16.3 Chú thích 16.4 Tham khảo
• Nguyên lý nghiền High-Energy Ball Milling(Đại học ốc tế Úc)
Chương 17
Nhiệt luyện
Nhiệt luyệnlà một phương pháp tác độngnhiệt độlên vật chất nhằm làm thay đổivi cấu trúcchất rắn, đôi khi tác động làm thay đổi thành phầnhóa học, đặc tính của vật liệu. Chủ yếu của ứng dụng nhiệt luyện là thuộc về ngànhluyện kim. Nhiệt luyện cũng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, ví dụ như ngành sản xuấtthủy tinh. á trình nhiệt luyện bao gồm sự nung nóng hoặc làm nguội với mức độ chênh lệch đáng kể, hoặc xử lý nhiệt theo một thời gian biểu nhằm mục đích làm mềm hay làm cứng vật liệu, cũng như tạo ra sự cứng hay mềm khác nhau trên cùng một vật liệu, ví dụ nhưtôi bề mặt, vật liệu chỉ cứng ở bề mặt (chống mài mòn) nhưng lại dẻo dai ở phần bên trong (chịu va đập cũng như chịu uốn rất tốt).
Nhiệt luyện đòi hỏi một quy trình chặt chẽ và có kiểm soát thời gian và tốc độ trao đổi nhiệt trên vật liệu. Nhiều quốc gia tiên tiến chưa công bố và còn bí mật một số công nghệ nhiệt luyện - yếu tố tạo ra một vật liệu có giá thành hạ nhưng tính năng sử dụng rất cao. Ví dụ, với một chi tiết trục động cơ, người ta sử dụng vật liệu thép hợp kim thấp(giá thành rẻ), sau công đoạn nhiệt luyệnram,thấmvật liệu cóbề mặtcứng chịu đượcbài mòncao, nhưngthân trụclại chịu được chấn động và chịu uốn khá lớn, chi tiết được bán với giá rất cao. Bản chất của nhiệt luyện kim loại là làm thay đổi tính chất thông qua biến đổi tổ chức của vật liệu. Một quy trình nhiệt luyện bao gồm 3 giai đoạn: Nung, giữ nhiệt, làm nguội. Khi nung, tổ chức vật liệu sẽ thay đổi theo nhiệt độ, tuỳ thời điểm nâng, hạ nhiệt với các tốc độ khác nhau mà nhiệt luyện với các phương pháp khác nhau sẽ cho ra tính chất vật liệu mong muốn.
Để làm thay đổi mạnh hơn nữa các tính chất của kim loại và hợp kim, người ta còn kết hợp đồng thời các tác dụng của biến dạng dẻo và nhiệt luyện hay tác dụng hoá học và nhiệt luyện. Như vậy Nhiệt luyện (nói chung) bao gồm ba loại: Nhiệt luyện đơn giản, Cơ nhiệt luyện, Hoá nhiệt luyện.
Ở thể loại Nhiệt luyện đơn giản bao gồm các hình thức:
17.1 Ủ loại 1
Ủ loại 1 hay ủ không chuyển biếnphalà quá trình nhiệt luyện tiến hành ở nhiệt độ thấp hơnnhiệt độ tới hạn, sau đó làm nguội cùng lò. Dạng nhiệt luyện này không làm thay đổimạng tinh thểmà chỉ khắc phục một phần hoặc hoàn toàn các sai lệch về mạng tinh thể.
17.2 Ủ loại 2
Ủ có chuyển biến pha: Nung kim loại cao hơn nhiệt độ chuyển biến pha, giữ nhiệt rồi sau đó làm nguội chậm, làm kết tinh lại dẫn tới sự tạo thành pha mới làm nhỏ hạt tinh thể, đưa hợp kim về trạng thái cân bằng.
17.3 Tôi có chuyển biến pha
Là quá trình nhiệt luyện hợp kim gồm nung hợp kim lên tới nhiệt độ có trạng thái pha nhất định, giữ nhiệt rồi làm nguội đủ nhanh để quá trình khuếch tán không kịp xảy ra, kết quả nhận được tổ chức không cân bằng.
