Ngày nay, ngành cơ khí phát triển mạnh mẽ, chất lượng sản phẩm được nâng cao đáng kể. Phương pháp nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện các thuộc tính của vật liệu, từ đó tạo nền tảng cho sản phẩm có chất lượng cao. Vậy phương pháp nhiệt luyện là gì và các phương pháp nhiệt luyện nào đang được áp dụng? Bài viết dưới đây của Đình Hải sẽ giải đáp chi tiết những câu hỏi này.

Phương pháp nhiệt luyện là gì?

Phương pháp nhiệt luyện là công nghệ xử lý kim loại và hợp kim bằng cách nung nóng chúng đến một nhiệt độ nhất định, đảm bảo rằng vật liệu không chuyển thành trạng thái lỏng. Sau khi đạt được nhiệt độ mong muốn, vật liệu được duy trì ở mức nhiệt đó trong một khoảng thời gian cụ thể. Cuối cùng, vật liệu được làm nguội theo một tốc độ kiểm soát để thay đổi cấu trúc tổ chức, từ đó điều chỉnh các đặc tính cơ học, cấu trúc vi mô và thành phần hóa học của vật liệu theo yêu cầu.

Các yếu tố đặc trưng cho phương pháp nhiệt luyện

Trong quá trình nhiệt luyện, ba thông số chính đóng vai trò quan trọng như sau:

• Nhiệt độ nung nóng (Tn°): Đây là nhiệt độ tối đa mà vật liệu cần đạt được trong quá trình nhiệt luyện. Nhiệt độ này quyết định sự thay đổi về cấu trúc của vật liệu.

• Thời gian giữ nhiệt (τgn): Đây là khoảng thời gian mà vật liệu được duy trì ở nhiệt độ nung nóng. Thời gian này ảnh hưởng đến mức độ đồng đều và hiệu quả của quá trình biến đổi cấu trúc vật liệu.

• Tốc độ nguội (Vnguội): Đây là tốc độ làm nguội vật liệu sau khi đã hoàn tất giai đoạn giữ nhiệt. Tốc độ nguội ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô của vật liệu và các đặc tính cơ học cuối cùng của nó.

Ba thông số này tương ứng với ba giai đoạn liên tiếp trong quy trình nhiệt luyện, bao gồm: nung nóng, giữ nhiệt và làm nguội.

Kết quả của quá trình nhiệt luyện được đánh giá dựa trên ba yếu tố chính:

• Tổ chức tế vi của vật liệu: Bao gồm cấu trúc các pha và kích thước hạt của vật liệu.

• Độ cứng của vật liệu: Đây là sự kết hợp của độ bền, độ dẻo và độ dai của vật liệu.

• Độ biến dạng của vật liệu: Đánh giá khả năng biến dạng của vật liệu dưới tác động của lực.

Các phương pháp nhiệt luyện vật liệu cơ bản

Phương pháp ủ

Phương pháp ủ là kỹ thuật nhiệt luyện trong đó vật liệu được nung nóng đến nhiệt độ từ 200°C đến 1000°C, duy trì ở nhiệt độ này trong một khoảng thời gian nhất định, rồi làm nguội chậm cùng lò (với tốc độ khoảng 200°C/h). Mục tiêu của phương pháp ủ là:

• Giảm độ cứng để dễ gia công cắt.

• Tăng độ dẻo để thuận tiện cho việc rập, cán và kéo thép ở trạng thái nguội.

• Khử ứng suất từ gia công cắt, đúc, hàn hoặc biến dạng dẻo.

• Nhỏ hạt thép nếu các công đoạn trước đó tạo hạt lớn.

Các phương pháp ủ bao gồm:

• Ủ hoàn toàn: Nung đến trên nhiệt độ tới hạn A3 (30-50°C), giữ nhiệt và làm nguội chậm cùng lò, sau đó làm nguội ngoài trời để đạt cấu trúc hạt mịn.

• Ủ đẳng nhiệt: Nung đến trên A3 (20-30°C), giữ nhiệt, làm nguội tại nhiệt độ 680-700°C trong lò khác, rồi giữ ở nhiệt độ này từ 2-5 giờ và làm nguội ngoài trời để rút ngắn thời gian ủ.

• Ủ xementit hạt: Thích hợp cho thép dụng cụ, chuyển đổi tổ chức từ xementit tấm sang xementit hạt để giảm độ cứng và cải thiện khả năng cắt gọt.

• Ủ khử ứng suất: Nung đến 500-600°C, giữ nhiệt và làm nguội chậm để giảm nứt vỡ sau khi đúc hoặc hàn.

• Ủ không hoàn toàn: Tạo ra hạt mới đồng đều về kích thước, cải thiện tính chất cơ học của vật liệu.

Phương pháp thường hóa

Phương pháp thường hóa là kỹ thuật nhiệt luyện trong đó thép được nung đến trạng thái Austenit, giữ nhiệt và sau đó làm nguội trong không khí. Quá trình này giúp Austenit chuyển thành peclit và sau đó phân tán thành xoocbit với độ cứng thấp.

Mục đích của phương pháp thường hóa bao gồm:

• Đạt độ cứng phù hợp cho gia công cắt với thép có hàm lượng carbon thấp (~0,25%C).

• Làm nhỏ cấu trúc xementit để chuẩn bị cho các bước nhiệt luyện tiếp theo.

• Loại bỏ cấu trúc xementit dạng lưới, cải thiện cơ tính của thép.

• Khử ứng suất sinh ra từ quá trình gia công áp lực.

Phương pháp tôi thép

Phương pháp tôi thép là một kỹ thuật nhiệt luyện, trong đó thép được nung đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn để tạo ra tổ chức Austenit, sau đó giữ nhiệt và làm nguội nhanh để chuyển Austenit thành mactenxit hoặc các tổ chức không ổn định khác, nhằm tăng cường độ cứng của thép.

Mục tiêu của phương pháp tôi thép là nâng cao độ cứng và khả năng chống mài mòn của thép. Có hai phương pháp chính trong tôi thép:

• Tôi xuyên tâm: Thép được nung đến nhiệt độ tùy thuộc vào hàm lượng carbon và sau đó làm nguội nhanh trong nhiều môi trường khác nhau, nhằm đạt được độ cứng đồng đều cả bên trong và bên ngoài của chi tiết.

• Tôi mặt ngoài: Nung nóng nhanh và làm nguội lớp bề mặt của chi tiết để đạt độ cứng cao ở bề mặt, trong khi phần lõi giữ được độ mềm và dẻo. Phương pháp này thường được áp dụng cho các sản phẩm như nhông xích và trục truyền động. Hai phương pháp thường được sử dụng bao gồm tôi cao tần và tôi bằng ngọn lửa oxy-acetylen.

Bài viết trên đã cung cấp chi tiết những thông tin về nhiệt luyện. Theo dõi Đình Hải để cập nhật thêm những thông tin hữu ích nhé.