Chương 2 Các phương pháp Nhiệt luyện thép

1
2.1. Ủ thép
Ủ là gì ?  Nung nóng + giữ nhiệt + nguội chậm cùng lò 
nhận tổ chức cân bằng ( giống GĐP) độ cứng thấp + độ
dẻo cao
Vì sao cần ủ?
- Làm giảm độ cứng để dễ dàng gia công cơ khí(cắt, bào,
tiện… )
- Làm tăng thêm độ dẻo  dễ gia công biến dạng (dập, cán,
kéo….)
- Khử bỏ ứng suất bên trong sinh ra trong quỏ trình GC …
- Làm đồng đều thành phần hóa học trong toàn bộ chi tiết (ủ
khuếch tán)
- Làm nhỏ hạt
Chương 2. Các phương pháp nhiệt luyện thép
2. Các phương pháp ủ không có chuyển biến
pha
T<727
0
C, không có chuyển biến P As
* Ủ thấp (200-600
0
C):  làm giảm hoặc khử bỏ ứng
suất bên trong chi tiết (sau đúc, gia công cơ)
200-400
0
C Khử một phần ưs
400-600
0
C Khử hoàn toàn ứs
Đặc điểm: độ cứng không giảm

• Ủ kết tinh lại (600-700
0
C cho thép C):  Phục hồi
tính dẻo cho chi tiết qua BD
• Đặc điểm: độ bền cứng giảm, độ dẻo tăng
3. Các phương pháp ủ chuyển biến pha
a. Ủ hoàn toàn (thép tct):
nhận được tổ chức [Feα + P (tấm)]
Tủ = A
c3
+ (20-30
0
C)
•Mục đích: - làm nhỏ hạt
- giảm độ cứng, tăng độ dẻo
b. Ủ không hoàn toàn (thép %C > 0,7):
nhận được tổ chức [Xe
II
+ P
hạt
]
Tủ = A
c1
+ (20-30
0
C)
Mục đích: - làm giảm độ cứng để dễ gia cụng cắt
gọt
Biến đổi tổ chức khi ủ hoàn toàn thép 0,5% C
Ac

1
Ac
3
2
- T ủ của thép 0.3% ????
- Tại sao tổ chức khi ủ hoàn toàn lại là P hạt??
c. Ủ cầu hóa: mục đích tạo thành P hạt
5
'
5
'
5
'
750-760
0
C
650-660
0
C
T
0
C
Thời gian
d. Ủ đẳng nhiệt: áp dụng cho thép hợp kim cao
•Mục đích: nhận được P  độ cứng thấp (T ~ A1-
50
0
C)
e. Ủ khuyếch tán: áp dụng cho thép HK cao bị thiên
tích khi đúcT

0
ủ rất cao 1100
0
-1150
0
C, 10-15h
sau ủ hạt lớn  ủ hay cán làm nhỏ hạt
2.2. Thường hóa thép
1. Thường hóa là gì?
Nung nóng (đạt As) + giữ nhiệt + nguội trong
không khí tĩnh  nhận tổ chức gần ổn định ( P hay
X) độ cứng thấp (cao hơn ủ)
2. Cách lựa chọn nhiệt độ
- Thép trước cùng tích: T
th
= Ac
3
+ (30-50
0
C)
- Thép sau cùng tích: T
th
= A
cm
+ (30-50
0
C)
3. Mục đích
- Đạt độ cứng thích hợp cho gia công cắt ( %C ≤
0.25)

- Làm nhỏ hạt Xe trước khi nhiệt luyện kết thúc
- Làm mất lưới XeII trong thép sau cùng tích
2.3. Tôi thép
1. Đ/n: Nung nóng + giữ nhiệt + nguội nhanh  nhận tổ
chức M không ổn định với độ cứng cao
2. Mục đích
Nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn cho chi tiết
(%C>0.3≥50HRC )
Nâng cao độ bền và sức chịu tải của chi tiết
3. Cách chọn nhiệt độ tôi
Thép tct và ct:
T
tôi
= Ac
3
+ (30-50
0
C)
Thép sct: T
tôi
= Ac
1
+ (30-50
0
C)
- Thép hợp kim: %HK thấp  theo thép C
(Ttôi cao hơn 1,1-1,2 lần)
%HK cao  tra sổ tay NL
3
Thép TCTtôi hoàn toàn? Tổ chức nhận được ?

