2.2. Cơ sở lý thuyết công nghệ nhiệt luyện
2.2.7.4. Các phương pháp tơi thể tích
Phân loại phương pháp tôi theo nhiệt độ tơi gồm có tơi hồn tồn và khơng hồn tồn. Theo phạm vi có tơi thể tích và tôi bề mặt, theo phương thức và mơi trường làm nguội có tơi trong một mơi trường và tơi trong hai mơi trường.
Hình 2.15: Phương pháp tơi: a) Tơi trong
1 môi trường, b) Tôi trong hai môi trường, c) Tơi phân cấp và d) Tơi đẳng
nhiệt
Hình 2.16: Đường nguội lý tưởng
khi tôi
Yêu cầu đối với môi tường tôi:
- Làm nguội nhanh thép để đạt được tổ chức Mactenxit. - Không làm thép bị nứt hay biến dạng.
- Rẻ, có sẵn, an tồn và bảo vệ mơi trường.
Để đạt được hai yêu cầu đầu tiên thì mơi trường tơi lý tưởng hình 2.16. Làm nguội nhanh thép ở trong khoảng γ kém ổn định nhất 500 - 600oC để γ khơng kịp phân hóa thành hỗn hợp F - Xê hay Vnguội > Vth.
Làm nguội chậm thép ở ngồi khoảng nhiệt độ trên vì ở đó γ q nguội có tính ổn định cao, khơng sợ bị chuyển biến thành hỗn hợp F - Xê có độ cứng thấp. Đặc biệt trong khoảng chuyển biến Mactenxit (300 - 200oC) thì việc nguội chậm sẽ làm giảm ứng suất pha do đó ít bị nứt và ít cong vênh.
Bảng 2.1: Đặc tính làm nguội của các mơi trường tơi
Môi trường tôi
Tốc độ nguội, [o/s], ở các khoảng nhiệt độ 600 - 500oC 300 - 200oC Nước lạnh, 10 - 30oC 600 - 500 270
Nước nóng, 50oC 100 270
Nước hịa tan 10% NaCl 1100 - 1200 300 Dầu khoáng vật 100 - 150 20 - 25 Tấm thép, khơng khí nén 35 - 30 15 - 10
Nước: là môi trường tơi mạnh, an tồn, rẻ, dễ kiếm nên rất thông dụng nhưng cũng dễ gây ra nứt, biến dạng, không gây cháy hay bốc mùi khó chịu, khi nhiệt độ nước bể tơi lớn hơn 40oC tốc độ nguội giảm, (khi To nước = 50oC, tốc độ nguội thép chậm hơn cả trong dầu mà không làm giảm khả năng bị biến dạng và nứt (do không làm giảm tốc độ nguội ở nhiệt độ thấp) nên phải lưu ý tránh 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 - 800oC/s), song khơng thích hợp cho chi tiết có hình dạng phức tạp.
Nước được hoà tan 10% các muối (NaCl hoặc Na2CO3) hay (NaOH) sẽ nguội rất nhanh ở nhiệt độ cao song không tăng khả năng gây nứt (vì hầu như khơng tăng tốc độ nguội ở nhiệt độ thấp) so với nước, được dùng để tôi thép dụng cụ cacbon (cần độ cứng cao).
Dầu làm nguội chậm thép ở cả hai khoảng nhiệt độ do đó ít gây biến dạng, nứt nhưng khả năng tơi cứng lại kém. Dầu nóng, 60 - 80oC, có khả năng tơi tốt hơn vì có độ lỗng (linh động) tốt không bám nhiều vào bề mặt thép sau khi tôi. Nhược điểm dễ bốc cháy nên phải có hệ thống ống xoắn có nước lưu thông làm nguội dầu, nhược điểm bốc mùi gây ô nhiễm và hại cho sức khỏe.
Dầu là môi trường tôi cho thép hợp kim (loại có Vth nhỏ, nhỏ hơn 150oC/s), các chi tiết có hình dạng phức tạp, là mơi trường tơi thứ 2 (thép CD)
- Thép C tiết diện nhỏ (Ø < 10 mm), hình dạng đơn giản, dài (như trục trơn) nên tôi dầu. Chi tiết có hình dạng phức tạp về độ bền có thể chọn thép C nhưng phải làm bằng thép hợp kim để tôi dầu.
