CHƯƠNG 4: NHIỆT LUYỆN THÉP pdf

CHƯƠNG 4:
NHIỆT LUYỆN THÉP
4.1.

KHÁI NIỆM VỀ NHIỆT LUYỆN THÉP
4.1.1.

Sơ lược

về

nhiệt

luyện

thép
4.1.1.1. Định

nghĩa:

là

nung

nóng

thép

đến

nhiệt

độ

xác

định,

giữ

nhiệt

một

thời

gian thích

hợp

rồi

sau

đó

làm

nguội

với

tốc

độ

xác

định

để

nhận

được

tổ

chức,

do

đó

tính

chất

theo

yêu

cầu.
Đặc điểm:
-

Không

làm

nóng

chảy

và

biến

dạng

sản

phẩm

thép
-

Kết

quả

được

đánh

giá

bằng

biến

đổi

của

tổ

chức

tế

vi

và

tính

chất.
4.1.1.
2
. Các yếu tố đặc trưng cho nhiệt luyện

Ba

thông

số

quan

trọng

nhất

(hình

4.1):
-

Nhiệt

độ

nung

nóng:
0
n
T
-

Thời

gian

giữ

nhiệt:
gn
T
- Tốc độ nguội V
nguội
sau khi giữ nhiệt
Các

chỉ

tiêu

đánh

giá

kết

quả:
+ Tổ chức tế vi bao gồm cấu tạo pha, kích
thước hạt,
chiều sâu lớp hóa bền là chỉ tiêu gốc, cơ bản
nhất.
+

Độ

cứng,

độ

bền,

độ

dẻo,

độ

dai.
+

Độ

cong

vênh,

biến

dạng.
4.1.1.3.

Phân

loại
nhiệt
luyện

thép
1.

Nhiệt

luyện:

thường

gặp

nhất,

chỉ

có

tác

động

nhiệt

làm

biến

đổi

tổ

chức

và

tính

chất

gồm

nhiều

phương

pháp:

ủ,

thường

hoá,

tôi,

ram.

2.

Hóa

-

nhiệt

luyện:

Nhiệt

luyện

có

kèm

theo

thay

đổi

thành

phần

hóa

học

ở

bề

mặt

rồi

nhiệt

luyện

tiếp

theo

để

cải

thiện

hơn

nữa

tính

chất

của

vật

liệu:

Thấm

đơn

hoặc

đa

nguyên

tố: C,N,
3.

Cơ

-

nhiệt

luyện:

là

biến dạng dẻo thép ở trạng thái
γ
sau đó tôi và ram để nhận được
tổ chức M nhỏ mịn có cơ tính tổng hợp cao nhất,
thường ở xưởng cán nóng thép, luyện kim.
4.1.2.

Tác

dụng

của

nhiệt

luyện

đối

với

sản

xuất

cơ

khí
4.1.2.1.

Tăng

độ

cứng,

tính

chống

mài

mòn

và

độ

bền

của

thép:

phát

huy

triệt

để các

tiềm

năng

của

vật

liệu:

bền,

cứng,

dai…

do

đó

giảm

nhẹ

kết

cấu,

tăng

tuổi thọ,
4.1.2.2.

Cải

thiện

tính

công

nghệ
Hình 4.1. Sơ đồ của quá trình
nhiệt
luyện đơn giản nhất
Phù

hợp

với

điều

kiện

gia

công:

cần

đủ

mềm

để

dễ

cắt,

cần

dẻo

để

dễ

biến dạng,
…
4.1.2.3.

Nhiệt

luyện

trong

nhà

máy

cơ

khí
-

Nặng

nhọc,

độc

→
cơ

khí

hóa,

tự

động

hóa,

chống

nóng,

độc
-

Phải

được

chuyên

môn

hóa

cao

→
bảo

đảm

chất

lượng

sản

phẩm

và

năng

suất
-

Tiêu

phí

nhiều

năng

lượng

→
phương

án

tiết

kiệm

được

năng

lượng
-

Là

khâu

sau

cùng,

thường

không

thể

bỏ

qua,

do

đó

quyết

định

tiến

độ

chung, chất

lượng

và

giá

thành

sản

phẩm

của

cả

xí

nghiệp.
4.2. CÁC TỔ CHỨC ĐẠT ĐƯỢC KHI NUNG NÓNG VÀ LÀM NGUỘI THÉP
4.2.1. Các chuyển biến xảy ra khi nung nóng thép - Sự tạo thành austenit
4.2.1.1. Cơ sở xác định chuyển biến khi nung
Dựa

vào

giản

đồ

pha

Fe

-

C,

hình

4.2:

ở

nhiệt

độ

thường

mọi

thép

đều

cấu

tạo

bởi hai
pha

cơ

bản:

F

và

Xê

(trong

đó

P

=[F+Xê]).
-Thép

cùng

tích:

có

tổ

chức

đơn

giản

là

P
-Thép

trước

và

sau

cùng

tích:

P+F

và

P+Xê
II
Khi

nung

nóng:

+

Khi

T<

A
1
→

chưa

có

chuyển

biến

gì;
+

Khi

T=

Ac
1
,

P

→
γ

theo

phản

ứng:
Thép

CT:

[Fe
a
+

Xê]
0,80%C
→

γ
0,80%C
Thép

TCT

và

SCT:

F

và

Xê
II
không

thay
đổi:
+

Khi

T>

Ac
1
:

F

và

Xê
II
tan

vào
γ
nhưng

không

hoàn

toàn;
+

Khi

T>

Ac
3
và

Ac
m

:

F

và

Xê
II
tan

hoàn

toàn

vào
γ
Trên

đường

GSE

mọi

thép

đều

có

tổ

chức

γ
4.2.1.2.

Đặc

điểm

của

chuyển

biến

peclit

thành

austenit
Nhiệt

độ

&

thời

gian

chuyển

biến:
(hình
4.3)
V
nung
càng

lớn

thì

T

chuyển

biến

càng

cao.
T
nung
càng

cao,

khoảng

thời

gian

chuyển

biến càng ngắn.
Tốc

độ

nung

V
2
>

V
1
,

thì

nhiệt

độ

bắt

đầu

và

kết

thúc chuyển

biến

ở

càng

cao

và

thời

gian

chuyển

biến

càng ngắn.
Kích

th
ư
ớc hạt

austenit:
Hình 4.2. Giản đồ pha Fe-C
(phần thép)
Hình 4.3. Giản đồ chuyển biến đẳng
nhiệt P của thép cùng tích
Ý nghĩa:
Hạt
γ
càng

nhỏ
→
M(hoặc tổ

chức

khác)

có

độ

dẻo,

dai

cao

hơn.
Cơ

chế

chuyển

biến:

P
→
γ
:

cũng

tạo

và

phát triển

mầm

như

kết

tinh

(hình

4.4),

nhưng

do bề

mặt

phân

chia

giữa

F-Xê

rất nhiều nên số mầm rất lớn
→
hạt

γ

ban

đầu

rất

nhỏ

mịn

(<
cấp

8-10,

hình

4.4d)
chuyển

biến

peclit
→

austenit

bao

giờ

cũng

làm

nhỏ

hạt

thép,

phải

tận

dụng
Độ

hạt

austenit:
-

peclit

ban

đầu:

càng

mịn

→

γ

nhỏ
-

V
nung
càng

lớn
→

hạt

γ
càng

nhỏ
-

T&

t

giữ

nhiệt

lớn

thì

hạt

lớn
-

Theo

bản

chất

thép:

bản

chất
hạt

lớn

và

hạt

nhỏ

(hình

4.5).
Thép bản chất hạt nhỏ: thép
được khử ôxy triệt để bằng Al,
thép hợp kim Ti, Mo, V, Zr,
Nb,
dễ tạo cacbit ngăn cản phát triển hạt.
Mn

và

P

làm

hạt

phát

triển nhanh
4.2.2. Mục đích của giữ nhiệt:
-

Làm

đều

nhiệt

độ

trên

tiết

diện
-

Để

chuyển

biến

xảy

ra

hoàn toàn
-

Làm

đồng

đều

%

của

γ
4.2.3. Các chuyển biến khi làm nguội
4.2.3.1. Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt austenit quá nguội (giản đồ T-T-T) của thép
cùng tích
Giản đồ T-T-T: Nhiệt độ (T) - thời gian (T) và chuyển biến (T) Vì có dạng chữ "C")
→

đường cong chữ “C”.
Khi

γ
bị

nguội

(tức

thời)

d
ư
ới

727
o
C

nó
Hì

nh

4.4.

Quá

trình

tạo

mầm

và

phát triển mầm
Hình

4.5.

Sơ

đồ

phát

triển

hạt

austenit

I-

di

truyền

hạt

nhỏ,

II-

di

truyền

hạt

lớn
chưa chuyển

biến

ngay

được

gọi

là

γ
quá nguội,

không

ổn

định.