Thép SCTtôi không hoàn toàn? Tổ chức nhận
được ?
Tại sao ?
Ac
3
+ (30-50
0
C)
Ac
1
+ (30-50
0
C)
4. Tốc độ tôi tới hạn
- Là tốc độ nguội nhỏ nhất gây nên chuyển biến
As M
- Các yếu tố ảnh hưởng
• Thành phần nguyên tố hợp kim trong As
• Sự đồng nhất của As
• Các phần tử rắn chưa hoà tan vào As
• Kích thước hạt As trước khi làm nguội
5. Độ thấm tôi
 là chiều sâu lớp tôi cứng có tổ chức M
Các yếu tố ảnh hưởng: - tốc độ nguội tới hạn
- tốc độ nguội chi tiết
Vng < Vthct không được tôi
Vlõi > Vthtôi thấu
* Tốc độ nguội nhanh độ thấm tôi tăng đường phân bố
tốc độ nguội nông hơn
4

Tôi đầu mút
Thép 1080 : Thép C thường (0,8%C)
Thép 5120: C thấp (0,2%),
Thép 3160: C trung bình (0,6%C);
Đánh giá độ thấm tôi
Phân biệt :
Tính thấm tôi và tính
tôi cứng
Ý nghĩa:
- biểu thị khả năng
hoá bền của vật liệu
6. Các phương pháp tôi thể tích và công dụng
Mactenxit (M) + As dư
M
s
(~ 220
0
C)
M
f
(~ -50
0
C)
Peclit
Xoocbit
Trôxtit
Bainit
Nhiệt độ
Thời gian
A1

As quá nguội
a. Yêu cầu với môi trường tôi:
- Chi tiết sau tôi phải đạt tổ chức M
- Chi tiết không bị cong vênh, nứt
b. Đường cong nguội lý tưởng:
- Giai đoạn làm nguội nhanh qua vùng 500-600
0
C
(As kém ổn định nhất)
- Giai đoạn làm nguội chậm trong vùng chuyển
biến M 200-300
0
C:  để tránh ứng suất nhiệt cho
chi tiết
5
c. Các môi trường tôi thông dụng:
☻ Nước:
- Rẻ, an toàn, dễ kiếm
- Làm nguội nhanh ở cả 2 khoảng nhiệt độ
-Cứng cao, biến dạng lớn
- Nước nóng (>40
0
C) làm giảm mạnh tốc độ nguộinước
luôn nguội
- Là môi trường tôi của thép C- Không dùng cho chi tiết có
hình dạng phức tạp
Thay đổi thành phần DD để tăng khả năng tôi:
Dung dịch 10% NaCl+Na
2
CO

3
+NaOH
Làm nguội nhanh ở vùng nhiệt độ cao, nguội chậm hơn ở
vùng nhiệt độ thấp
☻Dầu:
-Làm nguội chậm ở cả 2 khoảng nhiệt độ trên
- Dầu nóng và nguội khả năng tôi giống nhaudùng dầu
nóng (60-80
0
C) để tăng tính linh động
Chỳ ý: Dầu thông thường T
cháy
=150
0
Cphải làm nguội
- Là môi trường tôi của thép HK và chi tiết có hình dạng
phức tạp
Hiện nay dầu có thể tôi đến nhiệt độ cao (200-300
0
C)
☻Các môi trường tôi khác
-Môi trường tôi muối nóng chảy: Áp dụng cho thép HK tôi
đẳng nhiệt
-Môi trường tôi Polyme
-Môi trường tôi của lò chân không : Nitơ lỏng
Tốc độ nguội tới hạn của một số môi trường tôi
10; 1535; 30Tấm thép, không
khí nén
20-25100-150Dầu khoáng vật
3001100-1200Nước hòa tan

10%NaCl, NaOH,
20
0
C
270100
Nước nóng (50
0
C)
300-200
0
C600-500
0
C
270600; 500
Nước lạnh, 10-30
0
C
Tốc độ nguội,
0
C/s,
các khoảng T
Môi trường tôi
Tôi trong môi trường nước
6
Tôi trong môi trường Polyme
☻ Tôi trong một môi trường
( véc tơ màu đỏ ) Vng>Vth
Mactenxit (M) + As dư
M
s

(~ 220
0
C)
M
f
(~ -50
0
C)
Peclit
Xoocbit
Trôxtit
Bainit
Nhiệt độ
Thời gian
A1
As quá nguội
Nhiệt độ
(0
C
)
A1
M)+ As dư
M
s
(~ 220
0
C)
M
f
(~ -50

0
C)
Peclit
Xoocbit
Trôxtit
Bainit
Thời gian
As quá nguội
☻Tôi trong 2 môi
trường
- Giai đoạn đầu:
nguội nhanh trong
môi trường tôi
mạnh hơn (nước,
dung dịch muối…)
- Giai đoạn sau:
làm nguội trong môi
trường yếu hơn
(dầu…)
 giảm được mức
độ BD chi tiết
nhược điểm: khó xác định thời điểm chuyển môi
trường ????
M
s
(~ 220
0
C)
M
f

