Chi tiết đúc theo mác Γ13, để có khả năng làm việc trong điều kiện chịu mài mòn va đập tốt nhất thì sau khi được tạo hình, cần phải trải qua quá trình xử lý nhiệt ( tôi nước) một cách nghiêm ngặt. Nhằm mục đích chuyển hóa hoàn toàn các hạt tinh thể cacbit được tạo ra trong quá trình đúc thành tổ chức austenit dẻo daí. Sở dĩ cần phải tiến hành một cách nghiêm ngặt bởi vì do đặc điểm của mác thép có hàm lượng cacbon và mangan khá cao nên tính dẫn xuất nhiệt thấp, bên cạnh đó hệ số dãn nở nhiệt lại cao (2,6-2,7%) do vậy rất dễ gây ứng suất nhiệt trong quá trình nung nóng, dẫn đến nứt vỡ chi tiết không mong muốn.
Quá trình xử lý nhiệt cần phải trải qua 3 giai đoạn chính như sau: Giai đoạn 1: nung nóng từ nhiệt độ thường lên tới 1050-1100oC. Giai đoạn 2: Giữ nhiệt ở 1050-1100oC .
Giai đoạn 3: Làm nguội nhanh xuống dưới 350 oC.
• Giai đoạn nâng nhiệt là giai đoạn phức tạp và cần phải tiến hành theo một quy trình phù hợp và nghiêm ngặt. Đây là giai đoạn có mục đích làm xảy ra chuyển biến Peclit và xementit II thành austenit hòa tan trong thép. Ngoài việc phải cung cấp đầy đủ một nhiệt lượng làm cho chuyển biến đó xảy ra, thì việc
không kém nếu không muốn xảy ra ứng suất nhiệt gây nứt vỡ chi tiết. Giai đoạn này người ta thường chia làm 2 phân đoạn:
- Một là nâng từ nhiệt độ thường lên tới 700oC cần được kiểm soát chặt chẽ duy trì ở một tốc độ chậm, cốđịnh. Sở dĩ như vậy là do: quá trình nung nóng từ nhiệt
độ thường tới 700oC diễn ra sự giãn nở vì nhiệt rất mạnh nên rất dễ gây ứng suất nhiệt do vậy cần nâng nhiệt với một tốc độ chậm để chênh lệch nhiệt độ giữa bề
mặt và lõi chi tiết không quá lớn, tránh nứt, gẫy.Thường quá trình này người ta thực hiện nâng nhiệt với tốc độ khoảng 90oC tăng thêm mỗi giờ (1,5oC/phút). - Hai là nâng nhiệt từ 700oC đến 1050-1100oC thường tăng cùng công suất lò: vì giai đoạn này bắt đầu chuyển biến austenit hóa, và chuyển biến hoàn toàn ở
nhiệt độ 1050-1100oC, quá trình tạo mầm, phát triển hạt diễn ra liên tục và cần cung cấp năng lượng liên tục, nhanh để số mầm sinh ra càng nhiều càng tốt, kích thước hạt austenit càng nhỏ mịn càng tốt (vì năng lượng để tạo mầm lớn hơn rất nhiều là phát triển mầm) và do vậy tăng nhanh nhiệt độ trong quá trình này sẽ
cho ta hạt austenit nhỏ mịn, dẻo daí.
[Fe + Fe3C] → Feγ
Trên hình 1-13 giản đồ Fe-C , cũng như trên hình 1-7. giản đổ Fe-Mn cho ta thấy rõ khoảng nhiệt độ nung cần đạt tới để chuyển biến xảy ra hoàn tòan.
• Giai đoạn giữ nhiệt ở 1050-1100oC, với mục đích làm cho thấm nhiệt từ
ngoài bề mặt vào bên trong lõi chi tiết một cách đồng đều, vì quá trình nung nóng nhiệt độ trong lõi thấp hơn bề mặt, làm cho đồng đều tổ chức kim loại trên toàn bộ thể tích chi tiết. Hoàn thành các chuyển biến xảy ra khi nung nóng, làm
đồng đều thành phần austenit. Do austenit được tạo ra từ peclit, trong đó xementit và ferit có thành phần cacbon rất khác nhau, nên lúc mới đầu nó có thành phần cacbon rất không đồng đều, nên cần giữ nhiệt đểđảm bảo khuếch tán
đồng đều thành phần. Tính toán thời gian giữ nhiệt cũng là một bài toán khó cần phải giải vì: nếu thời gian giữ nhiệt không đủ thì không đạt được mục đích, còn nếu giữ nhiệt quá lâu, một mặt làm tăng chi phí, mặt khác làm cho các hạt austenit trở lên thô to, giảm cơ tính của thép. Đồng thời ở nhiệt độ này hiện tượng thoát cacbon xảy ra rất mạnh cũng làm giảm đáng kể cơ tính thép ( theo tài liệu nghiên cứu lớp thoát cacbon trên bề mặt có thể lên tới 4mm), tăng thời gian giữ nhiệt càng làm tăng lượng cacbon thoát ra.
Tùy thuộc vào hàm lượng C , Mn và độ dày của chi tiết người ta sẽ tính toán thời gian giữ nhiệt hợp lý, ngòai ra còn tùy thuộc hình dạng chi tiết mà có các hệ số tính toán cụ thể. Đối với các chi tiết đơn giản, cứ mỗi 25mm tăng thêm thì thời gian giữ nhiệt tăng 30 phút.
Hình 1-13 Giản đồ Fe - C
• Giai đoạn làm nguội nhanh:
Trên hình 1-14 cho ta thấy để giữ được nguyên vẹn tổ chức thép austenit Mn sau khi nung nóng, cần làm nguội nhanh xuống dưới nhiệt độ 350oC, đặc biệt quan tâm khoảng nhiệt độ từ 800 xuống dưới 350oC trong khoảng thời gian không quá 30 giây. Nếu chậm hơn tốc độ này một phần hạt cacbit sẽ được tiết ra trở lại từ các hạt austenit, làm ảnh hưởng xấu tới chất lượng thép không mong muốn.Đểđạt được yêu cầu trên cần có các điều kiện sau:
Một là chọn môi trường có tốc độ làm nguội nhanh, thường chọn môi trường nước ở nhiệt độ không quá 40oC, tốt nhất trong khoảng 20-30oC
Hai là quá trình thực hiện thao tác tôi phải được tiến hành nhanh chóng, hệ
thống giá tôi phải được thiết kế đảm bảo thao tác nhanh, công nhân thao tác thuần thục.