17.4 Tôi bề mặt
ực hiện tôi trên bề mặt chi tiết hợp kim, thường sử dụng các lò tần số để chỉ nung phần mặt ngoài của chi tiết.
Các bánh răng, các trục…thường được tôi bề mặt để đảm bảo độ cứng bề mặt cao (để chống mài mòn), nhưng phần bên trong nó lại dẻo.
17.5 Ram
Ram là quá trình nhiệt luyện gồm nung kim loại đã được tôi đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chuyển biến pha, đưa hợp kim về trạng thái cân bằng, do đó mà tổ chức không ổn định khi tôi sẽ được phân huỷ thành tổ chức ổn định hơn.
30 CHƯƠNG 17. NHIỆT LUYỆN
17.6 Hoá già
Cũng như ram, nhưng nếu quá trình phân huỷ dung dịch rắn quá bão hoà ở nhiệt độ phòng hay nhiệt độ không cao của các hợp kim trên cơ sở các kim loại không có chuyển biến thù hình thì được gọi là hoá già.
17.7 Xem thêm
• Hợp kim
• Ủ (nhiệt luyện)
• Nung cảm ứng
• ấm tăng cứng
• Ram (nhiệt luyện)
17.8 Tham khảo 17.9 Liên kết ngoài
• Induction Heating Processes - How induction heating is used across an array of material heating processes.
• Induction Atmospheres - has information on about induction heat treating
Chương 18
Nung cảm ứng
Nung cảm ứnglà quá trìnhnung nóng hợp kimhay kim loạidựa trên nguyên tắccảm ứng điện từ. Nung cảm ứng thường được thực hiện bởi cáclò tần số.
18.1 Nguyên lý
Hai lò trung tần cỡ nhỏ sử dụng nung chảy kim loại trong xưởng đúc quy mô vừa
Khi một vật dẫn có dòng điện xoay chiều chạy qua xung quanh nó sẽ xuất hiện từ trường biến thiên. Nếu đặt trong từ trường này một chi tiết kim loại hay hợp kim thì do sự biến thiên của từ trường sẽ sinh ra một suất điện động cảm ứng và trong kim loại sẽ xuất hiện một dòng điện có cùng tần số[1]đèn cảm ứng.
Khi dùng dòng điện có tần số rất cao (tới hàng ngàn đến chục ngàn héc (Hz)) thì dòng điện trong vật kim loại cũng sẽ có tần số cao tương ứng, do đó phát sinh nhiệt và kim loại được nung nóng.
Dòng điệncảm ứngxuất hiện và phân bố lớn nhất ở bề mặtlớpkim loạinên sự phát sinh nhiệt sẽ xuất hiện ở phần bên ngoài của chi tiết kim loại. Như vậynhiệt độvật kim loại sẽ nóng mạnh nhất từ ngoài và giảm dần vào phía trong, do đó nung cảm ứng ở các lò tần số thường được sử dụng cho việctôi bề mặt.
18.2 Chú thích
[1] What is Induction Heating? 070710 ameritherm.com
Chương 19
Phản ứng nhiệt nhôm
Hàn đường sắt bằng phản ứng nhiệt nhôm
Phản ứng nhiệt nhômlàphản ứng hóa họctỏa nhiệt trong đónhômlàchất khửở nhiệt độ cao. Ví dụ nổi bật nhất là phản ứng nhiệt nhôm giữaôxít sắt IIIvà nhôm:
Fe2O3+ 2 Al → 2 Fe + Al2O3 Một số phản ứng khác như: 3CuO+ 2Al → Al2O₃ ₊ ₃C
8Al + 3Fe3O4→ 4Al2O3+ 9Fe 3Mn3O4+ 8 Al → 4 Al2O3+ 9 Mn Cr2O3+ 2 Al→ Al2O3+ 2 Cr
Phản ứng này lần đầu tiên được sử dụng để khửôxit kim loại mà không sử dụng cacbon. Phản ứng này tỏa nhiệt rất cao, nhưng nó có một năng lượng hoạt hóa cao do các liên kết giữa cácnguyên tửtrongchất rắn phải được phá vỡ trước. Oxit kim loại được đun nóng với nhôm trong một lò đun. Phản ứng này chỉ có thể sử dụng để sản xuất số lượng nhỏ vật liệu.Hans Goldschmidtđã cải tiến quy trình nhiệt nhôm giữa năm 1893 và 1898, bằng cách đốt cháy hỗn hợp của bột oxit kim loại mịn và bột nhôm bằng một phản ứng khởi động mà không làm nóng hỗn hợp từ bên ngoài. á trình này được cấp bằng sáng chế vào năm 1898 và được sử dụng rộng rãi trong các năm sau để hàn đường sắt.
