3.1 .GANG
4.2. NHIỆT LUYỆN
4.2.2. Các phƣơng pháp nhiệt luyện
4.2.2.1. Ủ
a- Định nghĩa
Là phƣơng pháp nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt lâu rồi làm nguội chậm cùng lò để đạt tổ chức ổn định peclit để có độ cứng thấp và độ dẻo cao.
b- Mục đích
Tùy phƣơng pháp, ủ nhằm đạt từ 1÷2 trong số 5 mục đích sau: 1- Giảm độ cứng của thép, để dễ gia công cắt gọt.
2- Làm tăng độ dẻo để dễ gia công áp lực: rèn, dập, cán, kéo. 3- Làm giảm ứng suất bên trong do gia cơng cơ khí: đúc, hàn. 4- Làm đồng đều thành phần hóa học trên vật đúc bị thiên tích. 5- Làm nhỏ hạt thép( để tăng bền).
Hình 4.4: Lị ủ kim loại c. Các phƣơng pháp ủ
. Các phương pháp ủ khơng có chuyển biến pha: Đặc điểm: - Nhiệt độ ủ thấp hơn 727oC.
- Khơng có chuyển biến pha pearlite austenite, gồm ủ thấp và ủ kết tinh lại.
* Ủ thấp
+ Mục đích là làm giảm hoặc khử bỏ ứng suất bên trong vật đúc hoặc sản phẩm qua gia cơng cơ khí nhƣ cán, dập nguội mà khơng làm giảm độ cứng.
Ví dụ: Lị xo sau khi quấn nguội.
+ Nhiệt độ ủ 200÷300oC chỉ khử bỏ một phần ứng suất. + Nhiệt độ ủ 450÷600 oC sẽ khử bỏ hoàn toàn ứng suất.
* Ủ kết tinh lại
+ Để khơi phục tính dẻo của thép sau khi bị biến dạng nguội.
Trang 63 Tktl: nhiệt độ kết tinh lại
Tc: nhiệt nóng chảy
K = 0.3(kim loại nguyên chất) K = 0.5÷0.8 (dung dịch rắn)
Tktl Fe= 450oC, toktl Cu = 270oC, toktl Al= 100oC . Các phương pháp ủ có chuyển biến pha Đặc điểm chung:
- Nhiệt độ ủ cao hơn đƣờng A1(727oC).
- Mục đích là giảm độ cứng và tăng độ dẻo để dễ gia công cắt gọt hoặc dập nguội .
* Ủ hồn tồn
+ Nung nóng ở trạng thái Au hoàn toàn.
+ Áp dụng cho thép trƣớc cùng tích với hàm lƣợng C khoảng 0.3÷0.6%.
+ Nung nóng thép tới nhiệt độ cao hơn đƣờng A3 từ 30÷50oC để đạt Au hồn tồn. + Khi làm nguội Au phân hóa ra ferite và pearlite, trong đó pearlite ở dạng tấm (hơi cứng để dễ cắt gọt).
Hình 4.5: Giản đồ ủ hoàn toàn
* Ủ khơng hồn tồn
+Áp dụng cho thép cùng tích và sau cùng tích. + Nung nóng ở trạng thái Au khơng hồn tồn. + Nhiệt độ ủ: = toA1 + (20o ÷ 30o).
+ Khi nung nóng chỉ peclit Au. XeII vẫn còn lại.
Trang 64
+ Khi làm nguội Au pearlite hạt có độ cứng thấp hơn pearlite tấm dễ cắt gọt.
Hình 4.6: Giản đồ ủ khơng hồn tồn
* Ủ đẳng nhiệt
+ Áp dụng với thép hợp kim cao nhằm giảm độ cứng để dễ gia công cắt gọt.
+ Nhiệt độ nung giống nhƣ ủ hoàn toàn (thép trƣớc cùng tích) hoặc khơng hồn tồn (đối với thép cùng tích và sau cùng tích).
+ Khi làm nguội ở nhiệt độ thấp hơn toA1 khoảng 50oC sẽ đƣợc giữ nhiệt trong thời gian dài (bằng 1 lị khác có khống chế nhiệt nhƣ quy định).
4.2.2.2. Thường hóa
Đƣợc áp dụng cho thép cacbon thấp ( 0.25%C) nhằm đạt độ cứng thích hợp để cắt gọt bằng cách:
- Nung nóng đến trạng thái Au hoàn toàn (to A3). - Giữ nhiệt.