Giản

đồ

có

5

vùng:
-

Trên

727
o
C

là

khu

vực

tồn

tại

của

γ

ổn định
-

Bên

trái

chữ

"C"

đầu

tiên

-

vùng

γ

quá

nguội
- Giữa hai chữ "C"
γ
đang chuyển biến (tồn tại cả ba pha
γ
, F và Xe)
- Bên phải chữ

"C"

thứ

hai

-

các

sản

phẩm phân

hóa

đẳng

nhiệt

γ
quá

nguội

là

hỗn hợp:

F

-

Xê

vớ

i

mứ

c

đ

ộ

nhỏ

mịn

khác

nhau
Giữ

γ

quá

nguội

ở

sát

A
1
:

(T~

700
o
C,

DT

0
nhỏ,

~25
o
C):

Peclit

(tấm),

HRC

10

÷

15.
+

(T~

650
o
C,

DT
0
~

75
o
C):

Xoocbit

tôi,

HRC

25
÷
35.
+

T

~

đỉnh

lồi

chữ

“C“

(khoảng

500

÷
600
o
C):

Trôxtit,

HRC

40.
Cả

3

chuyển

biến

trên

đều

là

chuyển

biến

peclit,

X,

T

là

peclit

phân

tán.
+

Khi

giữ

austenit

quá

nguội

ở

nhiệt:

~450
÷
250

o
C:

Bainit,

HRC

50

÷

55,

Đ
ư
ợc

coi

là

chuyển

biến

trung

gian

vì:

F

hơi

quá

bão

hòa

cacbon

(0,10%),Xê

là

Fe
2,4-3
C,có

một

l
ư
ợng

nhỏ

γ

(d
ư
),

trung

gian

(giữa

P

và

M).
Từ

peclit

(tấm),

xoocbit,

trôxtit

cho

tới

bainit

độ

quá

nguội

tăng

lên
→

mầm

càng nhiều

→
tấm

càng

nhỏ

mịn

hơn

và

độ

Hình 4.6. giản đồ T-T-T của thép cùng thể tích
cứng

càng

cao

hơn.
Tóm

lại:

chuyển

biến

ở

sát

A
1
đ
ư
ợc

peclit,

ở

phần

lồi

đ
ư
ợc

trôxtit,

ở

giữa

hai

mức
xoocbit,

phí

a

d
ư
ới

đ
ư
ợc

bainit.
Làm

nguội

đẳng

nhiệt

nhận

đ
ư
ợc

tổ

chức

đồng

nhất

trên

tiết

diện.
4.2.3.2

.

Sự

phân
hóa
g

khi

làm nguội

liên

tục
Cũng

xét

giản

đồ

chữ

“C”

(hình

4.7)

như

chuyển

biến

đẳng

nhiệt.
Đặc đi
V
1
:

trên

hình

4.7,ở

sát

A
1
:

gđ

peclit
tấm,

V
2
:

(làm

nguội

trong

k/khí

tĩnh)

→
xoocbit
.
V
3
(Làm nguội trong không khí nén),
cắt
ở

phần

lồi:

→
γ
trôxtit

V
4
: (làm nguội trong dầu),trôxtit

+

mactenxit

=

bán

mactenxit
V5:

(làm

nguội

trong

n
ư
ớc

lạnh)

V
5
không

cắt

đ
ư
ờng

cong

chữ

"C"

nào,

tức

g

đ

M
Kết

luận:

khi

làm

nguội

liên

tục,

tổ

chức

tạo

thành

∈
vào

vị

trí

của

vectơ

tốc

độ

nguội

trên

đ
ư
ờng

cong

chữ

"C
Hình 4.7.
Giản đồ T-T-T của thép
cùng tích với V
1
< V
2
< V
3
<V
4
< V
5
< V
6
Đặc điểm

2:

Tổ

chức

đạt

đ
ư
ợc

th
ư
ờng

là

không

đồng

nhất

trên

toàn

tiết

diện
Đặc điểm

3:

Không

đạt

đ
ư
ợc

tổ

chức

hoàn

toàn

bainit

(B)

(chỉ

có

thể

T+B

hoặc

T+B+M)

vì

nửa

d
ư
ới

chữ

“
C
”

lõm

vào
Đặc điểm

4:

Những

điều

trên

chỉ

đúng

với

thép

cacbon,

thép

hợp

kim

đ
ư
ờng

cong chữ

"C"

dịch

sang

phải

do

đó:
+

V
th
có

thể

rất

nhỏ.

Ví

dụ,

thép

gió

tôi trong

gió.
+ Tổ chức đồng nhất ngay cả

đối

với

tiết

diện

lớn.
4.2.3.3
.

Giản

đồ

T

-

T

-

T

của

các

thép

khác cùng

tích
+

Thép

tr
ư
ớc

và

sau

cùng

tích,

có

thêm

nhánh

phụ

(hình

4.9)

biểu

thị

sự

tiết

ra

F (TCT)

hoặc

Xê
II
(SCT),

có

thêm

đường
3

điểm

khác

biệt

so

với

thép

cùng

tích:
1-

Đường

cong

(chữ

"C"

và

nhánh

phụ)
2-

Khi

làm

nguội

chậm

liên

tục

(V
2
),

γ

quá

nguội
sẽ

tiết

ra

F

(TCT)

hoặc

Xê
II
(SCT)

tr
ư
ớc

sau

đó

mới

phân

hóa

ra

hỗn

hợp

F-Xê
3-

Khi

làm

nguội

đủ

nhanh

V
3
(hoặc

>V
3
)

để

V
ng
không

cắt

nhánh

phụ,

γ
quá

nguội

→

F-
Xê

d
ư
ới

dạng

X,

T,

B

(B

chỉ

khi

làm

nguội

đẳng

nhiệt).
Thép

không

có

thành

phần

đúng

0,80%C

mà

vẫn

không

tiết

F

hoặc

Xê

đ
ư
ợc

gọi

là

cùng

tích

giả.
Đối

với

thép

hợp

kim,

ngoài

ảnh

hưởng

của

C,

các

nguyên

tố

hợp

kim

(dịch

chữ "C"

sang

phải)

sẽ

xét

sau.
4.2.4.

Chuyển

biến

của

austenit

khi

làm

nguội

nhanh

-

Chuyển

biếmactenxit

(khi

tôi)
Nếu

V
ng

>

V
th
thì

γ
→

M

gọi

đó

là

tôi

thép.
V
th
:

là

tốc

độ

làm

nguội

nhỏ nhất để gây ra chuyển biến mactenxit.
m
m
th
TA
V
τ
−
=
1
Hình

4.10.

Giản

đồ

T-T-T

của

thép khác

cùng

tích
Hình

4.11
.

Giản

đồ

T-T-T

và

tốc

độ
tôi

tới

hạn

V
th
(t
m
và T
m
-

thời

gian
và

nhiệt

độ

ứng

với

g

kém

ổn

định
nhất).
4.2.4.1.Bản chất của mactenxit

Định nghĩa:

M

là

dung

dịch

rắn

quá

bão

hòa

của

C

trong

Fe
a
Đ/điểm:

vì

quá

bão

hoà

C

→
mạng

chính

phương

tâm

khối

(hình

4.12).
Độ

chính

phương

c/a

=

1,001
÷
1,06

(
∈

%C)
→
xô

lệch

mạng

rất

lớn
→

M

rất cứng.
4.2.4.2.

Các

đặc

điểm

của

chuyển

biến

mactenxit
1)

Chỉ

xảy

ra

khi

làm

nguội

nhanh

và

liên

tục

g

với

tốc

độ

>

V
th
.
2)

Chuyển biến

không

khuếch

tán:

C

~

giữ

nguyên

vị

trí,

Fe:

từ

g

(A1)

→
M

(gần như

A2)
3)

Xảy

ra

với

tốc

độ

rất

lớn,

tới

hàng

nghìn

m/s
4)

Chỉ

xảy

ra

trong

khoảng

giữa

M
đ
và

kết

thúc

M
K
.

M
đ
và

M
K
giảm

khi

tăng

%C

và

%
nguyên

tố

hợp

kim

(trừ

Si,

Co

và

Al),

M
đ
và

M
K
không

phụ

thuộc

vào

V
nguội
.
5)

Chuyển

biến

xảy

ra

không

hoàn

toàn

vì

hiệu

ứng

tăng

thể

tích

gây

lực

nén

lên

→
γ
không

thể

chuyển

biến,

γ

không

chuyển

biến

được

gọi

là

γ
dư
Điểm

M
K

th
ư
ờng

thấp

(<20
o
C)

có

khi

rất

thấp

(ví

dụ

-100
o
C)

→

lượng

γ

d
ư

có

thể

(20
÷
30%).

Tỷ

lệ

γ
d
ư

:

phụ

thuộc

vào

các

yếu

tố

sau:
+

Điểm

M
K
:

M
K
càng

thấp

dưới

20
o
C

lượng

γ

dư

càng

nhiều:

M
K
giảm

khi

tăng
lượng

nguyên

tố

hợp

kim

trong
γ
+

%C

tăng

→
↑∆V
γ
→

d
ư

càng

nhiều
4.2.4.3.
Cơ

tính

của

mactenxit
Độ

cứng:

(hình

4.14):

%C

↑→
cứng

tăng

do

đó: Thép

ít

cacbon:

%C
≤

0,25%,
Hình4.12.
ô

cơ

sở

của động mạng

tinh

thể mactenx
mactenxit
Hình

4.13.

Đ
ư
ờng

cong

học

chuyển

biến

Hình

4.14
:

Độ

cứng

tôi

phụ

thuộc

vào%C

độ

cứng

sau

tôi

≤
HRC

40
Thép

C

trung

bình:

%C=

0,40
÷
0,50%,

độ

cứng

sau

tôi

tương

đối

cao,

HRC
≥
50.
Thép

C

cao:

%C

≥
0,60%,

độ

cứng

sau

tôi

cao,

HRC

≥
60.
Chỉ

có

thép
≥
0,40%C

tôi

mới

tăng

tính

chịu

mài

mòn
.
Chú

ý

:

phân

biệt

độ

cứng

của

M

và

độ

cứng

của

thép

tôi:

độ

cứng

của

thép

tôi

là

độ

cứng

tổng

hợp

của

M

tôi+

γ
dư

+

cacbit

(Xê
II
nếu

có).

