức cứng không kém (nếu có thì chỉ là chút ít) mactenxit tôi, song lại ít giòn hơn do giảm được ứng suất bên trong (do cacbon tiết

bớt ra khỏi dung dịch rắn giảm chút ít xô lệch mạng)

Đối với các thép tôi bình thường, khi ram đến đây độ cứng vẫn giữ nguyên hoặc chỉ giảm chút ít (khoảng một, cùng lắm là hai đơn vị HRC) Song ở một số thép sau khi tôi có lượng austenit dư lớn (hàng chục %), khi ram đến đây độ cứng

có thể tăng lên (thêm 2 ữ 3, cá biệt có thể tới 10 đơn vị HRC) do hiệu ứng tăng độ cứng nhờ chuyển biến austenit dư thành mactenxit ram mạnh hơn hiệu ứng giảm

độ cứng do cacbon tiết ra khỏi dung dung dịch rắn Hiện tượng này được gọi là độ

Giai đoạn III (260 ữ 400oC)

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

- Tất cả cacbon quá b∙o hòa được tiết hết ra khỏi mactenxit dưới dạng

cacbit, độ chính phương không còn, c/a = 1, mactenxit nghèo cacbon trở thành

Cuối giai đoạn này thép tôi có tổ chức là hỗn hợp ferit - xêmentit ở dạng

hạt rất nhỏ mịn và phân tán, được gọi là trôxtit ram Do cacbon đ∙ tiết hết ra khỏi

dung dịch rắn (mactenxit) nên đến giai đoạn này:

- Độ cứng giảm đi rõ rệt song vẫn còn tương đối cao (HRC 45 với thép

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

Vậy trôxtit ram cũng như trôxtit tôi là tổ chức khá cứng và có giới hạn đàn

Giai đoạn IV (> 400oC)

Khi tiếp tục nung nóng đến > 400OC thép tôi không có chuyển biến pha gì

mới, chỉ có quá trình kết tụ (sát nhập, lớn lên) của các phần tử xêmentit ở dạng

C) được hỗn hợp ferit - xêmentit hạt có thể phân biệt được

dưới kính hiển vi quang học, được gọi là peclit hạt

Do xêmentit kết tụ nên khi nung nóng đến giai đoạn này độ cứng của thép tôi giảm đi mạnh, thép càng trở nên dễ gia công cắt Còn khi nung thép tôi lên quá

Ac1 sẽ xuất hiện austenit ổn định mà tùy thuộc vào tốc độ làm nguội tiếp theo nó

sẽ phân hóa thành các tổ chức khác nhau như đ∙ khảo sát ở mục trên (4.2.4), không còn trong phạm vi của nguyên công ram nữa Do vậy khi ram không được nung nóng quá A1

Tóm lại, ram là quá trình phân hủy mactenxit, làm giảm độ cứng cao, ứng suất bên trong đạt được khi tôi, tuy nhiên tùy thuộc vào nhiệt độ tiến hành có thể

đạt được các yêu cầu cơ tính khác nhau phù hợp với các điều kiện tải trọng tác dụng rất đa dạng trong chế tạo cơ khí

Các giới hạn nhiệt độ kể trên cho từng giai đoạn là ứng với thép cacbon Với các thép trước và sau cùng tích mức độ giảm độ cứng khi ram so với trạng thái mới tôi của chúng cũng theo quy luật tương tự như đối với thép cùng tích đ∙ trình bày Đối với thép hợp kim, các giới hạn nhiệt độ đều được nâng cao lên, tức quá trình ram xảy ra khó hơn

Sau khi đ∙ khảo sát hết các kiểu chuyển biến pha khi nung nóng và làm nguội, ta chuyển sang xét bản chất, cách tiến hành và công dụng của các phương pháp nhiệt luyện cụ thể

4.3 ủ và thường hóa thép

Có thể nói vắn tắt là ủ và thường hóa là các phương pháp thuộc nhóm nhiệt luyện sơ bộ, làm mềm thép, chuẩn bị tổ chức cho gia công (cắt, dập nguội, nhiệt

luyện) tiếp theo, tuy nhiên chúng có các đặc điểm và phạm vi công dụng riêng biệt

C), giữ nhiệt lâu rồi làm nguội chậm cùng lò để đạt được tổ chức ổn định

peclit (tức đúng với giản đồ pha Fe - C) với độ cứng thấp nhất và độ dẻo cao Hai

nét đặc trưng của ủ là nhiệt độ không có quy luật tổng quát và làm nguội với tốc

độ chậm để đạt tổ chức cân bằng

Mục đích

Có nhiều phương pháp ủ mà mỗi phương pháp chỉ đạt được một, hai hay ba trong số năm mục đích sau đây

