Tài liệu ôn thi môn XỬ LÝ VẬT LIỆU

Cöa hµng photo ng©n s¬n

xö lý vËt liÖu

XỬ LÝ VẬT LIỆU
C©u1: §Þnh luËt Fick1, Fick2.
a. Định luật Fick I và hệ số khuyếch tán
Định luật FickI nêu lên quan hệ giữa dòng nguyên tử khuếch tán J qua một
đơn vị bề mặt vuông góc với phương khuếch tán và Gradient nồng độ δc/δx:
J = -D.

dc
= -Dgradc(1.1)
dx

Trong đó:
- Dấu trừ chỉ dòng khuếch tán theo chiều giảm nồng độ
- D hệ số khuếch tán ( cm2/s)
Trong nhiều trường hợp:
D = D0.exp(-Q/RT)
2
D0: hằng số ( cm /s)
Q: hoạt năng khuếch tán
T: nhiệt độ khuếch tán (K)
R: hằng số khí ( R=1,98cal/mol)
Từ những trị số D0 và Q có thể xác định hệ số khuyếch tán D ở nhiệt độ bất
kỳ và đặc điểm của quá trình khuếch tán
Trên hình 1.1 biểu diễn sự phụ thuộc hệ số khuếch tán khác loại của Cu
trong Al trong hệ trục lgD ≈ 1/T
D1
cm²/s

-5

10

-11

10

-16

10

-21

10

100

200

300

500

1000 °C

Hình 1.1 Hệ số khuếch tán của Cu trong Al phụ thuộc và nhiệt độ

Cæng phô khu a ®hcnhn

1


Cöa hµng photo ng©n s¬n

xö lý vËt liÖu

Bảng1.1 Số liệu thực nghiệm D0 và Q
Chất
khuếch

Al
Zn
Fe
C
N
N
B
Ag
Na+
ClAg+
Ag+
O2
H2

Trong dung môi

Vùng nhiệt
độ, 0C

D0,
cm2/s

Q,
Kcal/mol

Al
450 ÷ 650
1,71
Cu
0,34
α – Fe
700÷750
2,00
α – Fe
500÷750
0,20
α – Fe
3.10-2
Cr
3.10-4
Fe40N40B20
1,1.10-8
Pd81Si19
2,0.10-6
NaCl
350÷750
0,5
NaCl
1,1.102

AgBr
1,2
GaAs
500÷1000 2,5.10-3
Polyetylen
2,09
Cao su tự nhiên
0,26

34,0
45,5
60,6
24,6
18,2
24,4
82,8
29,9
38,0
51,4
16,0
9,0
12,2
6,0

D ở nhiệt độ, cm2/s
5000C
2000C

4,5.10-10
1,5.10-13

8,0.10-18
2,8.10-8
9,0.10-9
4,0.10-11
3,0.10-15
1,2.10-13
2,8.10-11
1,7.10-13
5,0.10-6
-

1,8.10-12
1,2.10-10
1,8.10-9
1,0.10-7

Ở trạng thái rắn ( nhiệt độ < 6600C) D tăng rất nhanh theo nhiệt độ, còn ở
trạng thái lỏng DL thay đổi không đáng kể. Trong nhiều trường hợp D L được
xác định theo biểu thức DL = const(T/η) η là độ sệt. Ở gần nhiệt độ nóng
chảy DL khoảng 10-4 cm2/s. Hệ số khuếch tán tăng vài cỡ số khi chuyển từ
trạng thái rắn sang lỏng. Ở trạng thái rắn độ dốc của đường lnD = f(1/T) là
Q/R. Do vậy từ trị số D ở hai nhiệt độ khác nhau có thể xác định được D 0 và
Q.
1.2.2 Định luật FickII
Nếu nồng độ c không những là hàm của x mà còn phụ thuộc vào thời
gian t thì để thuận tiện người ta sử dụng định luật FickII
Định luật FickII trong trường hợp hệ số khuếch tán không phụ thuộc nồng
độ như sau:
∂c
∂ 2c

= D. 2 = D∆c (1.2)
∂t
∂x

Nghiệm của phương trình trên trong trường hợp khuếch tán một chất có
nồng độ cs trên bề mặt vào bên trong mẫu với nồng độ ban đầu c 0( cs>c0) có
dạng:
x
) (1.3)
2 D.t
x
x
Trong đó erf(
) là hàm sai của đại lượng
được tính sẵn trong sổ
D.t
2 D.t

C(x,t) = cs – (cs – c0 ) erf(

tay toán học
Cæng phô khu a ®hcnhn

2


Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

T biu thc (1.3) thy rng c(x,t) t l vi

x
. Nu cs v c0 l hng s cú
2 D.t

ngha l chiu sõu x lp khuch tỏn vi nng c no ú t l thun vi
D.t .

Câu2: Sự hình thành tinh thể của vật đúc?

Tổ chức đặc trng của thỏi đúc kim loại gồm ba vùng: Vùng da đúc, vùng tinh
thể hình trụ, và vùng tinh thể hạt thô đều trục.
Khi kim loại đợc rót vào khuôn nguội,lớp bề mặt tiếp xúc trực tiếp vào thành
khuôn nên kim loại đợc làm nguội rất nhanh. Do có độ quá nguội lớn nên
trên bề mặt nhấp nhô của thành khuôn hình thành vô số các mấm ký sinh và
chúng phát triển vô hớng cho đến khi tiếp xúc và cản trở lẫn nhau tạo thành
lớp da đúc gồm các hạt tinh thể rất nhỏ mịm, kim loại lỏng tiếp tục đợc làm
nguội theo hớng tỏa nhiệt chính, phơng vuông góc với thành khuôn. Tinh thể
nào có trục chính nhánh cây trùng với phơng tỏa nhiệt thì sẽ phát triển nhanh
vào bên trong, cản trở sự phát triển của các tinh thể lân cận có hớng trục
chính bất lợi hơn. Sau quá trình cạnh tranh một số tinh thể ngừng phát
triển, số còn lại phát triển u tiên theo phơng vuông góc với trục chính tạo
vùng tinh thể hình trụ, pha lỏng còn lại ở vùng trung tâm thỏi đúc tiếp tục
kết tinh với độ quá nguội bé hơn nhiều so với các vùng bên ngoài. Số lợng
mầm kết tinh thêm vào đó chúng lớn lên trong điều kiện nhiệt độ nhỏ và nh
nhau theo một phơng nên phát triển đồng đều tạo thành tổ chức với các hạt
thô và đều trục.
Không phải khi nào tổ chức của thỏi đúc cũng gồm đủ ba vùng.
- Khi đúc vật mỏng (vài mm) trong khuôn kim loại làm nguội bằng nớc do

tốc độ nguội rất lớn nên tổ chức nhận đợc chỉ gồm có vùng da đúc rất nhỏ
mịn trong cả chiều dày vật đúc.
- Khi đúc kim loại nguyên chất trong khuôn nguội nhanh do độ quá nguội
đủ lớn vùng tinh thể hình trụ sẽ phát triển xuyên suốt vào trong thỏi đúc tạo
nên tổ chức xuyên tinh.
- Thỏi thép với tổ chức xuyên tinh dễ bị nứt khi cán hoặc rèn còn các kim
loại có độ dẻo cao nh Al, Cu thì tổ chức xuyên tinh không gây ra tác hại.

Câu3: Các khuyết tật xảy ra đúc?
Các khuyết tật khi đúc làm xấu rất nhiều chất lợng vật đúc. Có các dạng
khuyết tật sau:
a. Rỗ co và lõm co
Chúng đều có nguyên nhân là do kim loại khi kết tinh bị co lại nhng hình
thức thể hiện lại khác nhau.
- Các lỗ hổng nhỏ nằm ở giữa nhánh cây hay ở biên giới hạt tạo nên do sự co
của kim loại lỏng khi kết tinh đợc phân bố rải rác trên khắp vật đúc đợc gọi

Cổng phụ khu a đhcnhn

3


Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

là rỗ co. Rỗ co làm giảm mật độ kim loại, làm xấu cơ tính của vật đúc nhng
nếu thỏi đúc đã đợc qua gia công áp lực ở nhiệt độ cao thì chúng đợc hàn kín
lại nhờ bị bẹp lại và quá trình khuếch tán làm liền kín nên trong trờng hợp
này ảnh hởng không đáng kể đến cơ tính.