Thường
γ
dư

làm

giảm

độ cứng

của

thép

tôi:>10%

làm

giảm

3-5HRC

(cá

biệt

tới

10HRC),vài

%

→
không

đáng

kể.
Tính

giòn: là

nhược

điểm

của

M

làm

hạn

chế

sử

dụng,

tính

giòn

phụ

thuộc

vào:
+

Kim

M

càng

nhỏ

tính

giòn

càng

thấp

→
làm

nhỏ

hạt

γ
khi

nung

thì

tính

giòn

+

ứng

suất

bên

trong

càng

nhỏ

tính

giòn

càng

thấp
Dùng

thép

bản

chất

hạt

nhỏ,

nhiệt

độ

tôi

và

phương pháp

tôi

thích

hợp

để

giảm ứng

suất

bên

trong

như

tôi

phân

cấp,

đẳng

nhiệt

và

ram

ngay

tiếp

theo.
4.2.5.

Chuyển
biến
khi

nung

nóng

thép

đã

tôi

(khi

ram)
Đ/n:

ram

nung

nóng

thép

sau

khi

tôi

để

điều

chỉnh

độ

cứng

và

tính

chất

phù

hợp với

yêu

cầu.
4.2.5.
1
.

Tí

nh

không

ổn

định

của

mactenxit

và

austenit
Tổ

chức

thép

tôi=M+
γ

d
ư

:

khi

nung

nóng

M

→

F+Xê

theo:

Fe
a
(C)

→
Fe
3
C

+

Fe
a

γ

d
ư
→

F+Xê

theo:

Fe
g

(C)

→
Fe
3
C

+

Fe
a
M

và

γ
d
ư

không

chuyển

biến

ngay

thành

hỗn

hợp

F-Xê

mà

phải

qua

tổ

chức

trung

gian

là
M

ram

theo

sơ

đồ: (M

+

γ
d
ư
)

→
M

ram

→
F-Xê
4.2.5.
2
.

Các

chuyển

biến

xảy

ra

khi

ram
Thép

cùng

tích

(0,80%C):

tổ

chức

M

và

γ
dư,

quá

trình

chuyển

biến

khi

ram:
Giai đoạn I

(T

<

200
o
C)
-

<

80
o
C

trong

thép

tôi

chưa

có

chuyển

biến

gì,

tức

vẫn

có

M

và

γ
dư.
-

Từ

80-200
o
C:

γ
dư

chưa chuyển

biến,

M

có

tiết C dưới

dạng

cacbit

e

Fe
x
C

(x=2,0
÷
2,4),

hình

tấm

mỏng,

phân

tán,

%C

trong

M

giảm

xuống

còn

khoảng

0,25
÷

0,40%,

c/a

giảm
đi.

Hỗn

hợp

M

ít

cacbon

và

cacbit

e

đó

đ
ư
ợc

gọi

là

M

ram

(vẫn

liền

mạng):

(M

tôi)

Fe
a
(C)
0,8
→
[Fe
a
(C)
0,25
÷
0,40
+

Fe
2
÷
2,4
C]

(M

ram)
Giai đoạn II

(T=

200

÷
260
o
C)
Tiếp

tục

tiết

C

khỏi

M

xuống

còn

khoảng

0,15
÷

0,20%:
Fe
a

(C)
0,25-0,4
→
[Fe
a
(C)
0,15
÷
0,20
+Fe
2
÷
2,4
C]
γ
dư

thành

M

ram:

(
γ
dư)

Fe
g
(C)

0,8
→
[Fe
a
(C)
0,15
÷

0,20
+

Fe
2
÷
2,4
C]

(M

ram)
M

ram

là

tổ

chức

có

độ

cứng

thấp

hơn

M

tôi,

song

lại

ít

giòn

hơn

do

giảm

được

ứng

suất.
Độ

cứng

thứ

II:

Một

số

thép

sau

khi
tôi có lượng
γ
dư
lớn

(hàng

chục

%),

khi

ram

γ

d
ư

thành

M

ram

mạnh

hơn

hiệu

ứng

giảm

độ

cứng

do

C

tiết

ra

khỏi

dung

dung dịch

rắn

→
độ

cứng

thứ

II.
Giai đoạn III

(T=

260

÷
400
o
C)
Sau

giai

đoạn

II

thép

tôi

có

tổ

chức

M

ram

gồm

hai

pha:

M

nghèo

C

(0,15

÷
0,20%)

và

cacbit
ε

(Fe
2
÷
2,4
C),

đến

giai

đoạn

III

này

cả

hai

pha

đều

chuyển

biến:
-

M

nghèo

cacbon

trở

thành

ferit,

cacbit

e

(Fe
2
÷
2,4
C)

→
Xê

(Fe
3
C)

ở

dạng

hạt
Sơ

đồ

chuyển

biến:

Fe

a
(C)
0,15
÷
0,20
→
Fe
a
+

Fe
3
C
hạt
,

cac

bit

Fe
2
÷
2,4
C

→

F+Xê

hạt

=

T

ram
-

Độ

cứng:

giảm

còn

(HRC

45

với

thép

cùng

tích).
-

Mất

hoàn

toàn

ứng

suất

bên

trong,

tăng

mạnh

tính

đàn

hồi.
Giai đoạn IV

(T

>

400

o
C)
T

>

400
O
C

xảy

ra

quá

trình

kết

tụ

(sát

nhập,

lớn

lên)

của

Xê

hạt.
-

ở

500

÷
650
o
C:

được

hỗn

hợp

F-Xê

=

X

ram,

có

giới

hạn

chảy

cao

và

độ

dai

va

đập

tốt

nhất.
-

ở

gần

A

1
(727
o
C):

được

hỗn

hợp

F-Xê

hạt

thô

hơn

=

peclit

hạt.
Kết

luận:

ram

là

quá

trình

phân

hủy

M,

làm

giảm

độ

cứng,

giảm

ứng

suất

bên

trong

sau

khi

tôi,

tùy

thuộc

vào

nhiệt

độ

ram

có

thể

đạt

được

cơ

tính

khác

nhau phù

hợp

với

yêu

cầu

sử

dụng.
4.3. Ủ VÀ THƯỜNG HÓA THÉP
Định nghĩa:

là

các

phương

pháp

thuộc

nhóm

nhiệt

luyện

sơ

bộ,

tạo

độ

cứng,

tổ

chức

thích

hợp

cho

gia

công

(cắt,

dập

nguội,

nhiệt

luyện)

tiếp

theo.
4.3.1. Ủ thép
4.3.1.1.

Định

nghĩa

và

mục

đích
Định nghĩa:

là

ph
ư
ơng

pháp

nung

nóng

thép

đến

nhiệt

độ

nhất

định

(từ

200

÷
trên

1000
o
C),

giữ

nhiệt

lâu

rồi

làm

nguội

chậm

cùng

lò

để

đạt

đ
ư
ợc

tổ

chức

cân

bằng

ổn

định

(theo

giản

đồ
pha

Fe

-

C)

với

độ

cứng

thấp

nhất

và

độ

dẻo

cao.
Hai nét đặc trưng của ủ:

nhiệt

độ

không

có

quy

luật

tổng

quát

và

làm

nguội

với tốc

độ

chậm

để

đạt

tổ

chức

cân

bằng.
Mục

đích

:

được

một

số

trong

5

mục

đích

sau:
1)

làm

mềm

thép

để

dễ

tiến

hành

gia

công

cắt,

2)

tăng

độ

dẻo

để

dễ

biến

dạng

(dập,

cán,

kéo)

nguội.
3)

giảm

hay

làm

mất

ứng

suất

gây

nên

bởi

gia

công

cắt,

đúc,

hàn,

biến

dạng

dẻo,

4)

đồng

đều

thành

phần

hóa

học

trên

vật

đúc

loại

bị

thiên

tích.

5)

Làm

nhỏ

hạt

thép.
Phân

loại

ủ:

2

nhóm:

ủ

có

chuyển

pha

và

ủ

không

có

chuyển

biến

pha.
4.3.1.2. Các
phương
pháp ủ không có chuyển biến pha
Đặc điểm:

T

ủ

thấp

hơn

A
1
nên

không

có

chuyển

biến

P

→
γ
.

Chia

thành

2

p
hương
pháp:

Ủ
thấp:

T=

200
÷

600
o

C,

mục

đích

làm

giảm

hay

khử

bỏ

ứng

suất,
Ủ
kết

tinh

lại:

T>

T
ktl

để

khôi

phục

tính

chất

sau

biến

dạng.
4.3.1.3.

Các
phương
pháp

ủ

có

chuyển

biến

pha

Thường

gặp,

T>

A
1
,

P

γ
→
,

nhỏ

hạt.

Chia

thành

3

phương

pháp:
-Ủ

hoàn

toàn:

áp

dụng cho

thép tr
ư
ớc

cùng

tích

%C=

0,30
÷

0,65%,

0
u
T

=A
3

+(20
÷
30
0
C)
Mục

đích:

làm

nhỏ

hạt,

giảm

độ

cứng

và

tăng

độ

dẻo

để

dễ

cắt

gọt

và

dập

nguội

(160
÷

200HB).
-Ủ không

hoàn

toàn

và

ủ

cầu

hóa:

- áp

dụng

cho

thép

dụng

cụ

%C=

0,70%, A
1
<T<A
cm
:

0
u
T

=

A
1
+

(20

÷
30

C)

=

750

÷
760

C,

T/c:

peclit

hạt

,

HB

<

220

dễ

gia

công

cắt
hơn, không

áp

dụng

cho

thép

tr
ư
ớc

cùng

tích

có

C

Ê

0,65%

vì

ảnh hưởng

xấu

đến

độ

dai.
- Ủ

cầu

hóa:

là

dạng

đặc

biệt

của

ủ

không

hoàn

toàn,

T=

750
÷
760
o
C-5min

(phút)

rồi

T=

650

÷
660
o
C-

5min ,

với

lặp

đi

lặp

lại
→

cầu

hóa

xêmentit

để

tạo

thành peclit

hạt.
-
Ủ
đẳng

nhiệt:

dùng

cho

thép

hợp

kim

cao

do

γ
quá

nguội

có

tính

ổn

định

quá

lớn

nên

dù

làm

nguội

chậm

cùng

lò

cũng

không

đạt

đ
ư
ợc

tổ

chức

peclit

mà

là

P-X,

X,

X-T

nên

không

đủ

mềm

để

gia

công

cắt

→

ủ

đẳng

nhiệt:

T=

A
1
-

50
o
C

(xác

định

theo

giản

đồ

T

-

T

-

T

của
chính

thép

đó)

để

nhận

được

tổ

chức

peclit.
-
Ủ
khuếch

tán:

T

rất

cao

1100
÷
1150
o
C

-

(10

÷
15h)

để

khuếch

tán

làm

đều

thành phần.
Lĩnh

vực

áp

dụng:

thép

hợp

kim

cao

khi

đúc

bị

thiên
tích
đ

hạt

to

→
cán

nóng
hoặc

ủ

nhỏ

hạt
Chú

ý

:

ủ

có

chuyển

biến

pha,

chỉ

cần

làm

nguội

trong

lò

đến

600

÷
650
o
C,

lúc

đó

sự

tạo

thành

peclit

đã

hoàn

thành,

cho

ra

nguội ngoài

không

khí

và

nạp

mẻ

khác vào

ủ

tiếp.
4.3.2.
Thường

hóa

thép
4.3.2.1.
Định nghĩa
:

là

nung

nóng

thép

đến

trạng

thái

hoàn

toàn

là

austenit

(>

A
3
hay

A
cm
),

giữ nhiệt

rồi

làm

nguội

tiếp

theo

trong

không

khí

tĩnh,

độ

cứng

tương

đối

thấp

(nhưng cao

hơn

ủ

một

chút).
-

Nhiệt độ:

giống

như ủ

hoàn

toàn

toàn

nhưng được

áp

dụng

cho cả

thép sau cùng tích:
)5030(:
0
3
0
CAcTTCT
th
÷+=

)5030(:
0
÷+=
mth
AcTSCT
-

Tốc

độ

nguội:

nhanh

hơn

đôi

chút

nên

kinh

tế

hơn

ủ.
-

Tổ

chức

và

cơ

tính:

tổ

chức

đạt

được

là

gần

cân

bằng

với

độ

cứng

cao

hơn

ủ

đôi chút.

4.3.2.2.

Mục

đích

và

lĩnh

vực

áp

dụng:
1)

Đạ

t

đ

ộ

cứng

thí

ch

hợ

p

cho

gia

cô

ng

cơ

+

thép
<
0,25%C

-

phả

i

thư

ờ

ng

hó

a,
+

thép

0,30
÷

0,65%C-

phả i

ủ

hoà n

toà

n,
+

thép
≥
0,70%C-

phải

ủ

khô

ng

hoàn

toà

n

(ủ

cầ

u

hó

a).
2)

Làm

nhỏ

xêmentit

chuẩn bị cho nhiệt luyện
kết thúc.

Th
ư
ờng

áp

dụng

cho

các

thép

kết

cấu

tr
ư
ớc

khi

tôi

(thể tích và bề mặt).
3)

Làm

mất

l
ư
ới

xêmentit

II

của

thép

sau
cùng

tích

→

thép

đỡ

giòn,

gia

công được bóng
hơn.
4.4.
TÔI THÉP
Là

nguyên

công

quan

trọng

nhất

của

nhiệt

luyện.
4.4.1.

Định
nghĩa
và

mục

đích
4.4.1.1.
Định nghĩa
:

là

phương

pháp

nung

thép

lên

cao

quá

nhiệt

độ

tới

hạn

A
1
để

đạt

pha
γ
,

giữ

nhiệt

rồi

làm

nguội

nhanh

thích

hợp

để

tạo

thành

M

hay

các

tổ

chức

không

ổn

định

khác

với

độ

cứng

cao.
Đặc trưng của tôi: - Nhiệt độ tôi > A1 để có g (có thể giống ủ hoặc thường hóa).

-

Tốc

độ

làm

nguội

nhanh

dễ

gây

ứng

suất

nhiệt,

pha

→
dễ

gây

nứt,

biến

dạng,

cong

vênh.
-

Tổ

chức

tạo

thành

cứng

và

không

ổn

định.

2

điểm

sau

khác

hẳn

ủ

và

th
ư
ờng hóa.
4.4.1.2.
Mục

đích:
1)

Tăng

độ

cứng

để

chống

mài

mòn

tốt

nhất

(ram

thấp):

dụng

cụ

(cắt,

biến

dạng nguội),

∈
%C:
%C

<

0,35%C-

≤

HRC

50,

%C

=

0,40
÷
0,65%C-

HRC

52

÷
58,
%C

=

0,70

÷
1,00%C-

HRC

60
÷

64,%C

=

1,00
÷

1,50%C-

HRC

65
÷

66
2)

Nâng

cao

độ

bền

và

sức

chịu

tải

của

chi

tiết

máy,

áp

dụng

cho

thép

có
%C=0,15-0,65:
tôi

+

ram

trung

bình

thép

đàn

hồi

(0,55-0,65)%C
Tôi+ram

cao

→
thép

có

cơ

tính

tổng

hợp

cao

nhất

(thép

0,3-0,5)%C
4.4.2.

Chọn
nhiệt
độ

tôi

thép
Hình 4.15. Khoảng nhiệt độ ủ,
th
ư
ờng hóa và tôi cho thép cacbon
o
4.4.2.1.
Đối

với

thép

TCT

(<

0,80%C):

T
tôi
=

A
3
+

(30

÷
50
o
C)

→
M+ít

γ
d
ư
4.4.2.2.
Đối

với

thép

CT

và

SCT

(³

0,80%C):

T
tôi
=A
1
+(30

÷
50
o
C)

≈
760

÷
780
o
C

→
M+ít

γ
d
ư
+ Xê
II
4.4.2.3. Lý

do

để

chọn

nhiệt

độ

tôi:
+

Thép

TCT,

T<

A

3
còn

F

là

pha

mềm

gây

ra

điểm

mềm

ảnh

hưởng

xấu

tới

độ bền,

độ

bền

mỏi

và

tính

chống

mài

mòn.
+

Thép

SCT,

T>

A
cm
→
hàm lượng C trong
γ

cao

quá

dễ

sinh

γ
dư

nhiều,

hạt

lớn

(vì

T

>950
o
C)
A
1
<T
tôi
<A
cm
sau

tôi

được

M+ lưới

Xê
II
+

ít

γ

dư

→

chống

mài

mòn

tốt
4.4.2.4.
Đối

với

thép

hợp

kim:

Cũng

dựa

vào

GĐP

Fe-C

để

tham

khảo

nhiệt

độ

tôi,

2

tr
ư
ờng

hợp:
+
T
hép

hợp

kim

thấp

(ví

dụ

0,40%C

+

1,00%Cr),

T
tôi
~

thép

0,40%C,

có

lấy

tăng

lên

1,1-1,2

lần
+
T
hép

hợp

kim

trung

bình

và

cao:

tra

trong

các

sách

tra

cứu

và

sổ

tay

kỹ

thuật.
4.4.3.

Tốc

độ

tôi

tới

hạn

và

độ

thấm

tôi
Tốc

độ

tôi

tới

hạn

của

thép

càng

nhỏ

càng

dễ

tôi,

tạo

ra

độ

cứng

cao

(cả

sâu trong

lõi)

đồng

thời

với

biến

dạng

nhỏ

và

không

bị

nứt.
4.4.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ tôi tới hạn:
-

Thành

phần

hợp

ki
m
của

γ
:

quan

trọng

nhất,

γ
càng

giàu

nguyên

tố

hợp

kim

(trừ

Co)

đ
ư
ờng

"C"

càng

dịch

sang

phải,

V
th
càng

nhỏ:

(2
÷
3)%

nthk

V
th
≈
100
o
C/s,

(5

÷
7)%

nthk

V
th

≈

25

C/s.
-

Sự

đồng

nhất

của

γ
:

γ
càng

đồng

nhất

càng

dễ

biến

thành

M

(
γ

không

đồng

nhất,

vùng

giàu

C

dễ

biến

thành

Xê,

vùng

nghèo

C

dễ

biến

thành

F)

→

T
tôi
↑
→
γ

đồng

nhất
→
V
th
↓
-

Các

phần

tử

rắn

chưa

tan

hết

vào

g:

thúc

đẩy

tạo

thành

hỗn

hợp

F-Xê,

làm

tăng V
th
.
-

Kích

th
ư
ớc

hạt
γ
:

càng

lớn,

biên

giới

hạt

càng

ít,

càng

khó

tạo

thành

hỗn

hợp

F-

Xê

,

V
th
↓

4.4.3.3.
Độ

thấm

tôi

Định nghĩa:

là chiều sâu lớp tôi cứng có tổ chức 1/2M + 1/2T Cách xác định:
bằng thí nghiệm tôi đầu mút
Các yếu tố ảnh h
ư
ởng:
V
th
:

càng

nhỏ

độ thấm

tôi

càng

cao,

V
th
<

V
lõi
tôi

thấu,

các

yếu

tố

làm

giảm

V
th
→

δ
↑

Tốc

độ

làm

nguội:

nhanh

→

δ
↑
nh
ư
ng

dễ

gây

nứt,

biến

dạng.
Ý
nghĩa:

biểu

thị

khả

năng

hóa

bền

của

thép

bằng

tôi

+

ram,

đúng

hơn

là

biểu

thị

tỷ

lệ

tiết

diện

của

chi

tiết

đ
ư
ợc

hóa

bền

nhờ

tôi

+

ram.
-

Thép

có

độ

thấm

tôi

càng

cao

được

coi

là

chất

lượng càng

tốt,
-

Mỗi

mác

thép

có

d

xác

định

do

đó

nên

dùng

cho

các

chi

tiết

có

kích

th
ư
ớc

nhất

định

để

có thể

tôi

thấu
4.4.3.4.Đánh giá độ thấm tôi:
Hình

4.17

trình

bày

dải

thấm

tôi

của

các

thép

với

cùng

lượng

cacbon

là

0,40%,

ở

đây

độ

thấm

tôi

được

tính

tới

vùng

nửa

1/2M+1/2T.
+

Thép

cacbon,

d

trung

bình

chỉ

khoảng

7mm,

nếu

thêm

1,00%Cr

là

12mm,

còn thêm

0,18%Mo

nữa

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

d

của

mác

thép

mới

định

dùng.
+

Ngược

lại:

còn

có

yêu

cầu

hạn

chế

độ

thấm

tôi

để

bảo

đảm

cứng

bề

mặt

lõi

vẫn

dẻo

dai.
4.4.3.
5.
Tính

thấm

tôi

và

tính

tôi

cứng:
Tính

tôi

cứng

là

khả

năng

đạt

độ

cứng

cao

nhất

khi

tôi,

%C

càng

cao

tính

tôi cứng

càng

lớn.