- Làm nguội trong khơng khí.
Tóm lại:
- Thép đƣợc 0.25%C: thƣờng hóa. - Thép đƣợc 0.3 ÷0.65%C: ủ hồn tồn.
- Thép có lƣợng C 0.7%: ủ khơng hồn toàn. - Thép hợp kim cao: ủ đẳng nhiệt.
4.2.2.3. Tơi
Là q trình nhiệt luyện nhằm mục đích: - Nâng cao độ cứng và chống mài mịn. - Nâng cao độ bền và sức chịu tải của chi tiết.
a. Tơi thể tích
Gồm các bƣớc:
- Nung nóng thép lên nhiệt độ chuyển biến Au ( to A1).
Trang 65 - Giữ nhiệt.
- Làm nguội nhanh trong môi trƣờng làm nguội (nƣớc, dầu,muối) để Au biến thành mactensite hay tổ chức khơng ổn định khác nhằm mục đích tăng độ cứng, độ bền mặt ngồi cũng nhƣ trong lõi chi tiết.
Hình 4.7: Qui trình tơi mủi đột dấu
a. Nung nóng và giữ nhiệt; b. Làm nguội nhanh trong nước
Hình 4.8: Giản đồ nhiệt độ tôi
. Nhiệt độ tôi
* Đối với thép sau cùng tích
- To tơi = to Ac1 + (40÷50oC) có tổ chức Au + Xe. - Làm ngi nhanh ta có:
+ Au mactensite cứng.
Trang 66
Lưu ý: Nếu nung to to
Acm rất nguy hiểm vì dễ q nhiệt và thốt cacbon. Khi tôi xong độ cứng vẫn không tăng cao hơn trƣờng hợp nung đến to Ac1 + (40÷50) oC.
. Thời gian giữ nhiệt
Phải bảo đảm đủ thời gian để nhiệt độ khuếch tán đồng đều trên toàn bộ chi tiết nhằm tạo tổ chức Au đồng nhất, phụ thuộc vào:
- Chiều dày hoặc đƣờng kính chi tiết (càng lớn thì giữ nhiệt càng lâu). - Thành phần hóa học và mơi trƣờng tơi.
Thơng thƣờng:
+ Đối với lị buồng điện tử, thời gian giữ nhiệt 50÷90s. + Đối với lị muối thời gian 20 ÷30s.
. Tốc độ làm nguội: Làm nguội càng nhanh độ cứng chi tiết càng cao. - Môi trƣờng làm nguội nhanh là dung dịch muối 10% trong nƣớc. - Môi trƣờng làm nguội vừa là nƣớc.
- Môi trƣờng làm nguội chậm là dầu.
- Riêng thép gió đƣợc tơi bằng quạt gió cơng suất lớn.
b. Tôi bề mặt
Là phƣơng pháp nung nóng nhanh và làm nguội nhanh mặt ngoài chi tiết nhằm mục đích:
- Đạt độ cứng cao bề mặt ngoài chi tiết để chịu mài mòn. - Lõi vẫn dẻo để chịu va đập.
Phổ biến nhất là phƣơng pháp tôi cao tần hoặc dùng ngọn lửa O2 – C2H2. . Tôi cao tần (bằng dòng điện tần số cao).
- Thiết bị gồm:
+ Bộ nguồn tạo dòng điện tần số cao (hàng ngàn Hz).
+ Vòng cảm ứng làm bằng đồng đỏ, rỗng ruột dẫn nƣớc đi qua để làm nguội. + Chi tiết cần nung đƣợc đặt giữa vịng cảm ứng, nhƣng khơng tiếp xúc với vòng cảm ứng.
- Nguyên lý hoạt động: Khi cho dòng điện cao tần đi qua vòng cảm ứng sẽ tạo từ trƣờng biến thiên và sinh ra sức điện động cảm ứng trên bề mặt chi tiết tạo ra đòng điện fuco nung nóng bề mặt chi tiết đến nhiệt độ tơi trong 1 thời gian rất nhanh (vài giây). Sau đó tắt nguồn điện và làm nguội nhanh chi tiết.
Trang 67
+ Ưu: - Năng suất cao (thời gian nung rất ngắn).
- Độ biến dạng, cong vênh nhỏ. - Khơng bị ơxy hóa và thóat cacbon.