- Phần lỗ hổng trên cùng và phần dày nhất thỏi thì đợc gọi là lõm co. Đây là
phần kết tinh sau cùng, bản thân kim loại ở đây đã bù co cho phần kết tinh trớc ở phía dới và đến lợt nó kết tinh thì không còn đâu kim loại lỏng để bổ
xung cho mình nữa tạo ra lỗ hổng tập trung. Trong thực tế khi thiết kế vật
đúc ngời ta phải để phần lõm co này ở ngoài sản phẩm dới dạng đậu ngót.
Đối với mỗi kim loại, hợp kim, lợng co khi kết tinh là một giá trị cố định
nên khi thể tích lõm co tăng lên thì tổng thể tích rỗ co giảm đi và ngợc lại
chứ không thể làm mất đợc khuyết tật này vì nó là bản chất của kim loại.
Để dạng khuyết tật này nằm ngoài sản phẩm đúc thì nên sử dụng đúc liên
tục.
b. Rỗ khí
Trong điều kiện nấu chảy thông thờng, kim loại lỏng có khả năng hòa tan
một lợng khí đáng kể sau khi kết tinh độ hòa tan của khí trong kim loại rắn
giảm đi đột ngột, khí thoát ra không kịp bị mắc kẹt tạo nên các túi rỗng nhỏ
đợc gọi là rỗ khí hay bọt khí.
So với rỗ co thì rỗ khí thờng làm giảm mạnh mật độ và cơ tính mạnh hơn do
có kích thớc lớn hơn. Khi rỗ khí đợc phân bố ngay dới lớp vỏ của thỏi thép
có thể nguy hiểm hơn do nó dễ bị oxy hóa nên ngay cả khi biến dạng nóng
cũng không thể hàn kín đợc gây ra tróc vỏ hoặc nứt khi sử dụng.
Ta có thể khắc phục bằng cách khử khí tốt khi rót khuôn, sấy khô khuôn cát
hoặc đúc trong chân không.
c. Thiên tích
Là sự không đồng nhất về thành phần và tổ chức của sản phẩm đúc, xảy ra
không những đối với hợp kim mà cả kim loại do tích tụ tạp chất. Sự không
đồng nhất đó dẫn đến sự khác nhau về tính chất nh độ bền, khả năng gia
công áp lực, sử dụng kém hiệu quả. Có nhiều dạng thiên tích: theo trọng lợng, trong bản thân hạt của P, S trong thép.
d. ứng suất đúc
Khi làm nguội vật đúc ứng suất đợc sinh ra do các nguyên nhân sau đây:
- Khi đúc vật đúc đợc làm nguội không đồng đều, phần mỏng hoặc lớp bề
mặt tiếp xúc với thành khuôn đợc nguội nhanh hơn so với phần dày hoặc các
lớp bên trong.

- Do đợc làm nguội không đều các chuyển pha trong vật liệu cũng không xảy
ra đồng thời và nh nhau trong toàn bộ vật đúc.
- Đối với các vật đúc có hình dạng phức tạp quá trình co của vật liệu bị
khuôn cản trở.

Cổng phụ khu a đhcnhn

4


Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

Các ứng suất chỉ có thể sinh ra nhất thời hoặc cũng có thể tồn tại lâu dài sau
khi vật đúc nguội hoàn toàn gọi là ứng suất d. ứng suất đôi khi cũng có lợi
(ví dụ ứng suất kéo khi đông đặc) nhng nếu vợt qua giá trị cho phép của vật
liệu chúng gây nên cong vênh hoặc làm nứt vật đúc. Đối với nhiều vật liệu
ứng suất d kéo là rất nguy hiểm, chúng kết hợp với ngoại lực thúc đẩy phát
triển vết nứt gây nên phá hủy vật liệu.
Để hạn chế ứng suất hình dáng chi tiết phải đợc thiết kế hợp lý, khi đúc cần
rỡ vật đúc sớm ra khỏi khuôn. Các chi tiết có hình dạng dễ cong vênh khi
nguội cần tạo thêm các gân trợ lực, làm tăng độ cứng vững của chi tiết đúc.
Sau khi đúc phải ủ để khử ứng suất d.

Câu4: Bản chất của các giai đoạn biến dạng?

2.1.1 Các giai đoạn biến dạng
Cơ tính vật liệu đợc xác định bằng các phơng pháp thử (kiểm tra) khác nhau
tùy theo bản chất tải (chủng loại, tốc độ, độ lớn) và môi trờng thải (nhiệt độ,

thời gian, hoạt tính). Đơn giản và thông dụng là phơng pháp thử kéo. Trong
đó mẫu thử chịu lực kéo một chiều trùng với trục mẫu, tăng dần cho đến khi
mẫu đứt. Kết quả thử đợc ghi trên giản đồ kéo biểu thị quan hệ giữa lực kéo
và độ dãn dài trong đó phân biệt ba giai đoạn sau.
- Biến dạng thuận nghịch, mất ngay sau khi bỏ tải hoặc sau một thời gian xác
định (vi dụ biến dạng đàn hồi, biến dạng đàn hồi trễ).
- Biến dạng không thuận nghịch, còn giữ lại khi bỏ tải (ví dụ biến dạng dẻo,
nhớt )
- Phá hủy khi vật liệu tách đứt hoặc vỡ giai đoạn này xuất hiện sau biến dạng
không thuận nghịch (phá hủy dẻo) và ch phụ thuộc vào cấu trúc vật liệu và
điều kiện thử.
a. Biến dạng thuận nghịch
Không có vòng trễ trong chu kỳ đặt tải- bỏ tải là trờng hợp đàn hồi lý tởng,
có có thể tuyến tính (đa số kim loại, hợp kim) hoặc phi tuyến (cao su,
polymer, xơng động vật). Sự xuất hiện vòng trễ chứng tỏ biến dạng kèm theo
mất năng lợng. Đó là hiện tợng đàn hồi trễ, liên quan đến một thành phần
phụ thuộc thời gian của biến dạng, không đáng kể đối với kim loại, nhng
quan trọng cho polymer ở nhiệt độ trung bình.
Biến dạng đàn hồi xảy ra trong tất cả các vật liệu, thờng không vợt qúa 1%
trong vật liệu tinh thể xếp chặt, nhng có thể lớn hơn nhiều đối với polyme có
cấu trúc định hình hoặc bán tinh thể.
Biến dạng thuận nghịch đặc biệt quan trọng trong công nghiệp chế tạo máy
và dụng cụ đo nơi mà các phần tử đàn hồi (lò xo, giảm xóc) không đ ợc
phép có bất kỳ biến dạng d nào khi chịu tải tức thời cũng nh tải lâu dài.
b. Biến dạng không thuận nghịch
- Có thể là biến dạng dẻo trong vật liệu tinh thể (kim loại. hợp kim) hoặc
chảy nhớt trong vật liệu phi tinh thể (gốm, thủy tinh, polymer ở nhiệt độ cao
Cổng phụ khu a đhcnhn

5

Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

) Hai hình thức biến dạng này tuy cùng tạo ra biến dạng d nhng khác nhau
về cơ chế và thời điểm bắt đầu.
- Biến dạng dẻo chỉ bắt đầu khi ứng suất lớn hơn giới hạn chảy C và đợc
thực hiện nhờ chuyển động khuyết tật mạng tinh thể (lệch, khuyết tật điểm
)
- Chảy nhớt xảy ra khi C = 0 nhờ chuyển động của phân tử hoặc nhóm phân
tử.
Nắm đợc biến dạng không thuận nghịch giúp ích cho chúng ta trong công
nghệ tạo hình nh: Đúc, Cán, Rèn (vật liệu kim loại). ép, Dập, Đúc (vật liệu
polymer). Thổi, Uốn (vật liệu thủy tinh) cũng nh khi thiết kế các chi tiết có
độ bền kết cấu cao nhờ độ dẻo của vật liệu.
c. Phá hủy
Là sự tách đứt vật thể do liên kết nguyên tử (ion, phân tử) bị phá vỡ, xảy ra
khi ứng suất đạt tới giới hạn bền kéo k.
- Phá hủy giòn không kèm theo biến dạng d đáng kể ( < 1% nên b e).
Ví dụ: ở vật liệu gốm có nhiệt độ nóng chảy cao.
- Phá hủy dẻo xảy ra khi b >> e, tức là sau khi vật liệu đã có biến dạng dẻo
nhiều (>>1%) nh một số kim loại.
Các dạng phá hủy đều trải qua hai giai đoạn: Tạo vết nứt và phát triển vết
nứt.
Tính giòn và tính dẻo không phải là tính chất của vật liệu, bởi chúng qui
định chủ yếu bằng điều kiện tải, vì các vật liệu cơ khí chủ yếu làm việc trong
vùng đàn hồi nên khi sử dụng các vật liệu dẻo cần đề phòng chúng bị biến
dạng dẻo và phá hủy do tải trọng tĩnh. Ngợc lại phá hủy giòn rất cần thiết

trong kỹ thuật nghiền đập.
2.1.2 Biến dạng đàn hồi
a. Định luật Hooke
Khi chịu tải, vật liệu sinh ra một phản lực cân bằng với ngoại lực, khi đó
hình thành nên ứng suất là phản lực tính trên một đơn vị diện tích.