Người ta thường sử dụng các phản ứng này để hàn đường sắt tại chỗ, hữu ích cho việc cài đặt phức tạp hoặc sửa chữa tại chỗ mà không thể được thực hiện bằng cách sử dụng cách hàn đường sắt liên.
Phản ứng nhiệt nhôm cũng được sử dụng để sản xuất phần lớn hợp kim sắt, ví dụ như ferroniobium từ niobium pentoxide.[1]Cáckim loạikhác cũng được sản xuất bằng phương pháp này.[2][3][4]
19.1 Chú thích
[1] Claude Dufresne and Ghislain Goyee.“e Production
of Ferroniobium at the Niobec Mine MINE 1981-2001”
(PDF). Truy cập ngày 2 tháng 9 năm 2008.
[2] Davis, Joseph R. (1993). Aluminum and Aluminum
Alloys: Aluminum and Aluminum Alloys. ASM
International.ISBN 9780871704962.
[3] Gupta, Chiranjib Kumar (2006). Chemical
Metallurgy: Principles and Practice. Wiley-VCH.
ISBN 9783527605255.
[4] Wang, L. L.; Munir Z. A.; Maximov,Y. M. (1993). “ermite reactions: their utilization in the synthesis
and processing of materials”. Journal of Materials
Science28(14): 3693–3708.doi:10.1007/BF00353167.
19.2 Tham khảo
Chương 20
Ram (nhiệt luyện) Ram là một phương phápnhiệt luyệncáckim loạivà hợp kimgồm nung nóng chi tiết đã tôi đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn (Ac1), sau đó giữ nhiệt một thời gian cần thiết để mactenxit và austenit dư phân hoá thành các tổ chức thích hợp rồi làm nguội. Phần nhiều sau khi ram chi tiết được làm nguội trong không khí, tuy nhiên cũng có trường hợp sau khi ram phải làm nguội trong nước hoặc dầu để tránh hiện tượng dòn ram.
Vớithépthì quá trình ram sẽ làm cho thép dẻo dai hơn bởi sự biến đổimartenite“dòn” thànhferite. Việc tôi nhanh thép thì cần phải được ram lại sau đó nhằm giảm nội ứng lực bên trong chi tiết.
Trongluyện kim, người ta luôn chú ý cân bằng giữa hai yếu tốdòn(dễ vỡ) vàdẻo. Sự cân bằng và ổn định cấu trúc tinh thể là nhiệm vụ chính của quá trình ram. Việc tính toán để khống chế thời gian giữ nhiệt cũng như nhiệt độ ram sẽ quyết định chất lượng chi tiết sau đó. Một vài nước có nềncông nghiệptiên tiến, luôn luôn bảo vệ bí quyết và đầu tư nghiên cứu lĩnh vực này. Ram được phân thành ba loại: Ram thấp, Ram trung bình và Ram cao.
20.1 Ram thấp
Ram thấp là phương pháp nhiệt luyện gồm nung nóng thép đã tôi trong khoảng 150 đến 250 độ C tổ chức đạt được là mactenxit ram. Khi Ram thấp hầu như độ cứng không thay đổi (có thay đổi thì rất ít: từ 1-3 HRC).