Tính

thấm

tôi

là

khả

năng

đạt

chiều

dày

lớp

tôi

cứng

lớn

nhất,

%nthk

càng

cao

thì

tính

thấm

tôi

càng

lớn.
Hình

4.17.

Khả

năng

tôi

cứng

của

một

số

loại

thép:
(a):

0,40%C;
(
b):

0,40%C

+

1,00%Cr,
(
c):

0,40%C

+

1,00%Cr

+

0,18%Mo,
4.4.4.

Các
phương
pháp tôi thể tích và công dụng. Các môi trường tôi
Các

cách

phân

loại

tôi:

Theo

T

tôi:

tôi

hoàn

toàn

và

không

hoàn

toàn,

theo

phạm

vi:

tôi

thể tích và tôi bề mặt, theo phương thức

và

môi

tr
ư
ờng

làm

nguội

(hình

4.18)

ta

có:
4.4.4.1 Tôi

trong

một

môi

tr
ư
ờng
Hình

4.18.

Phương

pháp

tôi

Hình

4.19.

Đường

nguội

lý

t
ư
ởng

khi

tôi
Trong đó: a.

trong

1

môi

trường,

b.

trong

2

môi

trường, c.

tôi

phân

cấp,

d.

tôi

đẳng

nhiệt.
Yêu

cầu

đối

với

môi

tr
ư
ờng

tôi:
-

Làm

nguội

nhanh

thép

để

đạt

được

tổ

chức

M,

-

không

làm

thép

bị

nứt

hay

biến dạng
-

Rẻ,

sẵn,

an

toàn

và

bảo

vệ

môi

trường.
Để

đạt

được

hai

yêu

cầu

đầu

tiên,

môi

trường

tôi lý tưởng

hình

4.19:
1)

Làm

nguội

nhanh

thép

ở

trong

khoảng
γ
kém

ổn

định

nhất

500
÷

600
o
C

để

γ

không

kịp

phân

hóa

thành

hỗn

hợp

F-Xê.

V
nguội
>

V
th
.
2)

Làm

nguội

chậm

thép

ở

ngoài

khoảng

nhiệt

độ

trên

vì
Ơ
đó
γ

quá

nguội

có

tính

ổn

định

cao,

không

sợ

bị

chuyển

biến

thành

hỗn

hợp

F-Xê

có

độ

cứng

thấp.

Đặc biệt

trong

khoảng

chuyển

biến

M

(300

÷

200
o
C),

nguội

chậm

sẽ

làm

giảm

ứng suất

pha

do

đó

ít

bị

nứt

và

ít

cong

vênh.
Các

môi

tr
ư
ờng

tôi

thường

dùng:

(bảng

4.1)
Bảng

4.1.

Đặc

tính

làm

nguội

của

các

môi

trường

tôi
Môi

tr
ư
ờng

tôi
Tốc

độ

nguội,

[độ/s],

ở

các

k
hoảng

nhiệt

độ
600

÷

500
0
C 300

÷

200

0
C
N
ư
ớc

lạnh,

10

÷
30
0
C
600-500
27
0
N
ư
ớc

nóng,

50
0
C
100
27
0
N

ư
ớc

hòa

tan

10%NaCl,

NaOH,20
0
C
1100-1200
30
0
Dầu

khoáng

vật 100-150 20
-
25
Tấm

thép,

không

khí

nén 35-30 15
-
10
Nước: là môi trường tôi mạnh, an toàn, 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 tôi > 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) phải lưu ý tránh: bằng cách cấp nước lạnh mới vào và thải lớp nước nóng ở bề mặt
o
o
đi.
N
ư
ớc

(lạnh)

là

môi

tr
ư
ờng

tôi

cho

thép

cacbon

(là

loại

có

V
th
lớn,

400

÷

800
o
C/s),

song

không

thích

hợp

cho

chi

tiết

có

hình

dạng

phức

tạp.
Nước được hoà tan 10% các muối (NaCl hoặc Na2CO3) hay (NaOH):

nguội

rất nhanh ở
nhiệt độ cao song không tăng khả năng gây nứt (vì hầu như không 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 tôi cứng lại kém. Dầu nóng, 60

÷
80oC, có khả năng tôi tốt hơn vì có độ loãng
(linh động) tốt không bám nhiều vào bề mặt thép sau khi tôi. Nhược điểm dễ bốc cháy
phải có hệ thống ống xoắn có nước lưu thông làm nguội dầu, bốc mùi gây ô nhiễm và hại
cho sức khỏe.
Dầu

là

môi

tr
ư
ờng

tôi

cho

thép

hợp

kim

(loại

có

V

th
nhỏ,

<

150
0

C

/

s),
các

chi

tiết

có

hình

dạng

phức

tạp,

là

môi

trường

tôi

thứ

2

(thép

CD)
Quy

tắc

chọn

môi

trường

tôi

ngoại

lệ:
- Thép C tiết diện nhỏ (f < 10), 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 tôi 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.
4.4.4.2.
Tôi

trong

hai

môi

tr
ư
ờng

(nước qua dầu) Đường b trên hình

4.18
Tận dụng được ưu điểm của cả nước lẫn dầu: nước, nước pha muối,
xút qua dầu (hay không 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, đòi hỏi kinh nghiệm, khó cơ khí hóa,
chỉ áp dụng cho tôi đơn chiếc thép C cao.
4.4.4.3.
Tôi

phân

cấp:

đường c trên hình 4.18
Muối

nóng

chảy

có

nhiệt

độ

cao

hơn

điểm

M
đ
khoảng

50
÷

100
0

C,

3
÷
5min

để

đồng

đều nhiệt độ trên tiết diện rồi nhấc ra làm nguội trong không khí để chuyển
biến M.
Ưu điểm: khắc phục được khó khăn về xác định thời điểm chuyển môi trường của cách 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 Vth nhỏ
(thép hợp kim cao như thép gió) và với tiết diện nhỏ như mũi khoan, dao phay
Cả

ba

ph
ư
ơng

pháp

tôi

kể

trên

đều

đạt

đ
ư
ợc

tổ

chức

mactenxit.
4.4.4.4.
Tôi

đẳng

nhiệt:

đường d trên

hình

4.18
Khác tôi phân cấp ở chỗ giữ đẳng nhiệt lâu hơn (hàng giờ) cũng trong môi trường lỏng
(muối nóng chảy) để austenit quá nguội phân hóa hoàn toàn 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 - bainit, 500
÷

600oC - trôxtit.
Sau khi tôi dẳng nhiệt không phải ram.
Tôi đẳng nhiệt có mọi ưu, nhược điểm của tôi phân cấp, nhưng độ cứng thấp hơn
và độ dai cao hơn, năng suất thấp í t được áp dụng cách tôi này.
Một phương pháp tôi đẳng nhiệt đặc biệt là tôi chì (patenting) - tôi đẳng nhiệt trong

bể

Pb

nóng

chảy

ở

500

÷

520
o
C

đ

X

mịn,

qua

khuôn

kéo

sợi

nhiều

lần

(
ε
tổng=

90%),

đạt

δ
E
và

δ
max.
4.4.4.5.
Gia

công

lạnh
áp

dụng

cho

thép

dụng

cụ

hợp

kim,

%C

cao

và

được

hợp

kim

hóa,

các

điểm

M
đ
và

M
K
quá

thấp

nên

khi

tôi

lượng

g

dư

quá

lớn,

làm

giảm

độ

cứng.

Đem

gia

công

lạnh

(-50

hay

-70
o
C)

để

γ
d

ư

→
M,

độ

cứng

có

thể

tăng

thêm

1

÷

10

đơn

vị

HRC.
4.4.4.5.
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

đ
ư
ợc

tôi:

đục,

chạm,

tôi

cảm ứng

băng

máy,

trục

dài
4.4.5.

Cơ

-

nhiệt

luyện

thép
4.4.5.1.Bản

chất:

đồng

thời:

biến

dạng

dẻo

(cán

nóng)

γ

đem

tôi

ngay

rồi

ram thấp

ở

150
÷

200
o
C.

Kết

quả:

M

nhỏ

mịn

với

xô

lệch

cao,

nhờ

đó

kết

hợp

cao

nhất giữa

độ

bền,

độ

dẻo

và

độ

dai

mà

chưa

có

phương

pháp

hóa

bền

nào

sánh

kịp.
So

với

nhiệt

luyện

tôi

+

ram

thấp

thông

th

ư
ờng:

bền

kéo

cao

tăng

10

÷

20%,

độ dẻo,

độ

dai

tăng

từ

1,5

đến

2

lần.