Luc lien ket

F
b)

c)

Day

a)

(r)
2dr

Hut

Khoang cach r

ro

d)

Hình 2.2 Biến dạng đàn hồi do:

Cổng phụ khu a đhcnhn

Hình2.3 Lực liên kết giữa hai nguyên

6


Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

a) ứng suất kéo; b) ứng suất nén
c) ứng suất tiếp; d) ép ba chiều

tử lân cận

ứng suất vuông góc với mặt chịu lực gọi là ứng suất pháp , gây ra biến dạng
.
ứng suất tiếp sinh ra xê dịch trong mặt chịu lực.
ứng suất ba chiều (áp lực P) làm biến đổi thể tích V/V.
Biến dạng đàn hồi có thể do ứng suất pháp hoặc ứng suất tiếp sinh ra. Đó là
biến dạng bị mất đi khi bỏ tải, tuyến tính và không có vòng trễ.
Đối với nhiều vật liệu quan hệ tuyến tính giữa ứng suất và biến dạng đàn hồi
đợc mô tả bằng định luật Hooke, phơng trình cơ sở của lý thuyết đàn hồi.
= E. (áp dụng cho kéo, nén)
(2.1)
= G. (áp dụng cho xê dịch)
P = -K.V/V (áp dụng cho ép ba chiều)

Trong đó:
E: môđun đàn hồi
G: môđun xê dịch
K: môđun ép
Các môđun liên hệ với nhau qua hằng số Poisson à (tỷ số giữa độ co chiều
ngang và độ giãn chiều dài) nh sau:
K = E/[ 3 ( 1- 2à) ]
G = E/[ 2 (1 + à) ]
Đối với đa số vật liệu thì à 0,3 nên E 2,6G.
Đối với phơng trình của và chỉ đợc dùng để tính và thiết kế chi tiết máy
cho các vật liệu đẳng hớng hoặc giả đẳng hớng có cấu trúc vô định hình.
Đối với vật liệu dị hớng nh đơn tinh thể, đa tinh thể có tổ chức textual (định
hớng u tiên của hạt, biên hạt, pha thứ hai ) hoặc chất dẻo có mạch phân tử
định hớng sẽ tạo ra tạo ra các phơng biến dạng thuận lợi và bất lợi cho các
hằng số đàn hồi phụ thuộc vào phơng tinh thể.
Ví dụ:
Môđun đàn hồi E của đơn tinh thể - Fe trong các phơng [ 100 ], [ 110 ], và
[ 111 ] lần lợt là 135, 210 và 290 MPa, còn của đa tinh thể là 210.103MPa.
Biến dạng đàn hồi dựa trên sự xê dịch nguyên tử khỏi vị trí cân bằng.
b. Đàn hồi phi tuyến
Biến dạng thuận nghịch không tuân theo định luật Hooke là đàn hồi phi
tuyến hay đàn hồi kiểu cao su. Biến dạng này thờng gặp trong cao su tự
nhiên, trong vật liệu phi kim định hình hoặc tinh thể cục bộ, vật liệu kim loại
(gang xám).Đờng cong biến dạng cho thấy rằng quy luật tuyến tính chỉ đúng
với biến dạng rất nhỏ, còn lại là phi tuyến, tức là môđun đàn hồi E không
còn là hằng số mạng nữa mà phụ thuộc vào ứng suất và biến dạng;:
= E ().
(2.2)
Cổng phụ khu a đhcnhn

7


Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

Ngoài ra E khá nhỏ, có thể khá lớn (>>1% đôi khi tới 100%). Biến dạng
đàn hồi trong các loại vật liệu trên dựa vào sự thay đổi hình dáng của mạch
phân tử. ở trạng thái không tải, vật liệu có cấu trúc vô định hình bao gồm các
mạch phân tử bị uốn cong do đan móc vào nhau tạo ra các búi hoặc lới phân
tử.
Khi chịu kéo, các mạch phân tử đợc duỗi thẳng và song song với phơng
ngoại lực mà vẫn liên kết với nhau tại các điểm nút của ô lới hoặc búi. Có thể
xảy ra kết tinh cục bộ.
Biến dạng đàn hồi chính là độ giãn dài tổng cộng trong phơng tải trọng.
c. Đàn hồi trễ
Biến dạng thuận nghịch đợc miêu tả nh không phụ thuộc vào thời gian tức là
biến dạng tức thời xuất hiện khi đặt tải, không biến đổi trong suốt thời gian
chịu tải và chỉ mất ngay sau khi bỏ tải. Trong nhiều vật liệu thực tế vẫn có sự
chênh lệch pha giữa ứng suất và biến dạng, tức biến dạng đàn hồi vẫn còn
tiếp tục khi tải đã đạt đến cực đại và cần một thời gian nữa kể từ lúc bỏ tải để
biến dang trở về không.
Bản chất biến dạng đàn hồi trễ gắn liền với các quá trình vi mô khác nhau
nh sự khuếch tán các khuyết tật điểm, sự dao động của các đoạn lệch bị chốt
hai đầu, sự chảy ở các mặt phân cách (biên hạt, biên giới pha), chuyển pha
tạo ra các biến dạng thuận nghịch.
Trong kỹ thuật, các vật liệu có khả năng tắt dao động nhờ tính đàn hồi trễ
thờng gặp ở cao su, gang, một số hợp kim sắt từ.
Các tác động của tính đàn hồi trễ cần đợc đặc biệt lu ý ở nơi nào phải đảm

bảo độ chính xác cao của lực đàn hồi hoặc của kích thớc trong phần tử đàn
hồi chịu tải tức thời hoặc lâu dài
2.2 Biến dạng dẻo(NOTE)
Biến dạng dẻo là biến dạng d, bắt đầu khi ngoại lực đạt một giá trị tới hạngiới hạn chảy c (lúc định luật Hooke mất hiệu lực) và không bị mất đi khi
bỏ tải.
Biến dạng d có đợc do sự dịch chuyển nguyên tử, nhờ đó phá vỡ các liên kết
ban đầu rồi lặp lại liên kết với các lân cận mới, để khi bỏ tải nguyên tử
không trở về vị trí xuất phát mà cấu trúc của vật liệu vẫn đợc bảo toàn.
Trong tinh thể lý tởng cơ chế dịch chuyển có thể là sự chuyển dời tập thể
đồng thời của các nguyên tử, song còn có nhiều điều cha đợc sáng tỏ. Đối
với tinh thể thực nó đợc thực hiện bằng trợt, song pha hoặc chuyển pha
mactenxtit liên quan đến chuyển động của các khuyết tật mạng.
Để mô tả đặc tính biến dạng của các vật liệu thông dụng trong kỹ thuật cần
thiết phải tìm hiểu đặc điểm biến dạng dẻo đơn tinh thể và tính chất của hạt
chứa nó cũng nh các vùng liên kết.

Câu5: Cách xác định độ dai phá hủy?
Cổng phụ khu a đhcnhn

8


Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

2.4.1 Vật liệu vô cơ
a. Đặc điểm biến dạng
- ở nhiệt độ thấp vật liệu gốm, thủy tinh có thể chỉ biến dạng đàn hồivà kết
thúc bằng phá hủy giòn. Đặc trng biến dạng là các môđun E, G, à và giới

hạn bền b. Nếu vật liệu chứa lỗ trống thì các môđun sẽ giảm tùy thuộc vào
số lợng lỗ trống.
Loại trừ MgO đơn tinh thể ở nhiệt độ phòng, khi chịu nén, trớc lúc phá hủy
đã biến dạng dẻo đợc một vài phần trăm. Lý do mà MgO có đợc vài hệ trợt
hoạt động, còn nếu nếu chịu tải kéo và là đan tinh thể thì nó cũng bị phá hủy
giòn nh vật liệu gốm khác.Mặc dù cũng có cấu trúc tinh thể nh kim loại,
cũng xếp chặt với các mặt và phơng tinh thể xếp chặt, cũng chứa lệch và
nguồn lệch, nhng các hệ trợt không thể hoạt động đợc, vì liên kết ion làm
cho các ion tích điện cùng dấu phải xê dịch gần nhau khi lệch trợt, nhng lực
đẩy tĩnh điện sẽ cản trở xê dịch đó. Tính giòn cũng cản trở biến dạng dẻo cục
bộ nhằm giảm bớt tập trung ứng suất tại các nơi sẽ có vết nứt.
-Thủy tinh do không có trật tự xa nên không có hệ trợt và lệch mạng. ở nhiệt
độ thấp hơn nhiệt độ thủy tinh hóa Tg đặc tính biến dạng cũng giống nh gốm,
nghĩa là chỉ có biến dạng đàn hồi làm biến dạng các lới ion tức thời sau đó
hình dạng ban đầu đợc khôi phục lại dần dần khi bỏ tải. Sự tăng giảm môđun
đàn hồi E phụ thuộc vào thành phần và thể loại ion, còn tốc độ phục hồi hình
dạng phụ thuộc vào ứng suất tác dụng và nhiệt độ.
- ở nhiệt độ cao vật liệu gốm có thể bị biến dạng dẻo một ít chính là nhờ
chuyển động hoạt nhiệt của lệch, nhờ có thêm mặt trợt mới, nhờ lệch leo,
Vì lệch linh động trong gốm có liên kết ion nhiều hơn trong gốm có liên kết
đồng hóa trị cho nên u tiên chọn loại sau cho các chi tiết chịu tải ở nhiệt độ
cao.
Thủy tinh có nhiệt độ T Tg hóa mềm và chuyển sang trạng thái nhiệt dẻo,
khi đó tính biến dạng rất phụ thuộc vào tốc độ biến dạng, sẽ chảy nhớt khi
tốc độ thấp và giòn khi tốc độ cao. Sự hóa mềm của thủy tinh hạn chế sử
dụng chúng ở nhịêt độ đó, song lại tạo điều kiện thuận lợi để gia công tạo
hình mà đối với các loại gốm không làm đợc.
b. Đặc điểm phá hủy
Vật liệu gốm không dẻo nên chỉ phá hủy giòn. Độ bền phá hủy thực hịên
trên mẫu thử kéo, thử nén cho thấy lần lợt là bk 10-2lt (mẫu thờng, thử