20.2 Ram trung bình
Ram trung bình là phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng 300-450 độ C, tổ chức đạt được là trustit ram. Khi ram trung bình độ cứng của thép tôi tuy có giảm nhưng vẫn còn khá cao, khoảng 40-45 HRC, ứng suất bên trong giảm mạnh, giới hạn đàn hồi đạt được giá trị cao nhất, độ dẻo, độ dai tăng lên.
20.3 Ram cao
Ram cao là phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng 500-650 độ C, tổ chức đạt được là xoocbit ram. Khi ram cao độ cứng của thép tôi giảm mạnh, đạt khoảng 15-25 HRC, ứng suất trong bị khử bỏ, độ bền giảm đi còn độ dẻo, độ dai tăng lên mạnh.
20.4 Tham khảo
Chương 21
Thấm (nhiệt luyện) ấmtrongnhiệt luyệnlà nhằm làm tăng cứng bề mặt củakim loạihay còn được gọi làthấm tăng cứng, thông
thường người ta sử dụngthép carbonthấp cóđộ dẻocao để thấm nhằm làm tăngcứngcho bề mặt kim loại. Việc tăng cứng bề mặt cho chi tiết luôn diễn ra sau khi đã thực hiện định hình chi tiết chính xác.
21.1 Tham khảo
Chương 22
Thép gió
ép giólà một loạithép dụng cụcó tính chịu nóng rất cao và độ cứng lớn, loại thép này bao gồm các mác thép hợp kim hóa cao, được dùng chủ yếu để làm các dụng cụ cắt gọt. ép gió có đặc tính đặc biệt đó là có thểtôi (nhiệt luyện)tronggió, đây cũng có lẽ nguyên nhân của từ thép gió. Ở đa số các quốc gia khác thép gió được gọi là “thép cắt nhanh” (thí dụ,tiếng Anh:high speed steel) vì thép này khi làm dụng cụ cắt gọt cho phép làm việc với tốc độ rất cao mà không giảm độ cứng của dụng cụ cắt gọt.
22.1 Thành phần hoá học
Là loại thép hợp kim có các thành phần:
• Cacbon: 0,7-1,5%: đảm bảo đủ hoà tan vào mactenxittạo thànhcacbitvới các nguyên tố tạo thành cacbit mạnh làWolfram,Mô lip đenvà đặc biệt làVanađi.
• Wolfram,Mô lip đenkhá cao: > 10%.
• Crom: Khoảng 4% (từ 3,8÷4,4%) có tác dụng làm tăng mạnh độ thấm tôi. Nhờ tổng lượng Cr+W+Mo cao (>15%) nên thép gió có khả năng tự tôi(đây là lý do khiến người ta đặt tên là thép gió), tôi thâu với tiết diện bất kỳ và có thể áp dụng tôi phân cấp.
• Vanađi: Nguyên tố tạo thành các bít rất mạnh. Mọi thép gió đều có ít nhất 1%V, khi cao hơn 2% tính chống mài mòn tăng lên, tuy nhiên không lên dùng quá 5% vì làm giảm tính mài.
• Coban: Không tạo thành các bít, nó chỉ hoàn tan vào sắt ở dạng dung dịch rắn, với hàm lượng không vượt quá 5% tính cứng nóng của thép gió tăng lên rõ rệt.
22.2 Ứng dụng
ép gió có ứng dụng chủ yếu trong chế tạo các dụng cụ cắt gọt. eo phân loại của thép dụng cụ, chúng được xếp vào loại thép làm dao có năng suất cao.
Một mũi khoan được làm từ thép gió
22.3 Nhiệt luyện thép gió
Nhiệt luyện thép gió thường là tôi+ram để quyết định độ cứng, tính chống mài mòn và đặc biệt là tính cứng nóng theo yêu cầu.
22.3.1 Tôi thép gió
Tôi là nguyên công quyết định độ cứng của thép gió với đặc điểm là tôi ở nhiệt độ rất cao (gần 1300 ℃) với khoảng dao động hẹp (10 ℃).
