Với môi trường tôi cần làm nguội nhanh để thép đạt được tổ chức Mactenxti, không làm thép bị nứt hay biến dạng, rẻ, an toàn và bảo vệ môi trường.
Tôi trong một môi trường rất phổ biến do dễ áp dụng cơ khí hoá, tự động hoá, giảm nhẹ điều kiện lao động nặng nhọc.
b. Tôi trong hai môi trường (nước qua dầu)
Tận dụng được ưu điểm của cả nước lẫn dầu, như vậy vừa bảo đảm độ cứng cao cho thép vừa ít gây biến dạng, nứt.
Nhược điểm là đòi hỏi kinh nghiệm, khó cơ khí hoá, chỉ áp dụng cho tôi đơn chiếc thép Cacbon cao.
c. Tôi phân cấp
Khắc phục được khó khăn về xác định thời điểm chuyển môi trường của phương pháp (b). Đạt được độcứng cao, ứng suất dư bên trong nhỏ, độbiến dạng thấp, có thể sửa nắn khi giữ đẳng nhiệt khi thépởtrạng thái austenit quá nguội.
Nhược điểm là năng suất thấp, chỉ áp dụng được cho các thép có Vth nhỏvà với tiết diện nhỏ như mũi khoan, dao phay...
d. Tôi đẳng nhiệt
Khác với tôi phân cấp ở chỗ giữ đẳng nhiệt lâu hơn (hàng giờ) cũng trong môi trường lỏng để austenit quá nguội phân hoá hoàn toàn thành hỗn hợp F-Xê nhỏmịn có độcứng tương đối cao, độdai tốt. Sau khi tôi đẳng nhiệt không phải ram.
Tôi đẳng nhiệt có mọi ưu, nhược điểm của tôi phân cấp, nhưng độcứng thấp hơn và độ dai cao hơn, năng suất thấp.
1.3.4.2. Các môitrường tôi a. Nước
Là môi trường tôi mạnh, an toàn, rẻ, dễ kiếm nên được dùng thông dụng tuy nhiên cũng dễ gây ra nứt, biến dạng, không gây ra cháy hay bốc mùi khó chịu, khi nhiệt độ nước >400 tốc độnguội giảm lúc này tốc độ nguội còn chậm hơn cả với dầu
mà không làm giảm được khả năng bịbiến dạng và nứt.
Cơ chế tác dụng khi dùng nước làm môi trường tôi như sau khi nhúng thép nung nóng vào nước, nó bịlàm nguội đột ngột xuống 700-6000C và xung quanh chi tiết tạo nên lớp màng hơi quá nung, lúc này sựthoát nhiệt xảy ra qua lớp màng hơi nên tốc độnguội chậm. Trong khoảng 380- 4000C do màng hơi bị phá hủy nên tốc độlàm nguội của nước tăng lên đột ngột. Nhiệt hóa hơi của nước rất lớn do đó hấp thụ lượng nhiệt lớn của thép làm cho thép được làm nguội với tốc độrất lớn. Đây là ưu điểm của nước vì do làm nguội nhanh trong vùng austenit kémổn định nên tránh được phân hủy trung gian.
Trong vùng 200-3000C nước vẫn làm nguội nhanh nhưng đây lại là nhược điểm, vì làm nguội nhanh trong vùng chuyển biến austenit thành mactenxit sẽ gây ra ứng suất lớn dễlàm cong vênh hoặc nứt chi tiết. Khi nhiệt độ thấp hơn 1000C, tốc độ làm nguội bị chậm lại do quá trình nguội xảy ra bằng đối lưu với tốc độchậm.
Nước lạnh là môi trường tôi thường dùng cho thép cacbon, song không thích hợp cho chi tiết có hình dạng phức tạp. Nước nóng làm giảm đáng kểkhả năng làm nguội ở vùng nhiệt độ cao, đặc biệt trong vùng nhiệt độ giới hạn trên. Trong khi đó tốc độ làm nguội trong khoảng nhiệt độchuyển biến mactenxit vẫn lớn. Như vậy nung nóng nước gâyảnh hưởng xấu tới quá trình làm nguội thép khi tôi.
Nhược điểm lớn của nước là khi nước nóng lên (điều này dễ xảy ra khi tôi) khả năng làm nguội nhanh thép trong khoảng 650-5500C bị giảm rất nhanh. Ví dụ nước ở 300 có tốc độ nguội trong khoảng nhiệt độ này là 5000C nhưng ở 500C tốc độ nguội trong khoảng nhiệt độ này chỉ còn là 1000C, trong khi đó khả năng làm nguội thép trong khoảng 300-2000C hầu như không giảm đi.