kéo), bn 10-1lt (mẫu thờng thử nén).
Sự khác biệt trên cho thấy vết nứt đóng vai trò chính, thử kéo mở rộng và thử
nén hàn kín vết nứt sẵn có. ở nhiệt độ thấp nứt và phá hủy xảy ra bên trong
hạt, còn ở nhiệt độ cao phá hủy theo biên hạt, khi có tác động của ăn mòn
đến vết nứt bề mặt, phá hủy có thể xảy ra chậm theo thời gian.

Cổng phụ khu a đhcnhn

9


Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

Thủy tinh cũng phá hủy giống nh gốm. Thủy tinh vô định hình phá hủy giòn
ở nhiệt độ T< Tg. Do đợc hình thành từ thể lỏng, thủy tinh không có lỗ trống
bên trong nhiều nh gốm, vì vậy trạng thái bề mặt (vết nứt, khía, ghồ ghề)
quyết định đến độ bền phá hủy. ảnh hởng cuả ăn mòn cũng giống nh gốm
Khi nhiệt độ T>Tg nhờ chảy nhớt mà thủy tinh sẽ phá hủy dẻo.
c. Khả năng cải thiện cơ tính
Không có cách nào làm tăng đợc khả năng biến dạng dẻo của vật liệu vô cơ.
Biện pháp tốt nhất là tăng khả năng chống phá huỷ nhờ giảm số lợng và kích
thớc của vết nứt, lỗ trống bên trong và trên bề mặt của vật liệu. Bên trong cần
tạo vật liệu không có lỗ trống, hạt nhỏ mịn và tổ chức đơn pha. Bên ngoài
cần tạo một trạng thái ứng suất nén trên lớp bề mặt. Dới đây nêu một vài phơng pháp xử lý bề mặt thờng gặp nhất:
- Phủ một lớp bề mặt thích hợp lên gốm ở nhiệt độ cao.
- Làm cứng hóa học cho thủy tinh bằng cách nhúng vật cần bảo vệ vào dung
dịch muối.
- Làm cứng bằng nhiệt áp dụng cho cả thủy tinh và gốm bằng phơng pháp

tôi.
- Làm cứng bằng chuyển pha mactenxit của hạt ZrO2.
- Làm giảm nguy cơ lan rộng vết nứt, tăng KIC nhờ dùng các hạt ZrO2 hấp thụ
năng lợng tích ở gần vết nứt để tự nó chuyển pha.
2.4.2 Vật liệu chất dẻo
a. Đặc điểm biến dạng
Do cấu trúc khá phức tạp và ít nhất quán nên quá trình biến dạng của chất
dẻo rất phức tạp. Đặc điểm biến dạng của chất dẻo nằm giữa hai trạng thái
giới hạn: vật rắn giòn và chất lỏng nhớt, cũng có thể xảy ra các quá trình tơng tự nh trong vật liệu kim loại là tạo các dải xê dịch, chuyển pha
mactenxit, hồi phục và kết tinh lại.
Đờng cong ứng suất biến dạng thờng có ba dạng ( hình vẽ 3.14a).

Hình 2.14 Đờng cong ứng suất biến dạng của chất dẻo
a) Các dạng đờng cong thử kéo; b) ảnh hởng của nhiệt độ và tốc độ thử kéo

Cổng phụ khu a đhcnhn

10


Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

- Đờng 1 cho các chất giòn phá hủy ngay sau biến dạng đàn hồi.
- Đờng 2 giống với vật liệu kim loại: có biến dạng đàn hồi, răng chảy và biến
dạng dẻo trớc phá hủy, đúng cho các vật liệu dẻo.
- Đờng 3 đặc trng cho biến dạng đàn hồi kiểu cao su các elastome (biến dạng
thuận nghịch lớn ở ứng suất nhỏ và phi tuyến).
Các đặc trng biến dạng của chất dẻo tuy khác về trị số so với vật liệu kim

loại nhng giống nh kim loại ở chỗ môđun đàn hồi, giới hạn bền kéo giảm và
độ dẻo tăng khi tăng nhiệt độ. Giảm tốc độ biến dạng ảnh hởng giống nh
tăng nhiệt độ (hình 2.14b)
Chất dẻo vô định hình ở nhiệt độ thấp hơn Tg biến dạng đàn hồi trễ là chủ
yếu và vẫn tuyến tính cho tới 0,5% biến dạng chung. Khi biến dạng lớn hơn
sẽ xuất hiện biến dạng phi tuyến, cục bộ và không thuận nghịch thể hiện ở
các dải xê dịch nghiêng một góc 450 và các khe rãng vuông góc với phơng
tải. Tuy nhiên biến dạng dẻo đó chỉ tập trung ở các dải xê dịch còn toàn bộ
vật liệu vẫn biến dạng thuận nghịch. Khi các dải hợp nhất và phát triển sẽ
xuất hiện các răng chảy c và biến dạng dẻo sẽ nhiều hơn. Trong quá trình
biến dạng tiếp theo các rãnh có thể tạo ra các vết nứt bề mặt và dẵn tới phá
hủy.
Chất dẻo bán tinh thể có đờng cong ứng suất - biến dạng giống nh chất dẻo
vô định hình. Khác nhau ở chỗ răng chảy có kèm theo vùng chảy kéo và kéo
dài tới vài trăm phần trăm biến dạng giới hạn chảy và giới hạn bền cao hơn.
Chất dẻo mạng lới gồm elastome và đurome có đờng cong ứng suất biến
dạng giống nh đờng 1 và 3 ở hình vẽ 2.14a. Elastome có mạng rộng khi T >
Tg thờng biến dạng kiểu caosu (đàn hồi phi tuyến) nhờ độ linh động cao của
mạch phân tử, đôi khi có thể đạt tới một vài phần trăm biến dạng. Khi biến
dạng mạnh các mạch phân tử có thể bị kết tinh cục bộ và dẫn tới biến dạng
đàn hồi tuyến tính hoặc có thể bị phá hủy. Nếu tìm cách giảm độ linh động
của mạch phân tử nh hạ thấp nhiệt độ dới Tg hoặc tăng mật độ điểm mắt lới
thì elastome sẽ biến dạng hoàn toàn đàn hồi tuyến tính và phá hủy giòn nh đờng 1.
b. đặc điểm phá hủy
Đối với chất dẻo phá hủy cũng trải qua các giai đoạn tạo vết nứt và phát triển
vết nứt đến kích thớc tới hạn rồi đứt rời. Phá hủy xảy ra hoặc bằng cách phá
vỡ trực tiếp các liên kết phá hủy mạch hoặc bằng biến dạng. Cách thứ
nhất nhằm phá các liên kết giữa các phân tử hoặc trong từng phân tử, cần
năng lợng thấp đó là phá hủy giòn. Cách thứ hai liên quan đến sự tạo ra các
miếng rỗng vi mô sau chúng hợp nhất lại thành lỗ trống lớn có kích thớc tới

hạn đó là phá hủy dẻo.
Phá hủy giòn xảy ra với các chất dẻo dễ biến dạng đàn hồi tức chúng có cấu
trúc mạng lới hẹp hoặc có cấu trúc mạng lới rộng hay không mạng lới nhng ở
nhiệt độ thấp hơn Tg nh elastome hay nhiệt dẻo. ở durome phá hủy xảy ra
Cổng phụ khu a đhcnhn

11


Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

nhờ phá vỡ các liên kêt sơ cấp còn ở elastome và nhiệt dẻo các liên kết thứ
cấp.
Phá hủy dẻo trong các trờng hợp còn lại do các khuyết tật tạo ra vết nứt nh
sự mở rộng các dải xê dịch, các khe rãnh, các miền rỗng. Trong chất dẻo bán
tinh thể cơ chế phá hủy giống nh ở vô định hình vì đều xảy ra ở miền vô định
hình. Giống nh vật liệu kim loại chất dẻo thay đổi tính dẻo và giòn theo nhiệt
độ, tốc độ biến dạng và trạng thái ứng suất.

