3.3.1. Ủ thép
3.3.1.1. Định nghĩa
Ủ thép là là phương pháp nung thép đến nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt trong thời gian hợp lý rồi làm nguội chậm cùng với lò, để đạt được tổ chức ổn định theo giản đồ trạng thái với độ cứng thấp nhất và độ dẻo cao.
3.3.1.2. Mục đích của ủ thép
- Làm giảm độ cứng (làm mềm) thép để tiến hành gia công cắt;
- Làm tăng độ dẻo để tiến hành dập, cán, kéo thép ở trạng thái nguội;
- Làm giảm hay làm mất ứng suất bên trong sau các nguyên công gia công cơ khí (mài, uốn nguội, cắt gọt…) và đúc, hàn;
- Làm đồng đều thành phần hoá học trên toàn bộ tiết diện của vật đúc thép bị thiên tích;
- Làm nhỏ hạt thép nếu nguyên công trước làm hạt lớn;
Thông thường mỗi phương pháp ủ chỉ đạt được 1 hoặc vài trong số 5 mục tiêu kể trên.
3.3.1.3 Các phương pháp ủ
a. Ủ không có chuyển biến pha
* Ủ thấp (ủ non)
Ủ thấp có tác dụng làm giảm hay khử bỏ ứng suất bên trong ở các vật đúc hay các sản phẩm thép qua gia công cơ khí. Nếu ủ ở nhiệt độ thấp (200 –
300)0C chỉ có tác dụng làm giảm một phần ứng suất bên trong, nhưng ở những nhiệt độ cao hơn (450 – 600)0C tác dụng khử bỏ ứng suất bên trong có thể hoàn toàn hơn.
*Ủ kết tinh lại
Ủ kết tinh lại có thể được tiến hành cho các thép qua biến dạng nguội bị biến cứng cần khôi phục lại tính dẻo, độ cứng trước khi biến dạng. Nhiệt độ ủ kết tinh lại cho thép cacbon là(600 – 700)0C tức thấp hơn AC1. Loại ủ này làm thay đổi kích thước hạt và giảm độ cứng.
b. Ủ có chuyển biến pha
Các phương pháp ủ có chuyển biến pha có nhiệt độ ủ cao hơn AC1, có
xảy ra chuyển biến pha peclit auxtenit. * Ủ hoàn toàn
Ủ hoàn toàn là phương pháp gồm nung nóng thép tới trạng thái hoàn
toàn auxtenit, tức phải nung cao hơn AC3. Loại ủ này chỉ áp dụng cho thép trước cùng tích có thành phần cacbon > 0,3% với hai mục đích sau đây:
- Làm nhỏ hạt cho thép
- Làm giảm độ cứng và tăng độ dẻo để dễ cắt gọt và dập nguội. Như vậy nhiệt độ ủ hoàn toàn được lấy là: AC3+ (20 ÷ 30)0C.
*Ủ không hoàn toàn và ủ cầu hóa
Ủ không hoàn toàn là phương pháp ủ gồm nung thép đến trạng thái chưa hoàn toàn là auxtenit, tức mới chỉ cao hơn AC1, nhưng thấp hơn AC3 hay ACm, sự chuyển biến ở đây khi nung nóng là không hoàn toàn chỉ có
peclitauxtenit, còn ferit hay xêmentitII vẫn còn . Ủ không hoàn toàn được áp dụng cho thép cùng tích và thép sau cùng tích khi áp dụng cho thép trước cùng tích với hàm lượng cacbon > 0,7% với mục đích giảm độ cứng đến mức có thể cắt gọt được. Ngoài ra ủ không hoàn toàn còn để chuẩn bị tổ chức cho tôi đối với thép sau cùng tích. Nhiệt độ ủ không hoàn toàn cho mọi thép
cacbon là AC1 + (20 ÷ 30)0C tức là khoảng (750 ÷ 770)0C.
Dạng ủ đặc biệt của ủ không hoàn toàn là ủ cầu hoá. Trong đó nhiệt độ nung dao động tuần hoàn trên dưới A1: nung lên (750 ÷ 770)0C rồi lại làm nguội xuống (650 ÷ 680)0C, cứ như thế trong nhiều lần. Với cách làm làm như vậy không những cầu hoá được xêmentit của peclit mà cả xêmentitII ở dạng lưới trong thép sau cùng tích.
* Ủ khuyếch tán
Ủ khuyếch tán là phương pháp ủ gồm nung nóng thép đến nhiệt độ rất
cao (1100 ÷ 1150)0C và giữ nhiệt trong nhiều giờ(khoảng 10 ÷15) h. Cách ủ này áp dụng cho các thỏi đúc bằng thép hợp kim cao, thường có hiện tượng không đồng nhất về thành phần hoá học(thiên tích). Trong điều kiện nhiệt độ cao và thời gian dài, các nguyên tố hợp kim khuếch tán đủ mạnh và làm đều thành phần.
*Ủ đẳng nhiệt
Tiến hành ủ đẳng nhiệt bằng cách: nung thép đến nhiệt độ ủ (xác định theo ủ hoàn toàn hay không hoàn toàn), giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh xuống
dưới A1 Khoảng (50 ÷ 100)0C tuỳ theo yêu cầu về tổ chức nhận được, giữ nhiệt lâu trong lò ở nhiệt độ đó để auxtenit phân hoá thành hỗn hợp ferit – Xêmentit. Thời gian giữ nhiệt tuỳ thuộc vào tính ổn định của auxtenit quá
nguội của thép ủ ở nhiệt độ giữ đẳng nhiệt (thường giữ hàng giờ).
3.3.2 Thường hoá
3.3.2.1 Định nghĩa
Thường hoá là phương pháp nhiệt luyện bao gồm nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn là auxtenit (cao hơn A3hoặc Am), giữ nhiệt rồi làm nguội tiếp trong không khí tĩnh (thường đưa ra để nguội ở trên sàn xưởng) để
auxtenit phân hoá thành peclit phân tán hay xoocbit với độ cứng tương đối thấp.
Nhiệt độ thường hóa là: AC3hoặc ACm + (20 ÷ 40)0C. So với ủ thường hoá kinh tế hơn do không phải làm nguội trong lò, vì vậy thường áp dụng hơn nếu cả 2 cùng đạt một mục đích.
3.3.2.2 Mục đích
Về đại thể mục đích của thường hoá cũng giống ủ, nhưng thường áp dụng cho các trường hợp sau:
- Đạt độ cứng thích hợp để gia công cắt đối với thép cacbon C < 0,25%; - Làm nhỏ xêmentit để chuẩn bị cho nhiệt luyện cuối cùng;
- Làm mất xêmentitIIở dạng lưới của thép sau cùng tích;
Như vậy để đảm bảo tính gia công cắt gọt, thép < 0,25 % C phải thường hóa, (0,3 ÷ 0,65)% C phải ủ hoàn toàn, > 0,7% C phải ủ không hoàn toàn (ủ cầu hóa)