22.3.2 Ram thép gió
Ram thép gió nhằm làm mất ứng suất bên trong, khử bỏ austenit dư, tăng độ cứng (độ cứng tăng 2÷3 HRC, hiện tượng này gọi là độ cứng thứ hai). ép gió được ram 2-4 lần ở 550C-570 ℃ mỗi lần trong vòng 1 giờ.
22.4 Một số mác thép gió thôngdụng dụng • P9 • P18 22.5 Tham khảo 35
Chương 23
Tôi (nhiệt luyện)
Tôilà quá trìnhnhiệt luyệngồm nung nóng hợp kim lên tới nhiệt độ có trạng thái pha nhất định, giữ nhiệt rồi làm nguội đủ nhanh để quá trình khuếch tán không kịp xảy ra, kết quả của tôi nhận được một tổ chức không cân bằng. Tôi là dạng nhiệt luyện rất thông dụng cho các hợp kim có chuyển biến thù hình khi nung nóng và làm nguội hoặc có sự thay đổi độ hoà tan của các nguyên tố ở trạng thái rắn.
Trong ngànhkhoa học cao phân tửvàkhoa học vật liệu thì quá trình tôi được thực hiện để duy trì tình trạng cấu trúcvi phân tửkhi nung nóngvật liệuở nhiệt độ thông thường nhằm cải thiệncơ tínhtheo ý muốn. Ví dụ, làm tăngđộ cứngcủathép.
Trong ngànhluyện kim, sự tôi sẽ làm tăng rất nhiều độ cứngcủathépbởimatstenit khi làm nguội nhanh thép khi đang ở trạng tháicùng tích, nhiệt độ mà ở đó auxtenitkhông ổn định. Trong thép hợp kim vớiniken vàmanganthì điểmcùng tíchsẽ thấp đáng kể, nhưng lại cản trở việc chuyển pha về trạng thái tương tự. Nếu việc tôi được thực hiện ở nhiệt độ thấp sẽ rất dễ dàng ứng dụng vào thực tế.ép gióthường được bổ sung thêmwolfram, nhằm cản trở quá trình chuyển pha và làm sai lệch tốc độ làm nguội của vật liệu và tăng thêm rất nhiều tính tôi củathép gió. ậm chí cả khi làm nguội thép trong không khí cũng tạo được một hiệu quả tốt.
23.1 Tham khảo
Chương 24
Ủ (nhiệt luyện)
Ủtrong nghềluyện kimvà khoa học vật liệulà một phương phápnhiệt luyệnnhằm mục đích sửa chữa lại sự sắp xếp cấu trúc tinh thểcủa vật liệu để cho một vật liệucó tính mềm hơn để cải thiện tính gia công hay giảmđộ cứngkhông cần thiết chocơ tínhcủa vật liệu đó. Vật liệu khi thực hiện ủ là kết quả của một quy trình nung nóng ở mộtnhiệt độnào đó và duy trì ở nhiệt độ đó vớithời giannhất định và sau đó làm nguội sản phẩm với mộttốc độcần thiết.
Sản phẩm sau khi ủ thường có các đặc tính sau: mềm dẻo hơn, khử được nộiứng suất, cải thiện kết cấu và chịu được điều kiện làm việc trong môi trường rất lạnh.
24.1 Tham khảo
Chương 25
Vật lý chất rắn
Vật lý ất rắnlà một ngành trongvật lý họcchuyên nghiên cứu cáctính chất vật lýcủachất rắn. Từ các mô hình đơn giản rút ra từ các tính chất cơ bản của các vật liệu chính nhưkim loại,chất bán dẫn điện,chất cách điện, chất có từ tính, chấtsiêu dẫn,… dưới dạngtinh thể.
Vật lý chất rắn được ứng dụng trong việc nghiên cứu và sử dụng cácvật liệu rắn, đặc biệt làvật liệu mới. Ngành vật lý chất rắn đã được phát triển rất nhanh trong nhiều năm qua. Sự phát triển của vật lý chất rắn gắn liền với sự phát triển và sử dụng các vật liệu mới và những tính