Gồm

2

loại:
4.4.5.2.
Cơ

-

nhiệt

luyện

nhiệt

độ

cao:

hình

4.20a,

biến

dạng

dẻo

ở

trên

A
3
rồi

tôi ngay,
đặc

điểm:
-

có

thể

áp

dụng

cho

mọi

thép

kể

cả

thép

cacbon,
-

dễ

tiến

hành

vì

ở

nhiệt

độ

cao

austenit

dẻo,

ổn

định,

lực

ép

nhỏ,

độ

biến

dạng

ε
=

20
÷

30%
.
- độ bền khá cao:
b
σ
= 2200

÷
2400MPa,
δ
= 6
÷
8%, a
k
= 300kJ/m2
4.4.5.3.Cơ – nhiệt luyện nhiệt độ thấp:

(hình

4.20b):

Sau

khi

γ

hóa

ở
trên A
3
làm
nguội nhanh thép xuống 400
÷
600
o

C là vùng
γ
quá nguội có tính ổn định tương đối cao và
thấp hơn nhiệt độ kết tinh lại, rồi biến dạng dẻo và tôi ngay.
Đ/điểm: - chỉ áp dụng được cho thép hợp kim
- khó tiến hành vì ở nhiệt độ thấp (400
÷
600
o
C)

γ

kém

dẻo

hơn,

máy

cán

lớn,

phôi

thép
phải

nhỏ

để

kịp

nguội

nhanh

xuống

400
÷
600
o
C
- đạt được độ bền rất cao sb = 2600
÷
2800MPa, song độ dẻo,
độ dai thấp hơn loại

trên: d

=

3%,

a
K

=

200kJ

/m
2
.
Hình

4.20.

Sơ

đồ

cơ

-

nhiệt

luyện:

nhiệt

độ

cao

(a)

và

nhiệt

độ

thấp

(b).
4.5.RAM THÉP
Ram

thép

là

nguyên

công

bắt

buộc

khi

tôi

thép

thành

M.
4.5.1.
Mục
đích

và

định

nghĩa
4. 5.1. 1
Trạng

thái

của

thép

tôi

thành

M:

cứng,

rất

giòn,

kém

dẻo,

dai

với

ứng

suất bên

trong

lớn
Mục

đích

của

ram:

-

giảm

ứng

suất,

điều

chỉnh

cơ

tính

cho

phù

hợp

với

điều kiện

làm

việc.
4.5.1.
2.
Định

nghĩa
:

là

nung

nóng

thép

đã

tôi

đến

các

nhiệt

độ

thấp

hơn

Ac
1
,

để

M

và

γ
dư

phân

hóa

thành

các

tổ

chức

có

cơ

tính

phù

hợp

với

điều

kiện

làm

việc

quy

định.
4.5.2. Các
phương
pháp ram thép cacbon
4.5.2.1.Ram

thấp

(150

÷

250
o
C):

tổ

chức đạt được là M ram, độ cứng cao, tính dẻo,
dai tốt hơn, áp dụng cho dụng cụ, các chi tiết cần độ cứng và tính chống mài mòn

cao

như:

dao

cắt,

khuôn

dập

nguội,

bánh

răng,

chi

tiết

thấm

cacbon,

ổ

lăn, trục,

chốt
4.5.2.2.

Ram

trung

bình

(300

÷

450
o
C):

tổ chức đạt được là T ram.
Sau khi ram trung bình độ cứng giảm đi rõ rệt, nhưng vẫn còn khá cao, giới hạn đàn hồi
max, áp dụng cho chi tiết máy, dụng cụ cần độ cứng tương đối cao và đàn hồi như
khuôn dập nóng, khuôn rèn, lòxo, nhíp
4.5.2.3.

Ram
cao

(500

÷

650
o
C):

tổ chức đạt được là X ram.
*

Cơ

tính

tổng

hợp

cao

nhất,

nhiệt

luyện

hoá

tốt

So

sáng

cơ

tính

của

thép

sau

ram

cao

với

các

dạng

nhiệt

luyện

khác

bảng

4.2.
*

áp

dụng

cho

các

chi

tiết

máy

cần

giới

hạn

bền,

đặc

biệt

là

giới

hạn

chảy

và

độ

dai

va
đập

cao

như

các

loại

trục,

bánh

răng

làm

bằng

thép

chứa

0,30

÷
050%C,

đạt

độ

bóng

cao

khi

gia

công.
*

Giới

hạn

nhiệt

độ

phân

chia

các

loại

ram

trên

chỉ

là

tương

đối,

chỉ

phù

hợp

cho thép

cacbon

và

với

thời

gian

giữ

nhiệt

khoảng

1h.
Ngoài ba phương pháp

ram

trên

còn

phải

phân

biệt

ram

màu

và

tự

ram.
Bảng

4.2.

Cơ

tính

của

thép

có

0,45%C

ở

các

dạng

nhiệt

luyện

khác

nhau
Dạng

nhiệt

luyện Cơ

tí

nh
s
b
,
MPa
s
0,2

,
MPa
d
,

%
y
,

% a
K
,
kJ/m
2
ủ

840
0
C
530 280 32,5 50 900
Thường

hóa

850
0
C
650 320 15 40 500
Tôi

850
0
C

+

ram

200
0
C
1100 720 8 12 300
Tôi

850
0
C

+

ram

650
0
C
720 450 22 55 1400
4.5.2.4.

Ram
màu

và

tôi

tự

ram:
Ram

ở

200
÷

350
o
C,

trên

mặt

thép

xuất

hiện

lớp

ôxit

mỏng

với

chiều

dày

khác nhau

có

màu

sắc

đặc

trưng như: vàng

(~

0,045
m
m)

ở

220

÷
240
o
C,

nâu (~

0,050
m
m)

ở

255

÷

265
o
C,tím

(~

0,065
m
m)

ở

285

÷

295
o
C,

xanh

(~

0,070
m
m)

ở

310
÷
320
o
C.

Nhờ

đó

dễ

dàng

xác

định

nhiệt

độ

ram

thấp

mà

không

cần

dụng

cụ

đo

nhiệt.
Tôi

tự

ram

có

các

đặc

điểm:

nhanh,

đơn

giản,

tiện

dùng,

phải

có

kinh

nghiệm.
4.5.2.5. Ảnh

hưởng
của thời gian ram:

thường

(1
÷
2h).

Chú

ý

là

sau

khi

tôi

nên

ram ngay

để

vừa

tránh

nứt

xảy

ra

sau

khi

tôi

vừa để tránh hiện tượng ổn định hóa
γ
dư.
4.6.

CÁC KHUYẾT TẬT XẢY RA KHI NHIỆT LUYỆN THÉP

4.6.1.

Biến

dạng

và

nứt
4.6.1.

1.
Nguyên

nhân

và

tác

hại:

do

ứng

suất

sinh

ra

khi

nguội

làm

thép

bị

biến

dạng,
cong

vênh,

nứt.

Nói

chung

khó

tránh

khỏi

nhưng

phải

tìm

cách

hạn

chế.
4.6.1.
2.
Ngăn

ngừa:
-

Nung

nóng

và

đặc

biệt

là

làm

nguội

với

tốc

độ

hợp

lý

.
-

Nung

nóng

và

làm

nguội

các

trục

dài:

khi

nung

treo

thẳng

đứng

để

tránh

cong, khi

làm

nguội

phải

nhúng

thẳng

đứng,

phần

dày

xuống

trước
-

Nên

dùng

tôi

phân

cấp,

hạ

nhiệt

trước

khi

tôi,

với

các

vật

mỏng

phải

tôi

trong khuôn

ép.
4.6.1.
3.

Khắc

phục:

biến

dạng,

cong

vênh

với

một

số

dạng

chi

tiết

như

trục

dài,

tấm

có

thể

đem

nắn,

ép

nóng

hoặc

nguội.

Còn

khi

bị

nứt

thì

không

sửa

được.
4.6.2.

Ôxy

hóa

và

thoát

cacbon
4.6.2.
1.
Nguyên

nhân

và

tác

hại:

do

trong

môi

trường

nung

có

chứa

chất

ôxy

hóa

Fe

và

C:

O
2
,

CO
2
,

hơi

nước ,

khi

ôxy

hóa

thường

đi

kèm

với

thoát

cacbon.
Tác

hại

của

ôxy

hóa:

làm

hụt

kích

thước,

xấu

bề

mặt

sản

phẩm,

thoát

cacbon

làm

giảm

độ

cứng

khi

tôi.
4.6.2.
2.
Ngăn

ngừa:
-

Khí

quyển

bảo

vệ::

CO
2
/CO,

H
2
O/H
2
,

H
2
/CH
4
<

P
th
gây

oxy

hoá
-

Khí

quyển

trung

tính:

N,

Ar,
-

Nung

trong

lò

chân

không:

10
-2
at
10
-4
at

có

khả

năng

chống

ôxy

hóa

và

thoát cacbon

một

cách

tuyệt

đối

cho

mọi

thép

và

hợp

kim.

Có

thể:
+

Rải

than

hoa

trên

đáy

lò

hay

cho

chi

tiết

vào

hộp

phủ

than

lãng

phí

vì

kéo

dài

thời

gian
nung.
+ Lò muối được khử ôxy triệt để bằng than, ferô silic. Cách này chỉ áp dụng được cho chi iết
nhỏ, năng suất thấp. Được áp dụng rộng rãi khi tôi dao cắt. Rất độc
4.6.2.
3.
Khắc phục: Phải để đủ được lượng dư để hớt bỏ đi hoặc đem thấm cacbon.
4.6.3.

Độ

cứng
không
đạt:
4.6.3.
1.
Độ

cứng

quá

cao:

sau

khi

ủ

và

thường

hóa

thép

hợp

kim,

do

tốc

độ

nguội

lớn

→

ủ

lại.
4.6.3.
2.
Độ

cứng

quá

thấp:

Nhiệt

độ

tôi

chưa

đủ

cao,

thời

gian

giữ

nhiệt

ngắn.

