Chương III xử lý nhiệt kim loại

Chương III
Xử lý nhiệt kim
loại


3.1.Nhiệt luyện thép
3.1.1 Khái niệm
a. Khái niệm
Nhiệt luyện kim loại là quá trình
làm thay đổi tính chất của kim loại
̣bằng cách đốt nóng tới một nhiệt
độ nhất định, giữ ở nhiệt độ đó một
thời gian rồi sau đó làm nguội theo


b. Tác dụng của nhiệt
luyện kim loại
Vật liệu qua nhiệt luyện:

- Cứng, bền, dẻo, dai thay đổi.
- Nguyên nhân do thay đổi cấu tạo
mạng tinh thể.


c. Ảnh hưởng của nhiệt
luyện với kim loại
Kim loại khác nhau ảnh hưởng khác nhau
khi Nhiệt luyện
+ Một số kim loại hầu như không thay đổi
dưới tác dụng của nhiệt luyện.
+ Một số kim loại thay đổi ít.

+ Một số kim loại thay đổi nhiều.Thể hiện rõ
nhất là cơ tính
Ví dụ:
+ Thép ít cacbon ̣̣C < 0.3 % ít thay đổi


3.1.2. Các phương pháp
nhiệt luyện kim loại


3.1.2.1 Ủ
a. Nội dung
Là quá trình đốt nóng chi tiết bằng thép lên tới
nhiệt độ nhất định trên đường AC3 với từng loại
thép, giữ ở nhiệt độ đó một thời gian sau đó làm
nguội rất chậm thường cùng lò.
Tác dụng của ủ:
Làm ổn định tổ chức, giảm độ cứng, mất ứng
suất tập trung nhất là với sản phẩm đúc, cán rèn do
nguội không đều ở các vị trí khác nhau trên chi tiết.


b. Các phương pháp ủ:
- Ủ thấp:

Được tiến hành ở nhiệt độ 200 ÷ 600oC.
Mục đích : khử ứng suất bên trong.


- Ủ hoàn toàn:

Nhiệt độ nung trên đường AC3 khoảng 30 ÷ 50oC, giữ
nhiệt, làm nguội cùng lò.
Chỉ áp dụng với thép trước cùng tích.
Mục đích:
+ Giảm độ cứng, tăng độ dẻo, cải thiện tính cắt gọt.
+ Làm nhỏ hạt tinh thể.
+ Làm đồng đều thành phần, đặc biệt là thép hợp
kim.
Tổ chức kim loại sau khi ủ: có chuyển biến pha. Tổ
chức thu được là peclit đó là xoocbit hoặc trustit


- Ủ không hoàn toàn:
Khoảng nhiệt độ nung:
AC1 < nhiệt
độ nung < AC3 lặp lại vài lần
Nhiệt độ nung ỏ trên và dưới AC1 từ 20
÷ 30oC. Thời gian giữ nhiệt khoảng 1h.
Làm nguội cùng lò
Mục đích: kích thích cho xêmentit tạo
thành ở dạng hạt.


Sơ đồ ủ không hoàn toàn:


- Thường hoá
Khác ủ là sau khi nung đến nhiệt độ ủ thì làm nguội bằng
không khí tĩnh, tốc độ nguội nhanh hơn so với khi ủ.
Nhiệt độ nung giống nhiệt độ nung khi ủ.

Sau thường hoá thép có cấu trúc đồng nhất và nhỏ hạt
như sau khi ủ nhưng độ bền, độ dai có phần cao hơn.
Phạm vi ứng dụng của thường hoá:
+ Cần ít thời gian hơn ủ dùng thay cho ủ đối với thép ít C
và C trung bình.
+ Một số thép hợp kim sau khi gia công áp lực được
thường hoá để cải thiện cấu trúc như ổn định tổ chức hạt
và khử ứng lực có hại trong kim loại.
Ưu điểm của thường hoá: So với ủ thường hoá kinh tế
hơn vì không cần làm nguội cùng lò.


3.1.2.2 Tôi
a. Khái niệm
Quá trình đốt nóng vật phẩm bằng thép
lên đến nhiệt độ nhất định tương ứng với
từng loại thép,giữ ở nhiệt độ đó một thời
gian để ổn định cấu trúc của kim loại và
làm nguội đột ngột trong môi trường
tương ứng với từng loại thép.


b. Tác dụng của tôi thép
Thép sau khi tôi rất cứng và bền nhưng
độ dai bị giảm xuống, ứng suất dư bên
trong tăng lên làm cho thép trở nên dòn
(khắc phục bằng ram).
Tổ chức của thép sau khi tôi là
Mactenxit.

