3. Ủ và thường hóa thép Mục tiêu
4.6. Các phương pháp tơi thể tích và cơng dụng
Tơi thể tích là phương pháp mà tồn bộ thể tích mà vật cần tơi cứng (có tổ chức M). Tuỳ theo cách làm nguội mà có các phương pháp tơi thể tích sau.
- Tơi một mơt trường - Tơi hai môi trường - Tôi phân cấp - Tôi đẳng nhiệt - Tôi tự ram
4.6.1. Tôi trong một môt trường (đường a, hình 3.11)
Sau khi nung thép đạt đến nhiệt độ tơi, nhúng chi tiết trong một môi trường là nước.
Ưu điểm: thao tác đơn giản, dễ cơ khí hố, khơng cần thợ bậc cao; Nhược điểm: dễ gây ứng suất sinh ra biến dạng;
4.6.2.Tôi trong hai mơi trường. (đường b hình 3.11)
Sau khi nung nóng và giữ nhiệt, nhúng chi tiết vào mơi trường nguội nhanh (nước). Khi nhiệt độ chi tiết cịn khoảng 3000C, nhấc ra và nhúng vào mơi trường nguội chậm (dầu), để nguội đến nhiệt độ thường.
Ưu điểm: Làm nguội nhanh thép ở nhiệt độ >3000C, làm nguội chậm thép ở nhiệt độ < 3000C. Chuyển biến mactenxit xảy ra ở mơi trường nguội chậm, do đó giảm bớt ứng suất bên trong, ít nứt. Đây là cách tơi thích hợp cho thép
cacbon (đặc biệt là thép cacbon cao), Vì vừa đảm bảo đạt độ cứng cao, vừa ít xảy ra biến dạng, nứt.;
Nhược điểm: khó xác định thời điểm chuyển từ nước qua dầu. Nếu chuyển quá sớm, thép sẽ bị nguội trong môi trường dầu là chủ yếu dễ không đạt độ cứng. Nếu chuyển quá muộn, chuyển biến mactenxit xảy ra ở môi trường nước, ứng suất bên trong lớn, gây biến dạng và nứt. Kinh nghiệm cho hay, thời gian làm nguội trong mơi trường nước lấy theo mức (2 ÷ 3)s cho 10mm đường kính, hoặc chiều dày. Ví dụ dụng cụ có đường kính 15mm được làm nguội trong nước khoảng (3 ÷ 4)s, sau đó nhấc ra cho sang dầu;
Tơi trong hai mơi trường địi hỏi cơng nhân có tay nghề cao (xác định thời điểm chuyển mơi trường). Khó cơ khí hố, thường áp dụng cho sản xuất từng loạt nhỏ hay đơn chiếc.
4.6.3. Tơi phân cấp (đường c hình 3.11)
Sau khi nung thép đạt đến nhiệt độ tôi, giữ nhiệt, nhúng chi tiết vào mơi trường muối nóng chảy có t0 = 3000C trong thời gian ngắn để nhiệt độ trong lõi và bề mặt chi tiết bằng nhiệt độ mơi trường muối, nhấc ra làm nguội ngồi khơng khí, chuyển biến mactenxit xảy ra ở mơi khơng khí.
Các ưu điểm của tơi phân cấp:
- Phương pháp này khắc phục thiếu sót về xác định nhiệt độ chuyển môi trường của tôi trong hai môi trường. Ở đây môi trường làm nguội là môi trường muối nóng chảy;
-Ứng suất bên trong rất thấp do quá trình làm nguội được ngắt ra hai cấp, chênh lệch nhiệt độ giữa lõi và bề mặt thấp, chuyển biến mactenxit xảy ra với tốc độ nguội rất chậm;
- Có thể tiến hành nắn (sửa cong vênh) trong các đồ gá đặc biệt khi làm nguội thép ở trong khơng khí từ nhiệt độ (phân cấp), lúc đó chi tiết cịn dẻo vì chưa hay mới bắt đầu chuyển biến mactenxit.
Các nhược điểm của tôi phân cấp:
- Khơng áp dụng được cho các chi tiết có tiết diện lớn, bởi vì mơi trường làm nguội có nhiệt độ cao (300 ÷ 500)0C, khả năng làm nguội chậm, nên với tiết diện lớn khó đạt đến vth ;
Phạm vi áp dụng của tôi phân cấp là các dụng cụ bằng thép hợp kim với tính ổn định của auxtenit quá nguội lớn (vt.h nhỏ), có tiết diện bé (đường kính hay chiều dày trong khoảng 10 ÷ 30 mm).
Thành phần các muối để tơi phân cấp trình bày ở bảng 3.1.