Bảng 1.1. Tốc độlàm nguội trong các môitrường khác nhau
Môi trường tôi Tốc độlàm nguội độ/s trong khoảng nhiệt độ 0 C 500- 600 200- 300 Nước +10% NaOH, 200C 1200 300 Nước +10% NaCl, 200C 1100 300 Nước +10% Na2CO3, 200C 800 270 Nướcởnhiệt độ180C 600 270 Nướcởnhiệt độ300C 500 270 Nướcởnhiệt độ500C 100 270 Nướcởnhiệt độ740C 30 200 Ê mun xi 70 200 Nước xà phòng 30 200 Dầu thực vật 200 35 Dầu hỏa 170 50 Dầu khoáng 120 25
Nước được hoà tan 10% các muối (NaCl hoặc Na2CO3) hay NaOH tốc độ làm nguội rất nhanh ở nhiệt độ cao song không tăng khả năng gây nứt (vì hầu như không tăng tốc độnguộiởnhiệt độthấp) so với nước, được dùng đểtôi thép dụng cụcacbon.
b. Dầu
Làm nguội chậm thép ở cả hai khoảng nhiệt độ (5000-6000, điểm chuyển biến mactenxit) do đó ít gây biến dạng, nứt nhưng khả năng tôi cứng kém. Dầu nóng (600- 800) có khả năng tôi tốt hơn vì cóđộ loãng linhđộng tốt không bám nhiều vào bề mặt thép sau khi tôi. Tuy nhiên dễ bốc cháy nên phải có hệ thống ống xoắn có nước lưu thông làm nguội dầu, bốc mùi gây ô nhiễm môi trường và hại cho sức khoẻ.
Dầu là môi trường tôi cho thép hợp kim cho các chi tiết hình dạng phức tạp.
c. Quy tắc chọn môi trường tôi ngoại lệ
Thép C có tiết diện nhỏ (<10mm) hình dạng đơn giản, dài (như trục trơn) nên tôi dầu. Chi tiết có hình dạng phức tạp về độ bền có thểchọnthép cacbon nhưng phải làm bằng thép hợp kim đểtôi dầu.
Chi tiết bằng thép hợp kim, có tiết diện lớn, hình dạng đơn giản phải tôi nước. Các vật mỏng, hình dạng phức tạp dễ bị cong vênh khi làm nguội tựdo cần tôi trong khuôn ép, trong khung giữchống cong vênh hoặc bó chặt nhiều thanh dài lại...[7]
1.3.5. Cơ –nhiệt luyện
Như đã biết biến dạng dẻo làm tăng mật độ khuyết tật mạng tinh thể như lệch, nút trống, khuyết tật xếp..vv…cũng như làm thay đổi đặc tính phân bốcủa chúng. Các khuyết tật mạng tinh thểcó ảnh hưởng mạnh đến việc hình thành tổ chức hợp kim khi chuyển biến pha, vì thế có thể dùng biến dạng dẻo trước hoặc trong khi chuyển biến pha đểtạo thành tổchức tối ưu cho hợp kim sua khi nhiệt luyện.
Cơ nhiệt luyện là dạng gia công kết hợp giữa nhiệt luyện với biến dạng dẻo, nhưng không thể phối hợp một cách tùy tiện giữa các nguyên công biến dạng, nung nóng và làm nguội. Nếu biến dạng dẻo tiến hành sau khi nhiệt luyện thìđó không phải là cơ nhiệt luyện mà là nhiệt luyện thông thường kết hợp với gia công áp lực. Nếu biến dạng dẻo tiến hành trước khi nhiệt luyện cũng không có ảnh hưởng đến việc hình thành tổchức cuối cùng, do vậy việc kết hợp này cũng không phải là cơ nhiệt luyện.
1.3.5.1. Bản chất
Sửdụng đồng thời cảbiến dạng dẻo (cán nóng) đemtôi ngay rồi ram thấpởnhiệt độ1500-2000. Khi đó tạo ra tổchức mactenxit nhỏmịn với xô lệch cao, nhờ đó kết hợp cao nhất giữa độbền, độdẻo và độ dai mà chưa có phương pháp hóa bền nào sánh kịp. So với nhiệt luyện tôi +ram thấp thông thường thì bên kéo tăng 10-20%, độdẻo, độdai tăng từ 1,5 đến 2 lần.