Hình 2.15 Các dạng vết đứt phá hủy vật liệu chất dẻo
a) phá hủy dẻo; b) phá hủy giòn; c) phá hủy dạng sợi

c. Khả năng cải thiện cơ tính
- Làm bền hóa bên trong theo phơng pháp đồng trùng hợp nhờ giảm T g để
tăng độ dẻo ở nhiệt độ thấp bằng cách đa vào mạch phân tử gốc các đoạn
mạch linh động và liên kết yếu hơn.
- Làm mềm hóa bên ngoài bằng cách đa vào mạch các phân tử gốc các phân
tử làm mềm đơn cực và lỡng cực.

- Trộn nhiều chất dẻo để tối u tính chất, trong đó chất trộn đợc gọi là chất
biến tính. Có thể trộn ở trạng thái rắn hoặc nóng chảy (phơng pháp này
không làm thay đổi đáng kể Tg).
- Sử dụng các chất bổ trợ và tăng cờng dạng sợi, tấm hoặc cầu bằng thủy
tinh, cacbon, amiăng, thạch cao, compozit để tăng độ bền. Có thể dùng bức
xạ điện tử cực nhanh hoặc các phản ứng nhiệt hóa để tăng độ bền, chống
mài mòn, tăng bền nhiệt cho một số loại chất dẻo.
2.4.3 Vật liệu vô định hình
Do không có cấu trúc tinh thể nên vật liệu vô định hình không chứa các
khuyết tật mạng điển hình nh trong tinh thể (khuyết tật điểm, lệch mạng,
biên hạt..) song lại có các dạng khuyết tật khác nhể tích tự do (các lỗ hổng),
các tâm ứng suất ba chiều (nén, kéo cục bộ) ảnh hởng trực tiếp tới các đặc trng cơ tính và biến dạng của nó.

Cổng phụ khu a đhcnhn

12


Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

Môđun đàn hồi của vật liệu vô định hình nhỏ hơn khoảng 20 ữ 30% môđun
đàn hồi của hợp kim tinh thể do tỷ khối của trạng thái vô định hình nhỏ hơn
trạng thái tinh thể. Trong khi đó giới hạn chảy của chúng tơng đối cao có thể
tới E/ (50ữ100) là do ứng suất xê dịch cần để trợt xảy rất lớn khi không có
các khuyết tật thích hợpchuyển động. Tuy nhiên quá trình vẫn xảy ra cục bộ
và tập trung tại các dải trợt, ở đó trật tự gần đã giảm ứng suất xê dịch tới hạn
và hạn chế dịch chuyển nguyên tử lan sang các vùng khác. Do đó thử kéo
của các hợp kim vô định hình dạng băng hệ Fe B và Fe- Si B cho thấy

đờng cong ứng suất biến dạng gần giống các vật liệu giòn, nghĩa là không
có biến dạng dẻo đáng kể, không có hóa bền biến dạng và độ dãn dài khi phá
hủy không vợt quá 1 ữ2%. Có thể khi thử nén quá trình trợt đợc phân bố
đồng đều hơn trong toàn thể tích và do đó biến dạng dẻo sẽ lớn hơn, song kỹ
thuật thử không cho phép thực hiện với các mẫu mỏng. Quá trình trợt đợc
thực hiện đợc có lẽ nhờ sự dịch chuyển cục bộ của các thể tích tự do. Đối với
hệ đã nêu giới hạn bền kéo b và đều giảm theo thời gian và nhiệt độ ủ, do
quá trình tích thoát cấu trúc đã xảy ra và dẫn đến sự hóa giòn của băng vô
định hình. Quá trình này cần đợc kiểm tra khi chế tạo và sử dụng.

Câu6: Sự hình thành của tổ chức anstenit, peclit.

0,8

* Austenit ( - Fe ):
Cổng phụ khu a đhcnhn

13


Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

- L dung dch rn xen k ca Cacbon trong Fe, cú dng lp phng
din tõm. ho tan ca Cacbon trong Fe 11470C l 2,14% v 7270C l
0,8%.
- Austenit l pha do dai song nú ch tn ti nhit ln hn
7270C.
- T chc Austenit l cỏc ht sỏng a cnh cú song tinh (thnh thong

cú hai ng song song ct ngang ht). Rt ớt khi quan sỏt c t chc ny
vỡ nú nhit cao. Ch khi lng Mn hoc Ni ln mi lm Austenit tn ti
nhit thng
Peclit (P- [Fe + Fe3C]):
- L hn hp c hc cựng tớch ca Ferit v Xờmentit (F +Xe). Khi
thnh phn hoỏ hc ca Austenit l 0,8%C s xy ra chuyn bin cựng tớch
7270C:
Fe(C)0,8
[F +Xe]
Austenit
Peclit
- Gm Peclit tm v Peclit ht.
- Peclit tm l t chc cú Xờmentit dng tm. Khi quan sỏt t chc
t vi s thy cỏc vch Xờmentit ti trờn nn Peclit sỏng. - Peclit ht l t
chc cú Xờmentit dng ht.

Câu7 : Cách xác định đờng cong chữ C ?
Câu8: Các phơng pháp nhiệt luyện ủ, Thờng hóa, tôi?
3.1.2.1 ủ
a. Khái niệm
ủ là phơng pháp nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt trong
khoảng thời gian cần thiết rồi làm nguội chậm (thờng là cùng lò) để đạt đợc
tổ chức ổn định peclit với độ cứng thấp nhất và độ dẻo cao.
b. Mục đích của phơng pháp ủ
Có nhiều phơng pháp ủ mà mỗi phơng pháp chỉ đạt đợc một, hai hay ba trong
số năm mục đích sau đây:
- Giảm độ cứng (làm mềm thép) để dễ tiến hành gia công cắt gọt.
- Làm tăng độ dẻo để dễ tiến hành biến dạng (dập, cán, kéo) nguội.
- Làm giảm hay làm mất ứng suất bên trong gây nên bởi gia công cắt, đúc,
hàn, biến dạng dẻo.

- Làm đồng đều thành phần hóa học trên vật đúc bị thiên tích.
- Làm nhỏ hạt thép.
c. Các phơng pháp ủ không có chuyển biến pha

Cổng phụ khu a đhcnhn

14


Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

Các phơng pháp ủ này có nhiệt độ ủ thấp hơn đờng Ac1 nên không có chuyển
biến peclit austenit khi nung nóng do đó không làm biến đổi tổ chức của
thép.
* ủ thấp
ủ thấp hay ủ non đợ c tiến hành ở khoảng nhiệt độ 200 ữ 600 0C với mục
đích làm giảm hay khử bỏ ứng suất bên trong vật đúc hay sản phẩm qua gia
công cơ khí (cắt gọt hay dập nguội).
- Nếu nhiệt độ ủ trong khoảng 200 ữ 300 0C thì chỉ khử bỏ mội phần ứng
suất.
- Nếu nhiệt độ ủ trong khoảng 450 ữ 600 0C sẽ khử bỏ hoàn toàn ứng suất
bên trong.
ủ thấp đợc dùng cho các chi tiết máy quan trọng chỉ đòi hỏi làm giảm hay
khử bỏ ứng suất bên trong.
Ví dụ: Thân máy cắt đợc làm bằng vật liệu gang xám, yêu cầu cần khử bỏ
phần lớn ứng suất bên trong để không làm cong, biến dạng sống trợt, thờng
đợc tiến hành bằng các cách sau:
- Để lâu trong kho hay ngoài trời ứng suất bên trong đợc giảm dần nhng phải