Bảng 3.1- Các muối để tôi phân cấp và tôi đẳng nhiệt.
4.6.4.Tơi đẳng nhiệt (đường d hình 3.11)
Nung thép đạt đến nhiệt độ tơi, giữ nhiệt, làm nguội trong muối nóng chảy với thời gian đủ lâu để auxtenit phân hoá ra hỗn hợp ferit + Xêmentit có độ cứng tương đối cao (nhưng vẫn thấp hơn khi tôi ra mactenxit) và độ dai tốt. Thường giữ đẳng nhiệt ở (250 ÷ 400)0C để đạt bainit, đôi khi ở nhiệt độ cao hơn (500 ÷ 600)0C để đạt được trơxtit, sau đó làm nguội tiếp ngồi khơng khí. Sau khi tơi đẳng nhiệt khơng cần ram.
Tơi đẳng nhiệt chỉ áp dụng cho thép hợp kim, có tính ổn định của auxtenit quá nguội lớn và với tiết diện nhỏ.
4.6.5.Tôi tự ram.
Tôi tự ram là phương pháp tôi chỉ cần nung một lần chi tiết có thể thực hiện đ ược hai công nghệ nhiệt luyện tôi và ram.
Cách tiến hành: Nung toàn bộ chi tiết đến nhiệt độ tôi, giữ nhiệt một thời gian cần thiết rồi nhúng phần cần tôi vào môi trường tôi trong thời gian nhất định đủ để chuyển biến thành mactenxit. Khi nhiệt độ ở phần khơng tơi cịn khoảng (300 ÷ 400)0C thì nhấc chi tiết ra ngồi khơng khí để nhiệt phần khơng tơi truyền xuống nung nóng phần đã tơi, do đó chi tiết được ram ngay. Việc xác định nhiệt độ ram để đạt độ cứng theo yêu cầu thường dùng cách nhìn màu gọi là ram màu. Ở các nhiệt độ trên 2000C, trên bề mặt của thép có lớp màng ơxit với chiều dày khác nhau, do vậy có màu sắc khác nhau. Nếu biết được mối quan hệ giữa màu sắc và nhiệt độ có thể hồn tồn khống chế được nhiệt độ ram qua màu sắc biến đổi trên bề mặt của thép đã được đánh sạch (hiện tượng này gọi là chạy màu chi tiết (bảng 3.2 trình bày mối quan hệ đó).
Thành phần muối Nhiệt độ chảy hồn
tồn 0C Nhiệt độ sử dụng 0C NaN03 50% NaN03 + 50% KN03 50% NaN03 + 50% KN02 20% Na0H + 80% K0H 310 220 150 140 400 ÷ 550 300 ÷ 400 160 ÷ 300 160 ÷ 300
Bảng 3.2: Quan hệ giữa nhiệt độ ram và màu sắc ôxit
Nhiệt độ0C Màu ram Chiều dày lớp ơ xit( µm) Độ cứng đạtđược(HRC)
220 vàng rơm 0,045 58 ÷ 55 230 vàng rơm 240 Vàng đậm 255 Nâu 0,05 54 ÷ 45 265 Đỏ nâu 275 Đỏ thẫm 0,065 44 ÷ 35 285 Tím 300 Xanh biển 0,75 34 ÷ 25 315 Xanh nhạt
Tơi tự ram áp dụng cho các dụng cụ cầm tay: Đục , búa…ví dụ, khi tơi đục người ta nung nóng đục đến nhiệt độ tơi, sau đó làm nguội phần lưỡi đục trong nước khoảng vài giây rồi nhấc ra, lúc đó phần cịn lại sẽ nung nóng lưỡi đến khi có mầu vàng (ứng với ram ở 220 ÷ 2400C) và hạ độ cứng xuống cịn (56 ÷ 58) HRC thì lại nhúng tồn bộ vào nước. Nếu nhúng khơng kịp thời, để nhiệt độ của lưỡi đục tăng lên, ví dụ xuất hiện tới màu tím hoặc màu xanh, tức là ứng với nhiệt độ ram trên dưới 3000C, thì độ cứng giảm đi nhiều. Việc làm nguội lần cuối chỉ có tác dụng khơng cho nhiệt độ ram tăng quá nhiệt độ quy định.
Ưu điểm của tôi tự ram là giảm được nứt do tơi vì được ram kịp thời, khơng tốn lị, nhiệt năng và rút ngắn được q trình chế tạo, khơng mất thời gian ram tiếp theo. Q trình tự ram khơng những áp dụng cho sản xuất đơn chiếc mà cả trong sản xuất hàng loạt, đặc biệt trong tơi bề mặt bằng dịng điện cảm ứng có tần số cao.