(~ -50
0
C)
Peclit
Xoocbit
Trôxtit
Bainit
Nhiệt độ
(0
C
)
(a)
(b)
Thời gian
A1
As quá nguội
M+As dư
☻Tôi phân cấp (a)
- Áp dụng chủ yếu cho
thép HK cao
- Nhúng vào mt T>Mđ 50-
100
0
Cgiữ nhiệt 
nguội trong không khí
☻Tôi đẳng nhiệt (b)
 cần độ dai cao hơn,
chống biến dạng và
không cần ram tôi ra B
☻Tôi tự ram (ram màu)

Áp dụng cho các chi tiết
cần tôi bộ phận
☻Gia công lạnh
 khử bỏ As dư sau tôi ở một số thép HK có điểm Mf quá thấp
 làm lạnh : -50- (-70)
0
Cđộ cứng có thể tăng 1-10HRC
7
2.4. Ram thép
 Nung nóng thép sau tôi đến nhiệt độ xác định (< Ac1) + giữ
nhiệt làm nguội ngoài không khí
 Là nguyên công bắt buộc sau khi tôi
1. Vì sao cần Ram?
* Đặc điểm của tổ chức nhận được sau tôi:
- tổ chức M tôi có độ cứng cao, rất giòn, kém dẻo dai  dễ bị nứt
gãy
- nhiều chi tiết sau tôi vẫn yêu cầu cần độ đàn hồi, độ dẻo cao…

Giảm hoặc khử bỏ hoàn toàn ứng suất bên
trong chi tiết sinh ra sau tôi, tránh chi tiết bị giòn
 Điều chỉnh cơ tính cho phù hợp với yêu cầu
riêng của từng chi tiết
2. Các phương pháp ram
a. Ram thấp (150-2500C)
- tổ chức sau ram: M ram
- độ cứng giảm bớt (1-2HRC)
so với M tôi (với thép HK cao
 độ cứng có thể tăng do As
dư chuyển biến )
- dẻo dai cao hơn, ưs giảm

 ứng dụng cho các dụng cụ cắt và ct máy chịu mài mòn……
b. Ram trung bình (300-450
0
C):
- Áp dụng với thép có 0,55-0,65%C
- tổ chức sau ram: Truxtit ram
- độ cứng giảm rõ rệt (40-45HRC) so với M tôi, σ đàn hồi đạt
giá trị lớn nhất (σ
đh
= max)
- khử bỏ hoàn toàn được ứng suất bên trong
- ứng dụng cho các chi tiết làm việc cần độ cứng tương đối
cao và độ đàn hồi cao: lò xo, nhíp, khuôn rèn, dập nóng……
8
c. Ram cao (500-650
0
C)
- tổ chức sau ram: Xoocbit ram
- độ cứng giảm mạnh (15-25HRC) , độ dẻo độ dai tăng mạnh
- ứng dụng cho các CTM chịu va đập: trục, bánh răng……
Tổ chức khi ram
594
0
C, x 9300 lần
2 μm
700
0
C
Thép 0,45%C ở các dạng nhiệt luyện khác nhau
Dạng nhiệt luyện

Chỉ tiêu cơ tính

b
,
MPa

0,2
,
MPa
, % , % 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
2.5. Cơ Nhiệt luyện
1. Bản chất:
-Là quá trình tiến hành gần như đồng thời hai quá trình hóa
bền: biến dạng dẻo austenit + tôi ngay tiếp theo trong
một nguyên công (quá trình công nghệ) duy nhất.
-Kết quả: biến dạng dẻo tạo thành cấu trúc với mật độ
lệch cao
-Tôi tiếp theo thành Mactenxit hay cấu trúc khác với kim
M (hay hạt rất nhỏ mịn)
 được Mactenxit nhỏ mịn với xô lệch cao đạt được sự
kết hợp rất cao giữa độ bền, độ dẻo và độ dai  chưa có
phương pháp hóa bền nào sánh kịp.
- Sau cơ - nhiệt luyện thép được đem ram thấp ở 150 
200
o
C
9
2. Đặc điểm:
Hiệu ứng đạt được sau CNL: nhận được độ bề
cao, độ dẻo và độ dai cao ( So với nhiệt luyện tôi
& ram thấp:
 Giới hạn bền kéo cao hơn 200  500MPa (tăng
thêm 10  20%)
 Độ dẻo, độ dai tăng gấp 1,5-2 lần.