sau khoảng một năm mới đạt đến giá trị nhỏ cho phép, không gây biến dạng
về sau.
- ủ ở nhiệt độ 450 ữ 600 0C trong 1 ữ 2h sẽ khử bỏ đợc hầu nh hoàn toàn ứng
suất bên trong. Đây là phơng pháp thờng đợc áp dụng vì nó tíêt kiệm đợc
kho, bãi, không gây lãng phí, không gây ra mất đồng bộ sản xuất.
- Sau khi gia công cơ ứng suất bên trong sẽ tăng lên ảnh hởng xấu đến khả
năng làm việc của sản phẩm nh xecmăng sau khi mài, cắt gọt, lò xo khi bị
quấn nguội, phải đợc ủ ở khoảng 200 ữ 350 0C.
Cách ủ này không làm thay đổi độ cứng của thép.
* ủ Kết tinh lại
ủ kết tinh lại đợc tiến hành cho thép qua biến dạng nguội, bị biến cứng cần
khôi phục tính dẻo, độ cứng ở mức nh trớc khi bị biến dạng. Đối với thép
cacbon ủ kết tinh lại đợc tiến hành ở nhiệt độ 600 ữ 700 0C. Khác với ủ thấp,
ủ kết tinh lại làm giảm độ cứng và làm thay đổi kích thớc hạt, vì vậy phơng
pháp này thờng không đợc áp dụng cho thép vì phần bị biến dạng tới hạn sau
khi kết tinh lại sẽ có hạt rất lớn thép bị giòn. Để tránh thiếu sót này đối với
thép ngời ta áp dụng các phơng pháp ủ có chuyển biến pha. Do vậy phơng
pháp này thờng chỉ đợc áp dụng cho các kim loại, hợp kim không có chuyển
biến thù hình nh Al, Cu.
d. Các phơng pháp ủ có chuyển biến pha
Các phơng pháp ủ này có nhiệt độ cao ủ cao hơn A c1 nên có xảy ra chuyển
biến peclit austenit khi nung nóng với hiệu ứng làm nhỏ hạt, nên khi làm
Cổng phụ khu a đhcnhn

15


Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

nguội chậm austenit hạt nhỏ lại chuyển biến thành peclit với kích thớc hạt
nhỏ.
* ủ hoàn toàn
- ủ hoàn toàn là phơng pháp ủ áp dụng cho thép trớc cùng tích với lợng
cacbon trong khoảng 0,30 ữ 0,65% với đặc điểm nung nóng thép tới trạng
thái hoàn toàn là austenit tức là nung đến nhiệt độ cao hơn Ac3:
- Nhiệt độ ủ: Tủ = Ac3 + (20 ữ 30) 0C
- Mục đích:
+ Làm nhỏ hạt thép.
+ Làm giảm độ cứng và làm tăng độ dẻo để dễ cắt gọt và dập nguội
với độ cứng đạt đợc là HB 160 ữ200.
Khi nung nóng thép để ủ hoàn toàn ta đợc austenit đồng nhất nên khi làm
nguội sẽ bị phân hóa ra tổ chức ferit peclit trong đó peclit ở dạng tấm.
* ủ không hoàn toàn
- Là phơng pháp ủ áp dụng cho thép dụng cụ có thành phần cacbon 0,7%
tức là tất cả thép cùng tích sau cùng tích và thép trớc cùng tích với 0,7% C
với đặc điểm nung nóng thép tới trạng thái không hoàn toàn là austenit tức là
cao hơn AC1 và thấp hơn ACm.
- Nhiệt độ ủ: Tủ = AC1 + (20 ữ 30) 0C.
Khi ủ không hoàn toàn do chỉ đợc nung thấp nên bản thân austenit tạo thành
cha kịp làm đồng đều thành phần hoặc vẫn còn các phần tử xêmentit của
peclit cha chuyển biến xong hoặc xêmentitII. Sự không đồng nhất nh vậy
làm cho sự tạo thành peclit hạt dễ dàng và độ cứng HB < 220 dễ gia công cắt
hơn.
* ủ khuếch tán (ủ đồng đều hóa)
Là dạng ủ đợc tíên hành ở nhiệt độ rất cao (~ 1000 ữ 1200 0C), thời gian giữ
nhiệt dài để làm đồng thành phần vật đúc và thờng đợc dùng cho thép hợp
kim cao.
* ủ đẳng nhiệt

ủ đẳng nhiệt thờng đợc dùng cho thép hợp kim để rút ngắn thời gian ủ. ủ
đẳng nhiệt đợc tiến hành nh sau: Chi tiết sau khi đợc giữ ở nhiệt độ ủ đợc
làm nguội trong môi trờng có nhiệt độ cố định, giữ ở nhiệt độ này một thời
gian đủ dài để hoàn thành chuyển biến sau đó làm nguội ngoài không khí.
Tùy theo nhiệt độ giữ đẳng nhiệt mà chúng ta nhận đợc tổ chức có độ cứng
khác nhau.
3.1.2.2 Thờng hóa
a. Khái niệm
- Thờng hóa là phơng pháp nhiệt luyện bao gồm nung nóng thép đến trạng
thái hoàn toàn là austenit (cao hơn Ac3 hay Acm) giữ nhiệt trong một thời gian
cần thiết rồi làm nguội tiếp theo trong không khí tĩnh để austenit phân hóa
Cổng phụ khu a đhcnhn

16


Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

thành tổ chức gần ổn định: Peclit phân tán hay xoocbit với độ cứng tơng đối
thấp.
- Đặc điểm của thờng hóa so với ủ.
+ Nhiệt độ: giống nh ủ hoàn toàn nhng đợc áp dụng cho cả thép sau
cùng tích.
Đối với thép trớc cùng tích:
Tth = AC3 + (30 ữ 50 0C)
Đối với thép sau cùng tích:
Tth = ACm + (30 ữ 50 0C)
+ Tốc độ nguội: nhanh hơn đôi chút, trong không khí tĩnh, không phải

dùng lò khi làm nguội nên kinh tế hơn ủ.
+ Tổ chức và cơ tính: Tổ chức đạt đợc là gần cân bằng với độ cứng cao
hơn ủ đôi chút.
b. Mục đích và lĩnh vực áp dụng
Do tổ chức đạt đợc là gần cân bằng nên về tổng thể mục đích của thờng hóa
cũng giống nh ủ song thờng nhằm vào ba mục đích sau:
- Đạt độ cứng thích hợp để gia công cắt cho thép cacbon thấp ( 0,25%).
Loại thép này nếu ủ hoàn toàn thì sẽ đạt đợc độ cứng quá thấp, quá dẻo, phoi
khó gãy nên khó cắt gọt nên thờng hóa thì sẽ có độ cứng cao hơ, thích hợp
với gia công cắt hơn do phoi giòn hơn, dễ gãy hơn.
- Làm nhỏ xêmentit chuẩn bị cho nhiệt luyện kết thúc.
Khi thờng hóa tạo ra tổ chức peclit phân tán hay xoocbit trong đó xêmentit
có kích thớc nhỏ do đó rất thuận lợi để tạo thành hạt austenit nhỏ mịn khi
nung nóng cho nhiệt luyện kết thúc. Thờng áp dụng cho thép kết cấu trớc khi
tôi (thể tích, bề mặt).
- Làm mất lới xêmentit II của thép sau cùng tích.
Xêmentit II trong thép sau cùng tích thờng ở dạng lới làm cho thép giòn do
vậy thờng hóa với tốc độ nguội nhanh hơn ủ làm cho xêmentit không kịp tiết
ra ở dạng liền nhau mà ở dạng rời rạc, cách xa nhau, do đó ít làm hại tính
dẻo.

Cổng phụ khu a đhcnhn

17


Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

Hình 3.3 Khoảng nhiệt độ ủ, thờng hóa và tôi
cho thép cacbon
3.1.2.3 Tôi
a. Khái niệm
Tôi là phơng pháp nhiệt luyện gồm nung nóng chi tiết đến nhiệt độ cao hơn
nhiệt độ tới hạn AC1 hoặc AC3 tùy thuộc vào loại thép để làm xuất hiện tổ
chức austenit, sau khi giữ nhiệt cho chi tiết trong khoảng một thời gian nhất
định rồi đợc làm nguội nhanh thích hợp để austenit chuyển thành mactenxit
hay các tổ chức không ổn định khác có độ cứng và độ bền cao.
b. Mục đích
- Nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn cho thép do đó kéo dài đợc thời
gian làm việc cho chi tiết chịu mài mòn.
- Nâng cao độ bền do đó nâng cao đợc độ chịu tải của chi tiết máy.
- Cùng với ram nó quyết định cơ tính của thép phù hợp với điều kiện làm
việc do đó quyết định tuổi thọ của chi tiết máy. Là một trong những nguyên
công gia công cuối cùng khi chi tiết đã ở dạng thành phẩm.
c. Chọn nhiệt độ tôi
- Đối với thép trớc cùng tích và cùng tích ( 0,8%C)
Ttôi = AC3 + (30 ữ 50 0C)
- Đối với thép sau cùng tích (> 0,8%C)
Ttôi = AC1 + (30 ữ 50 0C) (760 ữ 780 0C).
* Chú ý
Cách xác định nhiệt độ Ac3 và Acm

Cổng phụ khu a đhcnhn

18


911

xử lý vật liệu
A
cm

Cửa hàng photo ngân sơn

G

Ac
3

+Fe3CII
M

T
P

R

F+P
200

0

(Fe)