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

2) Làm tăng độ dẻo để dễ tiến hành biến dạng (dập, cán, kéo) nguội

3) Làm giảm hay làm mất ứng suất bên trong gây nên bởi gia công cắt,

Các phương pháp ủ này có nhiệt độ ủ thấp hơn Ac1 nên không có chuyển biến peclit → austenit khi nung nóng, do đó không làm biến đổi tổ chức của thép

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

ủ thấp

ủ thấp hay ủ non được tiến hành ở các nhiệt độ 200 ữ 600o

C với mục đích làm giảm hay khử bỏ ứng suất bên trong ở vật đúc hay sản phẩm qua gia công cơ khí (cắt gọt hay dập nguội) Nếu nhiệt độ ủ chỉ là 200 ữ 300o

C chỉ khử bỏ một phần (tức chỉ làm giảm), còn ở nhiệt độ cao hơn, 450 ữ 600o

C sẽ khử bỏ hoàn toàn ứng suất bên trong Lĩnh vực áp dụng: các chi tiết máy quan trọng chỉ đòi hỏi làm giảm hay khử bỏ ứng suất bên trong Có thể nêu vài ví dụ

- Vật đúc gang quan trọng như thân máy cắt, yêu cầu phải khử bỏ phần lớn (70 ữ 80%) ứng suất bên trong để không làm cong, biến dạng sống trượt, thường

+ Để lâu trong kho hay ngoài trời (ở nhiệt độ thường), ứng suất bên trong

được giảm dần nhưng phải sau khoảng một năm mới đạt đến giá trị nhỏ cho phép, không gây ra biến dạng về sau Cách làm này tuy đơn giản nhưng lại quá tốn thời gian, gây l∙ng phí, ứ đọng sản phẩm, dễ gây mất đồng bộ sản xuất

+ ủ ở 450 ữ 600o

C trong 1 ữ 2h sẽ khử bỏ được hầu như hoàn toàn ứng

suất bên trong Đây là cách thường được áp dụng vì nó tiết kiệm được kho, b∙i, không gây l∙ng phí (khi vật đúc hỏng sẽ biết ngay sau khi gia công cơ khí, do đó tìm cách khắc phục kịp thời), không gây ra mất đồng bộ sản xuất, tuy có tốn kém

thêm

- Sau khi gia công cơ ứng suất bên trong sẽ tăng lên ảnh hưởng xấu đến khả năng làm việc của sản phẩm như xecmăng sau khi mài, cắt gọt, lòxo 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 [đối với gang xám bị biến trắng sau khi ủ thấp (sát A1) độ cứng có thể giảm do grafit hóa]

ủ kết tinh lại

ủ kết tinh lại được tiến hành cho các thép qua biến dạng nguội, bị biến cứng cần khôi phục tính dẻo, độ cứng ở mức như trước bị biến dạng Như đ∙ trình bày ở chương 2 (mục 2.3.2b), nhiệt độ kết tinh lại của sắt là 450o

C Đối với thép cacbon, ủ kết tinh lại được tiến hành ở 600 ữ 700o

C Khác với ủ thấp, ủ kết tinh lại

làm giảm độ cứng và làm thay đổi kích thước hạt Nói chung phương pháp ủ này

không được áp dụng cho thép vì phần bị biến dạng tới hạn (2 ữ 8%) sau khi kết tinh lại sẽ có hạt rất lớn, thép bị giòn (đối với thép ủ kết tinh lại chỉ áp dụng cho thép kỹ thuật điện, để giảm tổn thất từ cần hạt lớn) Để tránh thiếu sót này đối với thép người ta áp dụng các phương pháp ủ có chuyển biến pha (Riêng đối với các kim loại, hợp kim không có chuyển biến thù hình như nhôm, đồng với mục đích tương tự chỉ có thể áp dụng ủ kết tinh lại)

c Các phương pháp ủ có chuyển biến pha

Trong thực tế thường gặp loại ủ có chuyển biến pha Các phương pháp ủ này có nhiệt độ ủ cao hơn Ac1 nên có xảy ra chuyển biến peclit → austenit khi nung nóng với hiệu ứng làm nhỏ hạt, nên khi làm nguội chậm austenit hạt nhỏ lại chuyển biến thành peclit với kích thước hạt nhỏ Có các phương pháp ủ có chuyển

ủ hoàn toàn

ủ hoàn toàn là phương pháp ủ áp dụng cho thép trước cùng tích với lượng cacbon trong khoảng 0,30 ữ 0,65% với đặc điểm nung nóng thép tới trạng thái hoàn toàn là austenit, tức là phải cao hơn Ac3:

