2.2. Cơ sở lý thuyết công nghệ nhiệt luyện
2.2.7.3. Tốc độ tôi tới hạn và độ thấm tôi
Tốc độ tôi tới hạn của thép càng nhỏ thì càng dễ tôi, tạo ra độ cứng cao (và cả sâu bên trong lõi) đồng thời với biến dạng nhỏ và không bị nứt.
Vth=A1 - Tm τm
, là nhiệt độ và thời gian ứng với austenit quá nguội kém ổn định nhất.
Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ tôi tới hạn:
- Thành phần hợp kim của γ là quan trọng nhất, γ càng giàu nguyên tố hợp kim (trừ Co) thì đường "C" càng dịch sang phải, Vth càng nhỏ. Nếu γ chứa 2 - 3% nguyên tố hợp kim thì Vth ≈ 100oC/s, nếu γ chứa 5 - 7% nguyên tố hợp kim thì Vth ≈ 25o
C/s.
- Sự đồng nhất của γ: γ càng đồng nhất càng dễ biến thành Mactenxit (γ khơng đồng nhất thì vùng giàu C dễ biến thành Xê và vùng nghèo C dễ biến thành F) → Nâng nhiệt độ tôi Ttôi → γ đồng nhất → Vth giảm.
Các phần tử rắn chưa tan hết vào γ: thúc đẩy tạo thành hỗn hợp F - Xê, làm tăng Vth.
Kích thước hạt γ càng lớn thì biên giới hạt càng ít, càng khó tạo thành hỗn hợp F - Xê → Vth giảm.
Độ thấm tôi là chiều sâu lớp tơi cứng có tổ chức ½ Mactenxit + ½ Trơxtit. Các yếu tố ảnh hưởng:
- Vth càng nhỏ độ thì thấm tơi càng cao, Vth < Vlõi ta được tôi thấu, các yếu tố làm giảm Vth thì phát triển pha γ làm tăng độ thấm tôi.
- Tốc độ làm nguội càng nhanh thì phát triển pha γ nhưng dễ gây nứt, biến dạng.
Độ thấm tôi biểu thị khả năng hóa bền của thép bằng công đoạn tôi và ram, đúng hơn là biểu thị tỷ lệ tiết diện của chi tiết được hóa bền nhờ tơi và ram.
Thép có độ thấm tơi càng cao thì được coi là thép chất lượng càng tốt. Mỗi mác thép có thành phần γ xác định do đó nên dùng cho các chi tiết có kích thước nhất định để có thể tơi thấu cần thiết.
Đánh giá độ thấm tơi: Hình 2.14 trình bày dãy thấm tơi của các thép với cùng hàm lượng cacbon là 0,40%, ở đây độ thấm tơi được tính tới vùng ½ Mactenxit + ½ Trơxtit.
- Thép cacbon, γ trung bình chỉ khoảng 7 mm, nếu thêm 1,00%Cr thì được 12mm, cịn thêm 0,18%Mo nữa sẽ tăng lên đến 30mm.
- Để tăng mức độ đồng đều cơ tính trên tiết diện, trước khi đem chế tạo các bánh răng quan trọng người ta phải kiểm tra lại γ của mác thép mới sẽ được dùng.
Ngược lại cịn có u cầu hạn chế độ thấm tôi để bảo đảm độ cứng bề mặt trong khi lõi vẫn đảm bảo độ dẻo dai chi tiết.
Tính tơi hay tính tơi cứng là khả năng đạt được độ cứng cao nhất khi tôi, phần trăm cacbon càng cao tính tơi cứng càng lớn.
Tính thấm tơi là khả năng đạt chiều dày lớp tôi cứng lớn nhất, phần trăm ngun tố hợp kim càng lớn thì tính thấm tơi càng cao.
Hình 2.14: Dãy thấm tơi của một số loại thép a) 0,40%C; b) 0,40%C + 1,00%Cr; c)