[+Fe3C]

Peclit, P

600

Ac1

S

P+Fe3CII

Q
a

0,8 1

2

2,14

- Xác định nhiệtđộ Ac3.
Giả sử thép cacbon có hàm lợng a%C (a< 0,8%).
Khi đó trên giản đồ hợp kim Fe C ta coi các đờng Ac3 (GS) và Acm (ES)
là những đờng thẳng:
Ta có Ac3 = OT + RM = 727 + RM:
Xác định RM:
Trên hinh vẽ ta thấy hai hai tam giác RSM TSG
Nên

RM RS
IGxRS
=

RM =
IG
TS
TS

mà IG = (911 727); RS = TS TR = (0,8

a)

(911 727) x(0,8 a )
0,8
(911 727) x (0,8 a )
Do vậy: Ac3 = 727 +
0,8
RM =

Tơng tự nh vậy ta có thể tính đợc Acm nh cách trên
d. Các môi trờng tôi thờng dùng
* Nớc
Nớc là môi trờng tôi đơn giản nhất và đợc sử dụng rộng rãi nhất thờng dùng
để tôi thép cacbon hay thép hợp kim thấp, nớc là môi trờng tôi mạnh (với tốc
độ nguội lớn) do vậy đảm bảo độ cứng cao khi tôi nhng cũng dễ gây ra nứt,
biến dạng. Dùng nớc tôi rất an toàn không gây ra cháy và bốc mùi khó chịu,
tuy nhiên khi nớc trong bể tôi bị nóng lên làm giảm mạnh tốc độ nguội ở
nhiệt độ cao nên giảm mạnh khả năng tôi cứng mà không làm giảm khả năng

Cổng phụ khu a đhcnhn

19

Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

biến dạng và nứt vì vậy khi tôi phải chú ý luôn giữ cho nớc ở bể tôi lạnh bằng
cách cấp nớc lạnh mới vào và thả lớp nớc nóng ở bề mặt đi.
* Dung dịch muối ăn (NaCl) hay xút (NaOH) trong nớc
Nếu trong nớc có các ion dễ điện ly, nó sẽ dẫn nhiệt tốt hơn do đó làm tăng
tốc độ nguội thép trong khoảng 650 ữ 550 0C mà không làm tăng tốc độ
nguội trong khoảng chuyển biến mactenxit vì vậy các dung dịch nớc pha
muối ăn (NaCl), Xút (NaOH) là môi trờng tôi mạnh hơn nớc, khả năng tôi
cứng của dung dịch tăng lên song không tăng khả năng gây nứt, sau khi tôi
bề mặt chi tiết sạch.
* Dầu
Dầu là môi trơng tôi rất thông dụng, tốc độ làm nguội trong vùng 500 ữ 600
0
C lớn hơn tốc độ làm nguội trong vùng 300 ữ 200 0C khoảng 5 ữ 6 lần.
Tuy tốc độ nguội trong dầu nhỏ hơn trong nớc nhiều nên dầu đợc dùng chủ
yếu để tôi các loại thép có austenit ổn định. Cơ chế làm nguội trong dầu cũng
giống làm nguội trong nớc, chỉ khác nhau ở nhiệt độ chuyển từ giai đoạn này
sang giai đoạn khác.
Do khả năng làm nguội nhỏ nên dầu chỉ dùng để tôi thép hợp kim hay là môi
trờng thứ hai khi tôi hai môi trờng.
Khi tôi phân cấp hay đẳng nhiệt, có thể dùng môi trờng tôi là dầu máy (150
ữ 250 0C).
e. Tốc độ tôi tới hạn và độ thấm tôi
* Tốc độ tôi tới hạn
Là tốc độ nguội nhỏ nhất cần thiết để austenit chuyển biến thành mactenxit,
tốc độ tôi tới hạn của thép càng nhỏ càng dễ tôi tức là không cần làm nguội

nhanh cũng có thể đạt đợc tổ chức mactenxit, Việc làm nguội chậm cũng có
thể đạt đợc tổ chức mactenxit rất có lợi vì vừa có khả năng đạt đợc độ cứng
cao đồng thời biến dạng nhỏ và không bị nứt.
Có thể xác định gần đúng giá trị của tốc độ tôi theo công thức sau:
Vth = (A1 Tm0)/m
(0C/s)
Trong đó:
A1. Nhiệt độ tôi tới hạn của thép, 0C
Tm0, m: Nhiệt độ và thời gian ứng với
austenit kém ổn định nhất, 0C, s.

Cổng phụ khu a đhcnhn

20


Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

Hình 3.4 Biểu đồ xác định nhiệt độ tôi tới hạn
* Độ thấm tôi
Độ thấm tôi là chiều dày lớp kim loại đợc tôi cứng có tổ chức mactenxit hay
có tổ chức mactenxit + trustit.
f. Các phơng pháp tôi
* Tôi trong một môi trờng
Sau khi nung nóng thép đến nhiệt độ tôi, giữ nhiệt trong một thời gian cần
thiết rồi làm nguội trong một môi trờng (nớc, dầu,.) với tốc độ đủ nhanh
đến nhiệt độ nhất định để austenit chuyển biến thành mactenxit. Đây là phơng pháp phổ biến nhất vì đơn giản, dễ cơ khí hóa. Chọn nhiệt độ tôi cho
thép có ý nghĩa rất quan trọng ảnh hởng đến chất lợng của thép tôi.

Nhợc điểm của phơng pháp tôi này là tạo ứng suất lớn, nhất là khi làm nguội
trong nớc.
Thông thờng thép cacbon thờng đợc tôi trong môi trờng nớc hoặc dung dịch
NaOH hay NaCl.
Thép hợp kim đợc làm nguội trong dầu.
* Tôi trong hai môi trờng
Sau khi nung nóng thép đến nhiệt độ tôi, giữ nhiệt trong một thời gian cần
thiết rồi làm nguội lần lợt trong hai một môi trờng. Đầu tiên chi tiết đợc làm
nguội trong môi trờng có tốc độ nguội nhanh thờng là môi trờng nớc hoặc
NaCl, đến khoảng 250 ữ 300 0C thì chuyển sang môi trờng tôi có tốc nguội
chậm thờng là dầu, không khí cho đến khi nguội hẳn.
Tôi trong hai môi trờng giảm đợc ứng suất nên hạn chế đợc cong vênh, nứt vì
vậy phơng pháp này để tôi các dụng cụ bằng thép cacbon (nhất là thép
cacbon cao).
Nhợc điểm của phơng pháp là khó xác định đợc thời gian chuyển từ môi trờng thứ nhất sang môi trờng thứ hai. Nếu chuyển sang môi trờng thứ hai sớm
quá có thể xảy ra chuyển biến trung gian làm độ cứng thấp không đạt yêu
cầu. Nếu chuyển sang môi trờng thứ hai quá muộn thì hạn chế tác dụng giảm
ứng suất của tôi hai môi trờng sẽ gây biến dạng và nứt.
Tôi trong hai môi trờng phụ thuộc vào tay nghề ngời thợ, khó cơ khí hóa, thờng áp dụng cho sản xuất từng loạt nhỏ hay đơn chiếc.
* Tôi phân cấp
- Khi tôi phân cấp, đầu tiên chi tiết đợc làm nguội trong môi trờng có nhiệt
độ cố định và cao hơn Mđ (Mđ là nhiệt độ bắt đầu chuyển biến mactenxit)
của thép, giữ nhiệt trong khoảng thời gian nhất định để nhiệt độ đồng đều
trên toàn bộ chi tiết, tuy nhiên thời gian giữ chi tiết trong môi trờng tôi
không đợc quá dài dễ chuyển biến trung gian. Dùng phơng pháp tôi phân
cấp khắc phục đợc nhợc điểm của tôi hai môi trờng. Tôi phân cấp cũng có u
điểm lớn là giảm đợc ứng suất nên ít gây ra biến dạng và cong vênh. Vì vậy

