Do tổ chức đạt được là gần cân bằng nên về đại thể mục đích của thường hóa cũng gần giống như ủ, song thường là nhằm vào ba mục đích sau.
1) Đạt độ cứng thích hợp để gia công cắt cho thép cacbon thấp (≤ 0,25%).
Loại thép này nếu ủ hoàn toàn sẽ đạt độ cứng quá thấp (HB < 140 ữ 160), quá dẻo, phoi khó g∙y nên khó cắt gọt, nếu thường hóa sẽ có độ cứng cao hơn, thích hợp với gia công cắt hơn do phoi giòn hơn, dễ g∙y hơn.
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 đó ít làm hại tính dẻo.
Hình 4.15 trình bày các khoảng nhiệt độ ủ, thường hóa và tôi trên giản đồ pha Fe - C.
4.4.Tôi thép
Trong các nguyên công nhiệt luyện thép, tôi là nguyên công quan trọng nhất.
4.4.1.Định nghĩa và mục đích
a.Định nghĩa
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.
Vậy các nét đặc trưng của tôi nhưsau.
- 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.
- Tổ chức tạo thành cứng và không ổn định. Hai nét đặc trưng sau khác hẳn ủ và thường hóa.
b. Mục đích
Mục đích chủ yếu của tôi thép là đạt độ cứng cao nhất để sau đó kết hợp với ram ở nhiệt độ thích hợp là để nhằm đạt các yêu cầu sau đây.
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
đáng kể,
+ 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
đặc biệt cao).
2) Nâng cao độ bền và sức chịu tải của chi tiết máy. Sau khi tôi kết hợp với
hoàn toàn ứng suất bên trong và đạt hỗn hợp ferit - xêmentit hạt ở các độ phân tán
khác nhau sẽ đạt được các kết hợp cơ tính khác nhau từ giới hạn bền, giới hạn đàn
hồi cao đến giới hạn chảy cao cùng các đặc tính về độ dẻo, độ dai thích ứng đa dạng với điều kiện làm việc khác nhau của chi tiết máy. Để đạt mục đích này có thể tiến hành tôi cho mọi loại thép cacbon khác nhau. Tuy nhiên các thép cacbon quá thấp, ≤ 0,10%, hiệu quả tăng độ bền thấp, còn khi cao hơn 0,65% do có tính giòn cao nên cũng không được sử dụng rộng r∙i cho mục đích này. Do vậy để đạt độ bền cao mà không bị giòn thường chỉ dùng thép 0,15 ữ 0,65%C qua tôi + ram. Như vậy, hầu hết các chi tiết máy quan trọng làm việc trong những điều kiện nặng nề như chịu ma sát, bị mài mòn, chịu tải trọng cao và tất cả dụng cụ đều phải qua nhiệt luyện tôi + ram. Người ta chú ý rất nhiều đến nguyên công tôi có tính chất quyết định này, hơn nữa đây là nguyên công gần như là cuối cùng, được thực hiện trên chi tiết gần như là thành phẩm (có trường hợp sau đó chỉ phải qua mài) lại phải làm nguội nhanh dễ sinh ra biến dạng (khó tránh khỏi), thậm chí có khi nứt, vỡ gây l∙ng phí nghiêm trọng và phá vỡ đồng bộ sản xuất.
4.4.2.Chọn nhiệt độ tôi thép