- Chi tiết bằng thép hợp kim, có tiết diện lớn, hình dạng đơn giản phải tơi nước. Các vật mỏng, hình dạng phức tạp dễ bị cong vênh khi làm nguội tự do cần tôi trong khuôn ép, trong khung giữ chống cong vênh hoặc bó chặt nhiều thanh dài lại, …
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.
Tơi trong hai mơi trường như đường b trên hình 2.16: Tận dụng được ưu điểm của cả nước lẫn dầu: nước, nước pha muối, xút qua dầu (hay khơng khí) cho đến khi nguội hẳn. Như vậy vừa bảo đảm độ cứng cao cho thép vừa ít gây biến dạng, nứt. Nhược điểm: khó, địi hỏi kinh nghiệm, khó cơ khí hóa, chỉ áp dụng cho tôi đơn chiếc thép cacbon cao.
Tôi phân cấp như đường c trên hình 2.16. Muối nóng chảy có nhiệt độ cao hơn điểm Mđ khoảng 50 - 100oC, thời gian giữ nhiệt từ 3 - 5 phút để đồng đều nhiệt độ trên tiết diện rồi nhấc ra làm nguội trong khơng khí để chuyển biến Mactenxit. Ưu điểm: khắc phục được khó khăn về xác định thời điểm chuyển môi trường của phương pháp b. Đạt độ cứng cao song có ứng suất bên trong rất nhỏ, độ biến dạng thấp nhất, thậm chí có thể sửa, nắn sau khi giữ đẳng nhiệt khi thép ở trạng thái γ quá nguội vẫn còn dẻo. Nhược điểm: năng suất thấp, chỉ áp dụng được cho các thép có tốc độ làm nguội Vth nhỏ (thép hợp kim cao như thép gió) và với tiết diện nhỏ như mũi khoan, dao phay, ....
Cả ba phương pháp tôi kể trên đều đạt được tổ chức Mactenxit.
Tôi đẳng nhiệt: đồ thị đường d trên hình 2.16. Khác tơi phân cấp ở chỗ giữ đẳng nhiệt lâu hơn (hàng giờ) cũng trong môi trường lỏng (muối nóng chảy) để Austenit q nguội phân hóa hồn tồn thành hỗn hợp F - Xê nhỏ mịn có độ cứng tương đối cao, độ dai tốt. Tùy theo nhiệt độ giữ đẳng nhiệt sẽ được các tổ chức khác nhau: 250 - 400oC được Bainit, 500 - 600oC được Trôxtit. Sau khi tôi đẳng nhiệt
khơng phải ram. Tơi đẳng nhiệt có mọi ưu và nhược điểm của tôi phân cấp, nhưng độ cứng thấp hơn và độ dai cao hơn, năng suất thấp ít được áp dụng cách tơi này.
Một phương pháp tôi đẳng nhiệt đặc biệt là tơi chì (patenting) - tơi đẳng nhiệt trong bể Pb nóng chảy ở 500 - 520oC để được Xe mịn, qua khuôn kéo sợi nhiều lần (ε tổng là 90%), đạt δE và δmax.
Gia công lạnh áp dụng cho thép dụng cụ hợp kim có thành phần C cao và được hợp kim hóa, các điểm Mđ và MK quá thấp nên khi tôi lượng γ dư quá lớn, làm giảm độ cứng. Đem gia công lạnh (-50 oC hay -70oC) để γ dư chuyển thành M, độ cứng có thể tăng thêm 1 - 10 đơn vị HRC.
Tôi tự ram là cách tôi với làm nguội không triệt để, nhằm lợi dụng nhiệt của lõi hay các phần khác truyền đến, nung nóng tức ram ngay phần vừa được tơi: tôi cảm ứng các chi tiết lớn như băng máy, trục dài, ...
Chương 3
CƠ SỞ LÝ THUYẾT NHIỆT LUYỆN THÉP C45 VÀ SS400 BẰNG MÁY TÔI CNC CAO TẦN