Theo T tiến hành BDD& tôi hai loại cơ -
nhiệt luyện: nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp.
3. Cơ - nhiệt luyện nhiệt độ cao
- Biến dạng dẻo thép ở nhiệt độ > A
c3
 tôi ngay
tiếp theo để ngăn cản xảy ra kết tinh lại (không thể
tránh được hoàn toàn).
Đặc điểm:
 có thể áp dụng cho mọi thép ( C và HK)
 dễ tiến hành vì ở T cao As dẻo, ổn định, không
cần lực tác dụng lớn, chỉ cần  = 20  30%
 độ bền khá cao (không tránh khỏi KTL bộ phận):

b
= 2200  2400MPa, độ dẻo, độ dai tương đối
tốt:  = 6  8%, a
K
= 300kJ/m
2
.
35 36
c. Cơ - nhiệt luyện nhiệt độ thấp
- Sau khi As hóa ở trên A
c3
, làm nguội nhanh thép xuống 400
 600
o
C (vùng As quá nguội có tính ổn định tương đối cao
và thấp hơn nhiệt độ kết tinh lại)  biến dạng dẻo và tôi

ngay
Đặc điểm :
- chỉ áp dụng được cho thép HK - loại có tính ổn định của
As quá nguội cao
-Vì đòi hỏi độ biến dạng lớn  = 50  90%, ở nhiệt độ thấp
(400  600
o
C) As kém dẻo hơn cần phải có các máy cán
lớn
-Thép phải có tiết diện tương đối nhỏ để kịp nguội nhanh
xuống 400  600
o
C,
- Đạt được độ bền rất cao 
b
= 2600  2800MPa, song độ
dẻo, độ dai thấp hơn loại trên:  = 3%, a
K
= 200kJ /m
2
.
10
Chú ý:
• Cơ tính cao của cơ - nhiệt luyện vẫn còn
lưu lại (di truyền) khi tôi tiếp theo.
• Công nghệ này thường chỉ tiến hành ở
các nhà máy cán nhằm cung cấp các bán
thành phẩm thép có độ bền cao.
• Trong đùn ép nhôm hình: cơ nhiệt luyện
mang lại DD rắn quá bão hòa với hạt nhỏ

mịn hóa già tiếp theo: độ bền cao.
Các khuyết tật khi nhiệt luyện thép
☻Biến dạng và nứt
Nguyên nhân: sinh ra do ưs ( ưs nhiệt + ưs tổ chức)
ƯS >σ
b
nứt hỏng, không khắc phục được
ƯS >σ
ch
cong vênhnắn, sửa
Phòng tránh:
- tốc độ nung hợp lý
- làm nguội hợp lý, theo đúng các quy tắc: nhúng thẳng
đứng,phần dày của chi tiết xuống trước, mỏng sau
- có thể ép các vật mỏng trong khuôn trước khi tôi
- tận dụng tôi phân cấp
Khắc phục: biến dạng vừa phải có thể mang nắn nguội
Oxy hoá và thoát C
- Hiện tượng tạo vảy ôxyt và mất C ở bề mặt chi tiết
Nguyên nhân:
- do có sự xuất hiện của các thành phần dễ gây OXH Fe và C
như: hơi nước, oxy, CO
2
làm xấu, hỏng bm chi tiết
- Thoát Cgiảm độ cứng
Phòng tránh: Nung trong môi trường không có tác dụng
OXH và thoát C
 nung trong môi trường có khí bảo vệ: chế từ hơi đốt thiên
nhiênCO/CO
2

; H
2
/H
2
O ( thành phần đối lập OXH và hoàn
nguyên)
 khí quyển trung tính : N
2
, Ar
2
đắt
 nung trong môi trường chân không ( 10
-2
-10
-4
mmHg)
 sử dụng than hoa…
- Khắc phục: thoát C  thấm lại C cho chi tiết
☻ Độ cứng không đạt
Cao hơn hay thấp hơn mong muốn
Nguyên nhân:
-Cao: ủ và thường hóa thép HK do Vng lớn  khó gia công
Khắc phục: làm lại với Vng nhỏ hơn
- Thấp: xảy ra khi tôi: T
0
không đúng, Thời gian giữ nhiệt
không đủ, Vng không đúng
Khắc phục: làm lại nhưng BD tăng
☻Tính giòn cao
Nguyên nhân: nung quá caohạt lớn

Khắc phục  đem thường hóa rồi nhiệt luyện lại với
nhiệt độ nung thấp hơn
11
Tầm quan trọng của kiểm nhiệt trong nhiệt luyện
☻Nhiệt độ có vai trò quan trọng  quyết định chất
lượng đạt được
☻Đo nhiệt độ
Dưới 400-500
0
C: Dựng nhiệt kế thủy ngân
• Dưới 1600
0
C Dựng cặp nhiệt + đồng hồ chỉ thị
• 1100-1300
0
C Cặp Platin-Platin Rodi
• 800-1000
0
C Cặp Cromel-Alumen
• Trên 1000
0
C hỏa quang kế
• Kinh nghiệm ước lượng bằng mắt