1.3.5.2. Phân loại
nhiệt luyệnởnhiệt độthấp
a.Cơ nhiệt luyện nhiệt độcao
Với phương pháp này thì biến dạng dẻo ở trên A3 rồi tôi ngay. Sau khi cơ nhiệt luyện nhiệt độ cao nhận được dung dịch rắn quá bão hòa có tổ chức chưa kết tinh lại, nghĩa là tổ chức chưa nhiều sai lệch mạng tinh thể. Với phương pháp này có một số đặc điểm là có thể áp dụng cho mọi thép kể cả thép cacbon vì khi ở nhiệt độ cao austenit dẻo,ổn định, lực ép đểbiến dạng nhỏ.
Biến dạng dẻo khi cơ nhiệt luyện nhiệt độcao phải đảm bảo các yêu cầu. +Ởcuối giai đoạn biến dạng dẻo, austenit chưa kết tinh lại.
+ Ngăn ngừa kết tinh lại xảy ra sau khi biến dạng dẻo
+ Đạt được mức độquá bão hòa các nguyên tốhợp kim cần thiết.
Nếu hai điều kiện đầu không thỏa mãn (nghĩa là trước khi chuyển biến austenit đã kết tinh lại) thì không gọi là cơ nhiệt luyện mà là tôi ở nhiệt độnung nóng khi biến dạng, trường hợp này chỉ có lợi vềkinh tế nhưng không cải thiện được cơ tính so với nhiệt luyện thông thường.
b.Cơ nhiệt luyện nhiệt độthấp
Khi thép ở nhiệt độ trên A3 làm nguội nhanh thép xuống 400-6000C là vùng austenit quá nguội có tínhổn định thấp và thấp hơn nhiệt độ kết tinh lại rồi biến dạng dẻo và tôi ngay.
Trong quá trình biến dạng, mật độlệch trong austenit tăng mạnh tạo thành những đám lệch dầy đặc. Khi chuyển biến austenit thành mactenxit, những sai lệch nêu trên không mất đi mà vẫn giữ được lại trong mactenxit. Do vậy mà mật độ lệch trong mactenxit rất cao, mà chúng lại bị các nguyên tử cacbon và những phần tử cacbit giữ lại, nhờ vậy khi cơ nhiệt luyện nhiệt độ thấp đạt được những giá trị rất cao về độ bền. Việc làm nhỏcác tinh thể mactenxit khi cơ nhiệt luyện đảm bảo cho thép giữ được độ bền cao khi độ dẻo dai cũng cao.
Việc tăng độbền khi cơ nhiệt luyện phụthuộc vào nhiều yếu tố. + Mức độbiến dạng
+ Nhiệt độbiến dạng + Nhiệt độram
+ Hàm lượng cacbon và nguyên tốhợp kim trong thép
Ưu nhược điểm của cơ nhiệt luyện nhiệt độthấp Ưu điểm
Cơ nhiệt luyện nhiệt độthấp có ưu điểm là gây ra hóa bền rất mạnh trong khi vẫn giữ được độdẻo dai tương đối cao.
Nhược điểm
công suất lớn.
+ Thép có khả năng chống phá hủy giòn thấp
Do hai nhược điểm trên mà việc áp dụng cơ nhiệt luyện nhiệt độ thấp vào sản xuất gặp rất nhiều khó khăn.
1.4. Ram thép
Ram là nguyên công bắt buộc khi tôi thép thành mactenxit.
1.4.1. Định nghĩa và mụcđích
1.4.1.1.Định nghĩa
Ram là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã tôi thành tổchức mactenxit lên đến các nhiệt độ thấp hơn A1 để mactenxit và Austenit dư phân hoá thành các tổ chức có cơ tính phù hợp với điều kiện làm việc quy định.
1.4.1.2. Mục đích
Theo nhiệt độ tăng lên, ram thép có tác dụng và mục đích như sau. + Làm giảm hoặc huỷbỏ ứng suất bên trong.
+ Biến đổi tổ chức khi tôi cứng, giòn, thành các tổ chức có độ cứng thích hợp nhưng dẻo, dai hơn phù hợp với điều kiện làm việc.
Vậy, ram là nguyên công nhiệt luyện sau cùng để điều chỉnh tổ chức và cơ tính thép tôi theo ý muốn.
1.4.2. Các phương pháp ram
Theo nhiệt độ ram người ta chia ra 3 loại ram là ram thấp, ram trung bình và ram cao.
1.4.2.1. Ram thấp (150–2500C).
Ram thấp làphương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng (150–2500C), sau khi ram xong tổchức đạt được là mactenxit ram.