0 u

T = Ac3 + (20 ữ 30oC) Mục đích của ủ hoàn toàn là:

- Làm nhỏ hạt: nếu chỉ nung quá Ac3 khoảng 20 ữ 30oC thì hạt austenit nhận được vẫn nhỏ, nên khi làm nguội tiếp theo tổ chức ferit - peclit nhận được

- Làm giảm độ cứng và tăng độ dẻo để dễ cắt gọt và dập nguội với độ cứng

Khi nung nóng để ủ hoàn toàn ta được austenit đồng nhất nên khi làm

nguội sẽ phân hóa ra tổ chức ferit - peclit, trong đó peclit ở dạng tấm

ủ không hoàn toàn và ủ cầu hóa

ủ không hoàn toàn là phương pháp áp dụng cho thép dụng cụ có thành phần cacbon cao ≥ 0,70%, tức tất cả các thép cùng tích, sau cùng tích và thép

trước cùng tích với 0,70%C, với đặc điểm nung nóng thép tới trạng thái không

hoàn toàn là austenit tức cao hơn Ac1 nhưng phải thấp hơn Accm:

0 u

T = Ac1 + (20 ữ 30oC) = 750 ữ 760oC tức mọi thép kể trên đều có nhiệt độ ủ hầu như giống nhau

Tổ chức tạo thành khi ủ không hoàn toàn là peclit hạt chứ không phải là

peclit tấm Đấy là lý do tại sao với thép cacbon cao như vậy chỉ đem ủ không hoàn toàn mà không được ủ hoàn toàn Nếu ủ hoàn toàn tức nung quá Accm sẽ được austenit đồng nhất, khi làm nguội chậm tiếp theo sẽ chuyển biến thành peclit tấm

có độ cứng HB > 200 ữ 220 và xêmentit II ở dạng lưới làm thép có tính giòn cao Khi ủ không hoàn toàn do chỉ được nung thấp (chỉ quá Ac1 một chút) bản thân austenit tạo thành chưa kịp tiến hành đồng đều hóa thành phần hoặc vẫn còn các phần tử xêmentit của peclit chưa chuyển biến xong hoặc xêmentit II Sự không

đồng nhất như vậy làm cho sự tạo thành peclit hạt dễ dàng và độ cứng HB < 220

dễ gia công cắt hơn Ngược lại phương pháp này không áp dụng cho thép trước cùng tích có C ≤ 0,65% vì đây là nhóm thép kết cấu có yêu cầu cao về độ dai va

đập nếu qua ủ không hoàn toàn sẽ không làm nhỏ được ferit, làm ảnh hưởng xấu

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 750 ữ 760o

C giữ nhiệt khoảng 5min

(phút) rồi làm nguội xuống 650 ữ 660oC giữ nhiệt khoảng 5min , với lặp đi lặp

lại nhiều lần nó sẽ xúc tiến nhanh quá trình cầu hóa xêmentit để tạo thành peclit hạt

ủ đẳng nhiệt

Đối với thép hợp kim cao do austenit quá nguội có tính ổn định quá lớn (đường cong chữ "C" dịch sang phải rất mạnh), nên làm nguội chậm cùng lò cũng không đạt được tổ chức peclit mà ra các tổ chức cứng hơn như peclit - xoocbit, xoocbit, xoocbit - trôxtit nên thép không đủ mềm để gia công cắt (xem lại phần giản đồ T - T - T, mục 4.2.3a) Muốn đạt mục đích này, tiện lợi hơn cả là làm nguội đẳng nhiệt ở nhiệt độ thấp hơn Ar1 khoảng 50o

C (thường dùng loại lò có khống chế nhiệt độ quy định) trong thời gian nhất định (xác định theo giản đồ T -

T - T của chính thép đó), sẽ nhận được tổ chức peclit

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

Như vậy ủ đẳng nhiệt khác với hai phương pháp ủ trên ở phương thức làm nguội: ở đây là làm nguội đẳng nhiệt, ở trên là 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) hoặc của ủ không hoàn toàn nếu là thép sau cùng tích và cùng tích (sau

ủ khuếch tán

ủ khuếch tán là phương pháp ủ với đặc điểm nung nóng thép lên đến nhiệt

độ rất cao 1100 ữ 1150o

C trong nhiều giờ (10 ữ 15h) để làm tăng khả năng khuếch

tán, làm đều thành phần hóa học giữa các vùng trong bản thân mỗi hạt

Lĩnh vực áp dụng: thép hợp kim cao khi đúc bị thiên tích phải làm đều thành phần Tuy nhiên sau khi ủ khuếch tán hạt trở nên rất to nên sau đó phải đưa