- Điều chỉnh chiều sâu lớp tôi dễ dàng bằng cách thay đổi tần số dòng điện (tần số càng cao thì nhiệt độ nung càng cao, chiều sâu lớp kim loại nung càng mỏng).
+ Khuyết: Thiết bị đắt tiền.
Khó áp dụng cho chi tiết có hình dạng phức tạp.
Hình 4.10: Tơi bề mặt bánh răng bằng phương pháp tôi cao tần
- Tôi bằng ngọn lửa hàn O2- C2H2 ( 3000oC)
- Nguyên lý
Dùng nguồn năng lƣợng của hỗn hợp khí cháy Oxy và axêtylen nung nóng nhanh chi tiết đến nhiệt độ tôi: C2H2 + O2→ CO2 + H2O + Q↑
Nhiệt độ ngọn lửa đạt (3000-3200)oC.
- Thiết bị
+ Bình chứa khí O2 và C2H2. + Van giảm áp (ổn áp).
+ Mỏ đốt đƣợc chế tạo theo nguyên lý chế tạo của mỏ hàn khí O2-C2H2. + Đồ gá.
- Phương pháp tơi
+ Nung tồn bộ và làm nguội toàn bộ nếu chi tiết bé. + Nung liên tục và làm nguội liên tục nếu chi tiết lớn.
Trang 68
Ưu: tôi đƣợc chi tiết rất lớn, rất cơ động.
Khuyết: xác định nhiệt độ tơi bằng mắt địi hỏi cơng nhân phải có kinh nghiệm. 4.2.2.4. Ram
Là quá trình:
- Nung thép đã tôi dƣới nhiệt độ Ac1(727oC) - Giữ nhiệt 1 thời gian.
- Làm nguội chậm hoặc nhanh, nhằm mục đích làm giảm ứng suất trong thép sau khi tơi. Do đó giảm tính giịn và tăng độ bền cho thép.
+ Tốc độ ram phải chậm và đồng đều.
+ Lị ram thƣờng là lị điện có quạt gió để tạo sự đồng đều nhiệt độ trong lò. Đối với chi tiết nhỏ có thể ram trong lị dầu
+ Thơng thƣờng làm nguội ngồi khơng khí. Các hình thức ram sử dụng phổ biến là:
a- Ram thấp
- Nhiệt độ tiến hành ở 150 ÷ 270oC.
- Mục đích là khử ứng suất bên trong chi tiết. - Độ cứng sau khi ram không đổi.
- Thƣờng áp dụng để ram dụng cụ cắt, các chi tiết thấm than, thấm nitơ.
b- Ram trung bình
- Tiến hành ở nhiệt độ 300 ÷ 450oC. - Độ cứng sau khi ram đạt 40 ÷ 50 HRC. - Đạt giới hạn đàn hồi cao.
- Thƣờng áp dụng để ram các lò xo.
c- Ram cao
- Tiến hành ở nhiệt độ 500 ÷ 680oC.
- Thép sau khi tơi đƣợc ram cao cịn gọi là tơi cải thiện. - Độ cứng có giảm bớt nhƣng độ bền và dai va đập cao. - Thƣờng áp dụng cho chi tiết chịu va đập lớn.
4.2.2.5. Những thiếu sót trong q trình nhiệt luyện
a. Hiện tƣợng ơxy hóa và thốt cacbon
- Khi nung ở nhiệt độ cao, bề mặt chi tiết và ôxy tác dụng hóa học làm bề mặt thép bị ơxy hóa và thóat cacbon làm độ cứng khơng đạt và lƣợng dƣ gia công bị hụt.
- Khắc phục bằng cách cho than hoa vào đáy hay cửa lị để khử bớt ơxy trong lị.
b. Biến dạng và nứt
- Do làm nguội q nhanh khi tơi làm thể tích chi tiết thay đồi đột ngột. - Khắc phục bằng cách:
+ Bảo đảm tốc độ nguội thật đều.
+ Chọn mơi trƣờng tơi thích hợp (nƣớc, dầu, gió). + Ram ngay sau khi tôi để giảm ứng suất.
c. Độ cứng không đạt
Trang 69 - Tốc độ làm nguội không đúng khi tôi.
- Khắc phục bằng cách:
+ Ủ, thƣờng hóa hay ram cao để khử ứng suất. +Tôi lại đúng chế độ.
d. Chi tiết bị giòn - Do quá nhiệt gây nên. - Khắc phục bằng cách tôi lại.