Làm
nguội

không

đủ

nhanh

theo

yêu

cầu

đề

ra

để

tạo

nên

M.

Thoát

cacbon

bề

mặt, khắc

phục.
4.6.4.

Tính
giòn
cao
Sau khi tôi, độ cứng vẫn ở bình thường mà thép lại quá giòn (rơi vỡ). Nguyên nhân là nhiệt
độ tôi quá cao (gọi là quá nhiệt), hạt thép bị lớn. Khắc phục: thường hóa rồi tôi lại, tăng
biến dạng.
4.6.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ và tầm quan trọng của kiểm nhiệt
4.6.5.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ
:

là

yếu

tố quyết định nhất chất lượng nhiệt luyện
4.6.5.2.
Kiểm

tra

nhiệt

độ

nung:

bằng

các

dụng

cụ

đo

nhiệt:
-

<

400

÷

500
o
C

dùng

nhiệt

kế

thủy

ngân,

<

1600
o
C

dùng

cặp

nhiệt

+

đồng

hồ
(milivôn

kế):

+

cặp

P

P-

1300
o
C

(đến

1600
o
C),

cặp

XA-

800
o
C

(1200
o
C).
Ước lượng bằng mắt:

Màu đỏ - 700
÷
830oC, da cam - 850
÷
900oC, vàng – 1050
÷

1250oC, trắng - 1250
÷
1300oC. Tất nhiên cách này kém chính xác và đòi hỏi có kinh
nghiệm.
4.7.
HOÁ BỀN BỀ MẶT
4.7.1.

Tôi

bề

mặt

nhờ

nung

nóng

bằng

cảm

ứng

điện

(tôi

cảm

ứng)
4.7.1.
1.

Nguyên

lý

nung

nóng

bề

mặt:

(hình

4.21a).

Chiều

sâu

nung

D

xác

định

theo

công

thức:
cm
f
µ

ρ
5030=∆

trong

đó:

r

-

điện

trở

suất

(W.cm),

m

-

độ

từ thẩm
4.7.1.
2.
Chọn

tần

số

và

thiết

bị:
Bánh

răng

chiều

dày

lớp

tôi

bằng

(0,20

÷

0,28)M

(M

là

môđun

răng).
Khi

cần

lớp

tôi

dày

(4

÷
5mm):

thiết

bị

2500

hay

8000Hz,

P=

100kW

trở

lên.
Lớp

tôi

mỏng

(1

÷

2

mm),

thiết

bị

tần

số

cao

(66000

hay

250000Hz),

p=

50

÷
100kW.
4.7.1.
3.
Các

ph
ư
ơng

pháp

tôi:
Vòng

cảm

ứng

được

uốn

sao

cho

có

dạng

bao,

ôm

lấy

phần

bề

mặt

cần

nung

để

tôi

song

không

được

tiếp

xúc

với

chi

tiết,

có

khe

hở

1,5

÷
5,0mm,

càng

nhỏ

càng

đỡ

tổn

hao.

Có

3

kiểu

tôi

sau:
-

Nung

nóng

rồi

làm

nguội

toàn

bề

mặt

như

biểu

thị

ở

hình

4.21b.
-

Nung

nóng

rồi

làm

nguội

tuần

tự

từng

phần

riêng

biệt:

tôi

từng

răng

cho

các bánh

răng

lớn

(m

>

6)

hay

các

cổ

trục

khuỷu

(có

máy

tôi

chuyên

dùng

điều

khiển theo

chương

trình).
-

Nung

nóng

và

làm

nguội

liên

tục

liên

tiếp:

trục

dài

(hình

4.21c),

băng

máy

co

thể

tự

ram.
4.7.1.
4.
Tổ

chức

và
cơ
tính

của

thép

tôi

cảm

ứng:
Thép

dùng:

%C=

0,35
÷
0,55%

(th
ư
ờng

chỉ

0,40
÷
0,50%),

có

thể

hợp

kim

thấp
Tổ

chức:

nung

với

tốc

độ

rất

nhanh

do

đó:
- Nhiệt độ chuyển biến pha A
1
, A
3
nâng cao lên, do vậy nhiệt độ tôi cao hơn từ 100
÷
200oC.
Hình 4.21 Nung nóng
và tôi cảm ứng
a. sơ đồ nung nóng
cảm ứng,
b. tôi khi nung nóng
toàn bộ bề mặt tôi,

c. tô i khi nung nóng và
làm nguội liên tụ c
1. chi tiết tôi, 2. vòng
cảm ứng, 3. vòng phun
nước, 4. đường sức từ
tr
ư
ờng.
- Tốc độ chuyển biến pha rất nhanh, thời gian chuyển biến ngắn, nhận được siêu M rất
dẻo dai.
Tôi cảm ứng thường được áp dụng cho các chi tiết:
+ chịu tải trọng tĩnh và va đập cao, chịu mài mòn ở bề mặt như bánh răng, chốt
+ chi tiết chịu mỏi cao, + chịu uốn, xoắn lớn: trục truyền, trục
4.7.1.
5. Ưu
việt:
- Năng suất cao, do thời gian nung ngắn vì chỉ nung lớp mỏng ở bề mặt và nhiệt được tạo ra
ngay trong lớp kim loại.
- Chất lượng tốt, tránh được các khuyết tật: ôxy hóa, thoát cacbon, chất lượng đồng đều, kết
quả ổn định. Độ cứng cao hơn so với tôi thường khoảng 1
÷
3 đơn vị HRC, gọi là siêu độ
cứng.
- Dễ tự động hóa, cơ khí hóa, thích hợp cho sản xuất hàng loạt.
Nhược điểm: khó áp dụng cho các chi tiết có hình dạng phức tạp, tiết diện thay đổi đột
ngột do khó chế tạo vòng cảm ứng thích hợp.
4.7.2.

Hóa

-
nhiệt
luyện
Định nghĩa:

Hóa - nhiệt luyện là đưa chi tiết và trong môi trường thấm có thành phần,
nhiệt độ thích hợp trong thời gian đủ để nguyên tố cần thấm đi sâu vào trong chi
tiết sau đó đem nhiệt luyện để cải thiện hơn nữa tí nh chất của lớp bề mặt.
4.7.2.
1.
Nguyên

lý

chung
Môi

tr
ư
ờng

thấm: là môi trường có chứa nguyên tố cần thấm, có khả năng phản ứng để
cố định nguyên tố thấm lên bề mặt chi tiết và khuếch tán vào sâu phía bên trong. Thấm C:
môi trường khí phân huỷ từ dầu hoả, thấm N: khí NH3,
2

mục

đích

chính:
-

Nâng

cao

độ

cứng,

tính

chống

mài

mòn

và

độ

bền

mỏi

của

thép

hơn

cả

tôi

bề

mặt:

thấm
C,

thấm

N,

thấm

C-N,

đ
ư
ợc

ứng

dụng

rộng

rãi

trong

sản

xuất

cơ

khí

.
-

Nâng

cao

tính

chống

ăn

mòn:

thấm

Cr,

thấm

Al,

Si,

B.

Các

quá

trình

thấm

này phải

tiến

hành

ở

nhiệt

độ

cao

hơn

và

thời

gian

dài

hơn,

ít

thông

dụng

hơn.
Các

giai

đoạn:
1)

khuếch

tán

thể

khí

:

là

quá

trình

khuếch

tán

chất

thấm

đến

bề

mặt

chi

tiết
2)

Phản

ứng

tạo

nguyên

tử

hoạt

tính

và

cố

định

lên

bề

mặt:

hấp

phụ

tạo

nguyên

tử

hoạt

trên

bề

mặt

và

phản

ứng

với

nền

để

cố

định

chúng

trên

bề

mặt

(có

thể

hấp phụ

phân

ly

hoặc
phản

ứng

phân

ly

ra

nguyên

tử

hoạt

tính).
3)

Khuếch

tán

thể

rắn:

nguyên

tử

chất

thấm

đ
ư

ợc

cố

định

trên

bề

mặt

khuếch

tán sâu

vào

bên

trong

để

tạo

nên

lớp

thấm

với

chiều

sâu

nhất

định.
Trong

ba

giai

đoạn

kể

trên

thì

khuếch

tán

thể

rắn

th
ư
ờng

chậm

nhất

do

đó

là

khâu quyết

định

sự

hình

thành

của

lớp

thấm.
Ảnh

h
ư
ởng

của

nhiệt

độ

và

thời

gian:
Nhiệt

độ

càng

cao:

phản

ứng

tạo

nguyên

tử

hoạt

và

khuếch

tán

vào

càng

nhanh, song

cao

quá

thì

có

hại:

Ví

dụ:

thấm

C

không

quá

950
o
C

để

hạt

tinh

thể

không

bị thô

to,

thấm

N

không

quá

650
o
C

để

còn

bảo

tồn

tổ

chức

hoá

tốt

của

thép

ở

lõi.
Thời gian thấm: Càng dài thì lớp thấm càng sâu:
τ
KX =
Trong đó: X-chiều sâu lớp thấm, K- hằng số thuộc nhiệt độ va công nghệ thấm, τ -thơi
gian thấm.
4.7.2.
2.
Thấm
cacbon
:

phổ

biến

nhất,

dễ

làm

do

đó

hầu

hết

các

xưởng

Cơ

khí

đều

áp

dụng
Ưu điểm:

bề

mặt

sau

khi

thấm

+

tôi

và

ram

thấp

HRC

60
÷
64,

chống

mài

mòn

cao, chịu

mỏi

tốt,

còn

lõi

bền,

dẻo,

dai

với

độ

cứng

HRC

30

÷

40.
Nhiệt độ thấm:

Đủ

cao

để

thép

ở

trạng

thái

hoàn

toàn

là
γ
,

pha

có

khả

năng

hòa tan

nhiều
cacbon

(900

÷

950
o
C).