đi cán nóng hoặc ủ lại theo một trong ba phương pháp ủ làm nhỏ hạt kể trên

Cần chú ý: đối với mọi trường hợp của ủ có chuyển biến pha, chỉ cần làm nguội trong lò đến 600 ữ 650oC, lúc đó sự tạo thành peclit đ∙ hoàn thành nên có thể kéo vật phẩm ra khỏi lò, để nguội ngoài không khí và nạp mẻ khác vào ủ tiếp

a Định nghĩa

Thường hóa là phương pháp nhiệt luyện bao gồm nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn là austenit (cao hơn Ac3 hay Accm), giữ nhiệt rồi làm nguội tiếp theo trong không khí tĩnh (thường dùng cách kéo ra làm nguội trên sàn xưởng) để austenit phân hóa thành tổ chức gần ổn định: peclit phân tán hay xoocbit với độ cứng tương đối thấp (nhưng cao hơn ủ một chút)

Các nét đặc trưng của thường hóa so với ủ là:

- Nhiệt độ: giống như ủ hoàn toàn toàn nhưng được áp dụng cho cả thép

0 th

T = Ac3 + (30 ữ 50oC) cho thép trước cùng tích,

0 th

T = Accm + (30 ữ 50o

C) cho thép sau cùng tích

- Tốc độ nguội: nhanh hơn đôi chút, trong không khí tĩnh (đây là cách làm nguội thông thường, đơn giản nhất nên có tên là thường hóa), không phải dùng lò khi làm nguội nên kinh tế hơn ủ

Cần nhớ để bảo đảm tính gia công cắt:

+ thép ≤ 0,25%C - phải thường hóa,

+ thép 0,30 ữ 0,65%C - phải ủ hoàn toàn,

+ thép ≥ 0,70%C - phải ủ không hoàn toàn (ủ cầu hóa)

2) Làm nhỏ xêmentit chuẩn bị cho 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 thuận lợi để tạo thành hạt austenit nhỏ mịn khi nung nóng cho nhiệt luyện kết thúc Thường áp dụng cho các thép kết cấu trước khi tôi (thể tích và bề mặt)

Hình 4.15 Khoảng nhiệt

độ ủ, thường hóa và tôi cho thép cacbon

3) Làm mất lưới xêmentit II của thép sau cùng tích Như đ∙ biết xêmentit II

trong thép sau cùng tích thường ở dạng lưới làm cho thép giòn (pha giòn ở dạng liên tục không những làm tăng mạnh độ giòn chung mà còn ảnh hưởng xấu đến độ nhẵn bóng khi cắt gọt) Thường hóa với tốc độ nguội nhanh hơn ủ làm xêmentit II không kịp tiết ra ở dạng liền nhau (liên tục), mà ở dạng rời rạc, cách xa nhau, do

Tôi thép là phương pháp nhiệt luyện bao gồm: nung thép lên cao quá nhiệt

độ tới hạn Ac1 để làm xuất hiện austenit, giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh thích hợp

để biến nó thành mactenxit hay các tổ chức không ổn định khác với độ cứng cao

- Nhiệt độ tôi > Ac1 để có austenit (có thể giống ủ hoặc thường hóa)

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

1) Nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn (kết hợp với ram thấp), nhờ

đó kéo dài tuổi thọ của các chi tiết máy chịu mòn và tất cả dụng cụ (cắt, biến dạng nguội) Như đ∙ biết, nhờ tôi mà độ cứng đạt được giá trị cao nhất và nếu chỉ ram thấp (chỉ có tác dụng giảm ứng suất bên trong, không làm giảm độ cứng sau khi tôi) thì thép có khả năng chống mài mòn cao Tuy nhiên không phải thép nào đem tôi cũng làm tăng được độ cứng và tính chống mài mòn cao theo ý mong muốn

Các thép có cacbon ≤ 0,35%C khi tôi độ cứng không thể vượt quá HRC 50, với độ cứng này chưa đủ để có tính chống mài mòn đáng kể Chỉ các thép có ≥

0,40%C mới đạt được mục đích này, trong đó:

+ thép 0,40 ữ 0,65%C đạt độ cứng HRC 52 ữ 58 có tính chống mài mòn

+ thép 0,70 ữ 1,00%C đạt độ cứng HRC 60 ữ 64 có tính chống mài mòn cao,

+ thép 1,00 ữ 1,50%C đạt độ cứng HRC 65 ữ 66 có tính chống mài mòn rất cao (đôi trường hợp thép có cacbon cao đến trên dưới 2% có tính chống mài mòn

2) Nâng cao độ bền và sức chịu tải của chi tiết máy Sau khi tôi kết hợp với

ram ở nhiệt độ cao hơn tuy độ cứng, tính chống mài mòn giảm đi, song nhờ mất