C. Nhiệt độ tôi
Nhiệt độ tôi của thép cacbon được
chọn theo thành phần của C tương ứng
trên giản đồ Fe – C.
o
o
(
t
=
A
+
30
÷
50
C)
Thép trước cùng tích: t
c3
Thép sau cùng tích: t t o = Ac1 + ( 30 ÷ 50 o C )


Biểu đồ biến đổi nhiêêt đôê nung khi nhiêêt
luyêên với từng loại thép có hàm lượng C
khác nhau:

Ta thấy thép càng ít C nhiệt độ nung cho nhiệt luyện
càng cao.Tốc độ nung: Phụ thuộc vào từng loại thép.
Thời gian giữ nhiệt: đủ để cho nhiệt độ phân bố đều ở
khắp chiều dày của vật nung, thường được tra bảng của sổ
tay nhiệt luyện.

Thiết bị nung: lò than, lò điện, lò muối, dòng điện cao tần,


d. Làm nguội
Tốc độ làm nguội khi nhiệt luyện do tổ
chức sau nhiệt luyện quyết định vật càng
cần có độ cứng cao càng cần làm nguội
nhanh
Môi trường làm nguội:
+ Dung dịch 10% nước muối.
+ Nước lã.
+ Dầu.


e. Các chuyển biến tổ chức
khi tôi
Nhiê êt luyê ên bao gồm các nguyên
công chính: nung nóng, giữ nhiê êt, làm
nguô êi với các tốc đô ê khác nhau.
Khi tôi Os chuyển biến thành các tổ
chức sau: Peclit, xocbit, truxtit, bainit và
mactenxit. Các tổ chức này có độ cứng
tăng dần.


Trong quá trình thay đổi nhiệt sẽ xảy ra
các chuyển biến cơ bản sau:
1. Chuyển biến xảy ra khi nung nóng:
Chuyển biến P peclit → Os austenit.
Quá trình chuyển biến: Tốc độ nung ảnh

hưởng đến nhiệt độ và thời gian chuyển
biến; Nung càng nhanh nhiệt độ chuyển
biến càng cao thời gian chuyển biến càng
ngắn


2. Chuyển biến khi làm nguô ̣i
- Chuyển biến khi làm nguội chậm:
Chuyển biến austenit → peclit
Đây là quá trình ngược lại với quá trình
nung.


- Chuyển biến khi làm nguội nhanh:
+ Mactenxit
Chuyển biến Austenit →
+ Austenit
dư


g. Phạm vi ứng dụng của tôi
Các chi tiết máy quan trọng bằng
thép đều được nhiệt luyện để nâng
cao tính năng đáp ứng yêu cầu sử
dụng (trục khuỷu, cổ trục, dụng cụ... ).


h. Các phương pháp tôi
+ Tôi trong 1 môi trường. Thường dùng với
thép cácbon trung bình và thép hợp kim thấp.

+ Tôi trong 2 môi trường (thường là nước và
dầu). Thường dùng để tôi thép cácbon cao và thép
hợp kim trung bình (để chống nứt).
+ Tôi phân cấp. Giảm nhiêêt đôê đến 1 nhiêêt đôê
nhất định giữ nhiêêt 1 thời gian ngắn rồi lại tiếp tục
giảm nhiêêt đôê.
+ Tôi đẳng nhiệt. Giảm nhiêêt đôê đến 1 nhiêêt đôê
nhất định giữ nhiêêt 1 thời gian dài rồi lại tiếp tục
giảm nhiêêt đôê, thường tôi trong lò muối.


i. Các phương pháp tôi tiên
tiến
Tôi bằng dòng điện cao tần; điện
phân...


3.1.2.3 Ram:
a. Khái niệm:
Nung nóng lại thép đã tôi giữ nhiệt và
làm nguội.
Nhiệt độ nung khi ram: Chi tiết được
nung nóng đến nhiệt độ (150 ÷ 6800C), giữ
ở nhiệt độ đó một thời gian nhất định với
từng loại thép rồi để nguội.


d. Chuyển biến khi ram
M => P (F + Xê)
Về nguyên lý thì chuyển biến này có thể xẩy ra

ở mọi nhiệt độ do năng lượng tự do của Peclít
thấp hơn của Máctenxít. Nhưng thực tế chỉ xẩy
ra khi nung thép ở các nhiê ̣t độ thấp hơn Ac1
Ram là công nghệ tất yếu với sản phẩm đã
qua tôi nhằm điều chỉnh độ cứng và giảm nội
ứng suất, tính giòn sau khi tôi.