Tuỳ

theo

loại

thép

sử

dụng:
Thép

C:

C10-C25,

T

thấm

=

(900-930)

o
C,
Thép

hợp

kim

có

Ti:

18CrMnTi,

25CrMnTi,

T=(930-950)
o
C,

Mn

để

%C

không

quá

cao
→

bong
Sau

khi

thấm

và

tôi+ram

thấp:

bề

mặt

%C

(1-1,2)%,

sau

tôi

+ram

thấp

độ

cứng cao

(thường

là

62

÷

64),

không

bong.
Lõi:

có

tổ

chức

hạt

nhỏ

(cấp

5

÷

8)

với

tổ

chức

mactenxit

hình

kim

nhỏ

mịn,

không

có

F

tự

do,

để

bảo

đảm

độ

bền,

độ

dai

cao,

HRC

30
÷
40.
Thời gian thấm:

(giữ

nhiệt

ở

nhiệt

độ

thấm)

phụ

thuộc

vào

hai

yếu

tố

sau.
1)

Chiều

dày

lớp

thấm

yêu

cầu:

chiều

dày

lớp

thấm

X

=

(0,10

÷

0,15)d,

d

đường

kính

hay

chiều

dày

chi

tiết.

Riêng

đối

với

bánh

răng

lấy

X=(0,20

÷

0,30)m

(m- môduyn

của

răng)
2)

Tốc

độ

thấm:

Tuỳ

theo

công

nghệ

thấm

và

nhiệt

độ

thấm:
Công

nghệ

thấm:

2

công

nghệ

thường

dùng:
Thấm

C
thể
rắn:
Hỗn

hợp

thấm:
Than

(cốc,

đá,

gỗ)

cở

2-8mm

:

25%
Than

dựng

lại

(xàng

bỏ

bột

vụn):

60%
BaCO3 : 15% Hoà BaCO3 vào nước
vừa xệt để có thể trộn đều vào than.
Xếp chi tiết và lốn than vừa chặt như
hình 4.22.

Hình

4.22.

Hộp

thấm

C

thể

rắn
Thời

gian

và

chiều

dày

lớp

thấm:

X

=(0,11-0,12)t,

khi

thấm

ở

(900-930)
o
C-

lấy

K=0,11,

khi

thấm

ở

(930-950)
o
C-

lấy

K=0,12
Đặc

điểm

của

thấm

cacbon

thể

rắn

là:
+

Thời

gian

dài

(do

phải

nung

cả

hộp than

dẫn

nhiệt

chậm),

bụi,

khó

cơ

khí

hóa,

kém

ổn

định,

không

đòi

hỏi

thiết

bị

kín,

rất

đơn

giản
Thấm

ở

thể

khí

:

là

phương

pháp

thấm

hiện

đại,

đ
ư
ợc

sử

dụng

rộng

rãi

trong

sản xuất

Cơ

khí

.

Chất

thấm:

Khí

đốt

và

dầu

hoả

(dầu

hoả

dễ

dùng

hơn)
Thiết

bị

thấm:

các

loại

l ò

chuyên

dùng

để

thấm

C

(bảng

4.3)
Bảng

4.3.

Lò

thấm

C

của

Nga
Loại lò P, kw dxh lò,mm Loại lò P, kw dxh lò,mm
• 25
25 300x450
• 75
75 500x900
• 35

35 300x600
• 90
90 600x900
• 60
60 450x600
• 105
105 600x1200
Xếp hoặc treo chi tiết vào lò đảm bảo bề mặt cần thấm phải luôn có khí luân chuyển.
Nâng nhiệt độ và

cấp

dầu:
Nhiệt

độ

Số

giọt

dầu,

[giọt/phút]

(lò Ц

25

-Ц

60)
<

300 0
300-500 30
500-900 30-50
900-950 90-150

(bão

hoà)
900-950

50-80 (khuếch

tán)
Nhiệt

độ

thấm:

theo

loại

thép

như

thấm

C

thể

rắn

Thời gian thấm: (kể từ khi đạt nhiệt độ thấm)

K
X
2
=
τ
K=0,12 khi thấm (900-930)oC, K=0,14 khi
thấm ở (930-950)
o
C,
τ
=
τ
bãohoà
+
τ
k/tán
=2
τ
bão hoà

=2
τ
k/tán

Nhiệt

luyện
sau
khi

thấm:

3

công

nghệ:

1- Tôi trực tiếp+ram thấp ở 200
o
C-1h: sau thấm lấy ra cho nhiệt độ hạ xuống còn 850-
860oC thì tôi trong dầu. Chỉ áp dụng cho thép hợp kim, quy trình đơn giản, kinh tế.
2- Tôi 1 lần+ram thấp ở 200
o
C-1h: sau thấm đem thường hoá rồi tôi ở (820- 850)
o
C khi
cần ưu tiên cho lớp bề mặt, tôi ở (860-880)
o
C khi cần ưu tiên cho lõi, áp dụng

được cho cả
thép C.
3- Tôi 2 lần+ram thấp ở 200
o
C-1h: sau thấm đem thường hoá rồi tôi ở (880-900)
o
C cho lõi
xong, nung lại và tôi cho bề mặt ở (760-780)
o
C (tốt nhất là tôi cao tần), áp dụng cho mọi loại
thép, đảm bảo cơ tính cả lõi và bề mặt, song phiền phức và ngày càng ít dùng.
4.7.2.
3.
Thấm
nitơ
Định

nghĩa

và

mục

đích:

làm bão hòa và khuếch tán N vào bề mặt thép hợp kim sau khi
Hình 4.23. Sơ đồ lò thấm C
bằng dầu hoả
2
nhiệt luyện hoá tốt nhằm mục đích chủ yếu là nâng cao độ cứng, tính chống mài mòn (HRC

65
÷
70 hơn hẳn thấm cacbon) và giới hạn mỏi của chi tiết.
Tổ

chức

của

lớp

thấm:

từ ngoài vào lần lượt là: (
ε
+
γ
’)-
γ
’-(
γ
’+
α
)-thép ở lõi, trong đó
ε
- là pha xen kẽ ứng với Fe2-3N,
γ
’ - là pha xen kẽ ứng với Fe4N,
α
- dung dịch rắn của N

trong Fe
α
.
Độ

cứng

cao

nhất

của

lớp

thấm

là

vùng (
γ
’+
α
),

do

có

nhiều

nitrit:

CrN,

AlN,

tiết

ra
nhỏ

mịn

nằm

phân

bố

đều,

không

phải

qua

nhiệt

luyện

tiếp

theo

như

khi

thấm

C.
Thép

dùng

để

thấm

N:

là

thép

hợp

kim

chuyên

để

thấm

N

điển

hình

là

38CrMoAlA

sau

khi
nhiệt

luyện

hoá

tốt
Chất

thấm

N:

khí

NH
3
công

nghiệp

(amôniac),

ở

nhiệt

độ

thấm

(480
÷
650)
o
C, NH
3
bị

phân

huỷ

nhiệt

theo

phản

ứng:
2 NH
3

→
3H
2
+ 2N
ng.tử
Chỉ

có

NH
3
hấp

phụ

trên

bề

mặt

phân

huỷ

tạo

thành

N
ng/tử
mới

có

tính

hoạt

cao

khuếch

tán

vào

tạo

thành

lớp

thấm.

Phần

lớn

còn

lại

không

có

tác

dụng

thấm,

do

đó

để

thấm

N

ng
ư
ời

ta

phải

liên

tục

bơm

NH
3
vào

lò

và

lấy

sản

phẩm

thừa

ra ngoài.

Để

thấm

ổn

định

với

tốc

độ

đủ

nhanh

thì

tỷ

lệ

phân

huỷ

nhiệt

P

của

NH
3
:
duavaomoltongso
phanhuySomolNH
P
−−
=
,
3
Phải thoả mãn
Nhiệt

độ 450-500 500-600 600-700
P,

% 20-35 30-45 40-60
Đặc

điểm

của

công

nghệ

thấm

nitơ:
-

Do

phải

tiến

hành

ở

nhiệt

độ

thấp

để

không

làm

hỏng

tổ

chức

của

thép

sau

hoá

tốt.

Chọn

nhiệt

độ

thấm

phải

căn

cứ

vào

tính

chống

ram

của

thép

(thép

38CrMoAlA

thấm

ở

(500-550)
o
C,

thép

gió

80W18Cr4V

có

thể

thấm

ở

(600-700)
o
C).
-

Sau

khi

thấm

không

phải

tôi

mà

phải

làm

nguội

chậm

đến

nhiệt

độ

200
o
C

để

tiết nitrit
làm

tăng

độ

cứng,

rồi

đuổi

hết

khí

ra

mới

được

mở

lò

để

chống

nổ.
-

Nếu

trong

khí

thấm

có

pha

thêm

lượng

nhỏ

khí

đốt

(1-2%),

hoặc

thỉnh

thoảng

mở

van

cho 1 chút

không

khí

vào,

các

nguyên

tố

C

(trong

khí

đốt),

oxy

(trong không

khí)

có

tác

đụng

ổn

định

pha

ε
do

đó

tốc

độ

thấm

tăng.
+ Thời

gian

thấm:

khi

có

mặt

C

và

O

trong

khí

thấm

thì

:
K
X
2
=
τ
K=0,2 đến 0,27
chú

ý
ε

lớp

xốp

có

độ

cứng

thấp

(250-300HB),

mẫu

thấm

to

lên

do

đó

thường

phải hớt

bỏ

đi.
Độ

cứng

của

lớp

thấm

N:

900-1000

HV,

giữ

được

ở

nhiệt

độ

trên

500
o
C.
Công

dụng:

cho

chi

tiết

cần

độ

cứng

và

tính

chống

mài

mòn

rất

cao,

làm

việc

ở nhiệt