dùng
Đây là phương pháp tôi quan trọng nhất, chủ yếu nhất, được dùng rộng r∙i nhất. Trong phương pháp tôi này, làm nguội khi tôi như biểu diễn bởi đường a trên
hình 4.18, tức là nhúng, đưa vào trong một môi trường làm nguội nhanh thích hợp cho đến khi thép được nguội hẳn. Vấn đề chọn môi trường làm nguội - môi trường tôi có ý nghĩa quyết định.
Yêu cầu đối với môi trường tôi
Theo mức độ quan trọng môi trường tôi phải đạt được các yêu cầu sau: - trước hết phải làm nguội nhanh thép sao cho đạt được tổ chức mactenxit, đây là yêu cầu phải tính đến đầu tiên, nhưng đồng thời
- không làm thép bị nứt hay biến dạng (có thể cho phép với biến dạng nhỏ trong phạm vi cho phép),
- ngoài ra cũng phải tính đến các yếu tố kinh tế, an toàn và bảo vệ môi trường.
Hình 4.19.Đường cong lý tưởng làm nguội khi tôi.
Để đạt được hai yêu cầu cơ bản trên, môi trường tôi đem dùng phải có khả năng làm nguội khác nhau ở các khoảng nhiệt độ khác nhau biểu diễn bằng vectơ nguội tương quan với giản đồ T - T - T của thép như ở hình 4.19, như sau.
1) Làm nguội nhanh thép ở trong khoảng austenit kém ổn định nhất 500 ữ
600o
C để austenit không kịp phân hóa thành hỗn hợp ferit - xêmentit. Muốn vậy môi trường tôi phải có khả năng làm nguội thép với tốc độ lớn hơn Vth. Đạt được yêu cầu này sẽ bảo đảm nhận được tổ chức mactenxit, bảo đảm độ cứng cao theo yêu cầu khi tôi. Rõ ràng đây là yêu cầu phải tính tới trước tiên khi chọn môi
trường tôi.
2) Làm nguội chậm thép ở ngoài khoảng nhiệt độ trên vì ở ngoài khoảng
500 ữ 600o
C austenit quá nguội có tính ổn định cao, không sợ bị chuyển biến thành hỗn hợp ferit - xêmentit có độ cứng thấp. Song ở đây người ta đặc biệt chú ý đến khoảng nhiệt độ bắt đầu xảy ra chuyển biến mactenxit (300 ữ 200o
C). Làm nguội chậm trong khoảng này sẽ có tác dụng làm giảm ứng suất tổ chức khi xảy ra chuyển biến này, bảo đảm thép tôi không bị nứt và ít cong vênh. Đây cũng là yêu cầu không thể bỏ qua, đặc biệt đối với loại thép và chi tiết có nguy cơ nứt và biến dạng lớn (thép cabon cao, chi tiết với hình dạng phức tạp, tiết diện thay đổi đột ngột...).
Trong thực tế chưa tìm được môi trường tôi nào thỏa m∙n tốt cả hai yêu
cầu chính kể trên.
Các môi trường tôi thường dùng
nhi
ệt
Đặc tính làm nguội kim loại ở các khoảng nhiệt độ của các môi trường tôi khác nhau được trình bày ở bảng 4.1.
Bảng 4.1.Đặc tính làm nguội của các môi trường tôi Tốc độ nguội, 0 C/s, ở các khoảng nhiệt độ Môi trường tôi 600 ữ 5000C 300 ữ 2000C Nước lạnh, 10 ữ 300C 600, 500 270 Nước nóng, 500C 100 270
Nước hòa tan 10%NaCl, NaOH,200
C 1100, 1200 300
Dầu khoáng vật 100 ữ 150 20 ữ 25
Tấm thép, không khí nén 35, 30 15, 10
Nước là môi trường tôi mạnh, an toàn, rẻ, dễ kiếm và thường dùng. Nước lạnh (10 ữ 30o
C) làm nguội thép khá nhanh ở cả hai khoảng nhiệt độ, do vậy bảo đảm độ cứng cao khi tôi nhưng cũng dễ gây ra nứt, biến dạng. Dùng nước để tôi rất an toàn vì không gây cháy hay bốc mùi khó chịu, song khi nước trong bể tôi bị nóng lên (> 40o
C) làm giảm mạnh tốc độ nguội ở nhiệt độ cao (từ 500 ữ 600 xuống còn có 100o
C/s khi nước bị nóng lên 50o
C, nó còn làm nguội chậm hơn cả dầu) nên làm giảm mạnh khả năng tôi cứng, mà không làm giảm khả năng bị biến dạng và nứt (do không làm giảm tốc độ nguội ở nhiệt độ thấp). Vì vậy khi tôi nước phải chú ý luôn giữ cho nước ở bể tôi được lạnh bằng cách cấp nước lạnh mới vào
và thải lớp nước nóng ở bề mặt đi.
Nước (lạnh) là môi trường tôi cho thép cacbon (là loại có Vth lớn, 400 ữ
800oC /s), song không thích hợp cho chi tiết có hình dạng phức tạp.
Khi hòa tan vào nước một lượng (10%) các muối (NaCl hoặc Na2CO3) hay xút (NaOH), khả năng tôi cứng thép của dung dịch tăng lên (do tăng tốc độ nguội ở nhiệt độ cao) song không tăng khả năng gây nứt (vì hầu như không tăng tốc độ nguội ở nhiệt độ thấp) so với nước. Dung dịch này được dùng để tôi thép cacbon có Vth lớn (> 600o
C / s), chủ yếu cho thép dụng cụ cacbon (loại cần bảo đảm độ
cứng cao).
Dầu cũng là môi trường tôi thường dùng song có các đặc tính hầu như đối lập với nước. Dầu làm nguội chậm thép ở cả hai khoảng nhiệt độ do đó ít gây biến dạng, nứt nhưng khả năng tôi cứng lại kém. Dầu nóng và dầu nguội có khả năng tôi giống nhau nên người ta thường tôi thép trong dầu nóng, 60 ữ 80o
C, để có độ lo∙ng (linh động) tốt không bám nhiều vào bề mặt thép sau khi tôi. Song nhược điểm của dầu là khi quá nóng (> 150o
C) sẽ bốc cháy nên trong bể tôi dầu phải đặt ống xoắn cho nước chảy để làm nguội dầu. Ngoài ra dầu bốc mùi gây ô nhiễm môi trường, hại cho sức khỏe người.
Dầu là môi trường tôi cho thép hợp kim (loại có Vth nhỏ, < 150o
C / s), các chi tiết có hình dạng phức tạp.
Tuy nhiên quy tắc tôi dầu cho thép hợp kim, tôi nước cho thép cacbon cũng
có thể có ngoại lệ.
- Chi tiết tuy bằng thép cacbon song với tiết diện nhỏ (φ < 10) và hình dạng đơn giản (như trục trơn) có thể đem tôi dầu. Chi tiết tiết diện nhỏ song hình dạng phức tạp dù về mặt độ bền chọn thép cacbon cũng được vẫn phải chuyển sang làm
bằng thép hợp kim để tôi dầu.
- Chi tiết tuy làm bằng thép hợp kim song có tiết diện lớn, hình dạng đơn giản nếu tôi dầu không đạt độ cứng có thể chuyển sang tôi nước.
Trong những năm gần đây nhiều nước đ∙ dùng các môi trường tôi mới, đó là dung dịch nước có pha các chất hóa học đặc biệt (như polyme) có tác dụng làm giảm tốc độ nguội ở nhiệt độ thấp nhờ đó giảm được nứt và cong vênh.
Người ta cũng có thể dùng môi trường tôi không phải là chất lỏng như: khí nén, luồng gió thổi, không khí tĩnh, tấm thép, tấm đồng ở dạng khuôn ép, chúng cho tốc độ nguội chậm, chỉ thích hợp với thép hợp kim cao (loại có Vth rất nhỏ, cỡ vài chục oC / s) với chiều dày mỏng, tiết diện bé. Nếu thép có Vth nhỏ đến mức khi làm nguội trong không khí tĩnh cũng đạt được mactenxit cứng thì đó là loại thép tự tôi. Tôi trong khuôn ép là cách tôi duy nhất cho các vật mỏng, hình dạng phức tạp dễ bị cong vênh khi làm nguội tự do.
Tôi trong một môi trường rất phổ biến do dễ áp dụng cơ khí hóa, tự động
hóa, giảm nhẹ điều kiện lao động nặng nhọc.