Cổng phụ khu a đhcnhn

21


Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

tôi phân cấp đợc dùng rất phổ biến cho những dụng cụ có hình dạng phức tạp
hoặc chi tiết yêu cầu biến dạng ít sau khi nhiệt luyện.
- Môi trờng làm nguội khi tôi phân cấp là muối nóng chảy cón nhiệt độ cao
hơn điểm Mđ sau khi chi tiết đợc giữ đẳng nhiệt trong thời gian nhất định để
đạt đợc nhiệt độ của môi trờng muối nóng chảy, ngời ta nhấc ra làm nguội
chậm trong không khí, chuyển biến mactenxit xảy ra khi làm nguội trong
không khí.
- Ưu điểm của tôi phân cấp:
+ ứng suất bên trong rất thấp do quá trình nguội đợc ngắt làm hai giai
đoạn, chênh lệch giữa lõi và bề mặt ít, chuyển biến mactenxit xảy ra với tốc
độ rất chậm.
+ Có thể tiến hành nắn (sửa cong vênh) trong các đồ gá đặc biệt khi làm
nguội thép trong không khí từ nhiệt độ phân cấp lúc đó chi tiết còn dẻo vì cha hay mới bắt đầu chuyển bíên mactenxit.
- Nhợc điểm:
Khó dùng cho chi tiết lớn bởi vì môi trờng có nhiệt độ cao (300 ữ 500 0C)
khả năng làm nguội chậm nên với các chi tiết có tiết diện lớn khó đạt tới tốc
độ nguội tới hạn.
- Phạm vi áp dụng:
Dùng cho thép dụng cụ bằng thép hợp kim với tính ổn định austenit lớn, có
tiết diện bé.
* Tôi đẳng nhiệt
Chi tiết sau khi đợc nung nóng và giữ nhiệt đợc làm nguội trong môi trờng
có nhiệt độ nhất định với thời gian đủ lâu để austenit phân hóa hoàn toàn

thành hỗn hợp F + Xe và độ dai tốt. Thờng giữ đẳng nhiệt ở 250 ữ 400 0C để
đợc bainit. ở nhiệt độ cao hơn (500 ữ 600 0C) để đợc trustit.
Khi tôi đẳng nhịêt thì thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ cố định phải đủ dài để
hoàn thành chuyển biến sau đó làm nguội ngoài không khí. Khác với các phơng pháp tôi trên, tôi đẳng nhiệt nhận đợc sản phẩm của chuyển biến trung
gian hoặc chuyển biến peclit tùy thuộc vào nhiệt độ giữ đẳng nhiệt.
Sau khi tôi không cần phải ram.
Tôi đẳng nhiệt áp dụng cho các thép hợp kim có tính ổn định của austenit và
có tiết diện nhỏ.
Do tạo thành tổ chức tấm không tốt bằng tổ chức hạt nên phạm vi áp dụng
của tôi đẳng nhiệt bị hạn chế.
* Tôi tự ram
Là phơng pháp tôi mà toàn bộ chi tiết đợc nung đến nhiệt độ tôi sau khi giữ
nhiệt chỉ nhúng một phần làm việc vào môi trờng làm nguội trong thời gian
ngắn nhất định đủ để chuyển biến thành mactenxit, trong khi đó lõi và phần
còn lại vẫn còn nóng vì vậy khi dừng làm nguội nhiệt độ phần của lõi sẽ

Cổng phụ khu a đhcnhn

22


Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

nung nóng phần đã đợc tôi cứng do đó nó đợc ram ngay. Nh vậy quá trình
ram xảy ra tiếp ngay sau quá trình tôi.
Để xác định thì không thể dùng các phơng pháp đo bằng dụng cụ mà phải
dùng cách nhìn màu ở các nhiệt độ trên 200 0C. Khi đó trên bề mặt chi tiết có
các lớp màng ôxit với chiều dày khác nhau. Nếu biết đợc mối quan hệ giữa

màu sắc và nhiệt độ có thể hoàn toàn khống chế đợc nhiệt độ ram qua màu
sắc biến đổi trên bề mặt chi tiết.
u điểm của phơng pháp là giảm đợc nứt do tôi vì quá trình ram đã xảy ra kịp
thời, không tốn lò, nhiệt năng và rút ngắn đợc quá trình chế tạo, không mất
thời gian ram tiếp theo.
* Tôi bộ phận
Có hai cách tôi bộ phận
- Nung nóng bộ phận
Là phơng pháp tôi chỉ nung nóng phần cứng lên đến nhiệt độ tôi sau đó đợc
làm nguội bình thờng trong môi trờng tôi thích hợp, phần đợc nung nóng sẽ
đợc tôi cứng, phần còn lại vẫn mềm, điển hình cho cách tôi này là tôi đầu
mút của supap động cơ.
- Nung nóng toàn bộ, làm nguội bộ phận. Nung nóng toàn bộ chi tiết đến
nhiệt độ tôi nhng chỉ làm nguội bằng môi trờng thích hợp những phần cần tôi
cứng. Cách làm nguội có thể là nhúng chi tiết vào môi trờng lỏng nếu là các
phần đầu của chi tiết, hoặc phun chất lỏng (nớc, dầu) nếu là phần giữa chi
tiết. Thông thờng cách tôi này thờng đợc tiến hành bằng cách tự ram tiếp
theo nên gọi là tôi tự ram.
* Gia công lạnh
- Đối với nhiều thép hợp kim dụng cụ, do thành phần cacbon và hợp kim cao,
điểm MK (MK là nhiệt độ kết thúc chuyển biến mactenxit) hạ thấp xuống dới
0 0C do vậy nếu chỉ làm nguội bằng cách thông thờng thì trong thép ngoài
mactenxit ra còn có một lợng khá lớn austenit d nên làm giảm độ cứng của
thép tôi và gây ra không ổn định về kích thớc, để tránh thiếu sót này sau khi
tôi thờng ngay lập tức đem thép làm lạnh đến nhịêt độ âm trong các thiết bị
lạnh (máy làm lạnh, nitơ lỏng) để austenit d chuyển biến thành mactenxit,
phơng pháp này đợc gọi là gia công lạnh.
- Mục đích của gia công lạnh là làm tăng độ cứng của thép dụng cụ hợp kim
sau khi tôi để tăng tính chống mài mòn, thờng áp dụng cho thép dụng cụ cắt,
chi tiết thấm cacbon, vòng bi. Ngoài ra còn làm tăng thể tích và ổn định kích

thớc của dụng cụ đo, các chi tiết chính xác, tăng từ tính của nam châm vĩnh
cửu.
- Khi gia công lạnh cần chú ý hai điểm sau:
+ Gia công lạnh phải đợc tiến hành ngay sau khi tôi, vì để lâu ở nhiệt độ
thờng sẽ làm ổn định hóa austenit, hiệu quả gia công lạnh sẽ kém đi.

Cổng phụ khu a đhcnhn

23


Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

+ Nhiệt độ gia công lạnh đợc xác định điểm MK vì chuyển biến mactenxit
không xảy ra khi làm nguội thấp xuống hơn MK.
* Tôi bề mặt
Tôi bề mặt là phơng pháp tôi bộ phận khi đó chỉ có lớp bề mặt chi tiết đợc tôi
cứng còn lõi không đợc tôi nh vậy sau khi tôi chỉ có bề mặt có tổ chức
mactenxit, còn những lớp bên trong có tổ chức xoocbit peclit.
Chiều sâu của các lớp đợc tôi phụ thuộc vào sự phân bố nhiệt nung. Chiều
sâu của lớp này có thể đạt đợc bằng cách sử dụng các phơng pháp sau:
- Tôi bề mặt bằng ngọn lửa đèn ôxy Axêtilen
Để nung nóng chi tiết cần tôi ngời ta dùng ngọn lửa của hỗn hợp khí ôxy và
axêtilen hoặc hỗn hợp của ôxy với hỗn hợp khí khác.
Thiết bị nung bao gồm bộ phận sinh khí và mỏ đốt. Để nung nóng khi tôi có
thể dùng các loại nhiên liệu sau: Khí tự nhiên, Axêtilen, khí lò cốc, hỗn hợp
prôpan và butan, dầu hỏa.

Hình 3.5 Sơ đồ nung bằng ngọn lửa.
a) Tôi mặt phẳng; b) Tôi trục
Khi tôi mỏ đốt di chuyển dọc theo chi tiết cần nung với tốc độ xác định và
nung nóng lớp kim loại ở bề mặt đến nhiệt độ cao hơn điểm tới hạn. Đi sau
mỏ đốt là voi làm nguội, khoảng cách giữa mỏ đốt và vòi làm nguội có giá trị
nào đó nên nhiệt truyền vào đến một chiều sâu nhất định. Chiều sâu của lớp
tôi là chiều dày lớp kim loại đợc nung nóng đến nhiệt độ tới hạn AC1 (AC3).
Tôi bề mặt bằng ngọn lửa có thể thực hiện bằng một trong những phơng pháp
sau đây:
+ Tôi đồng thời: Dùng cho những chi tiết nhỏ, khi mà công suất của máy
có thể nung nóng toàn bộ bề mặt cần tôi cùng một lúc. Tôi đồng thời gồm
hai giai đoạn độc lập nhau là nung nóng và làm nguội.
+ Tôi liên tục: Dùng khi bề mặt nung lớn, công suất thiết bị không đủ để
nung toàn bộ bề mặt một lúc nên phải nung nóng từng phần của bề mặt cần
tôi.
Đặc điểm của phơng pháp tôi ngọn lửa oxy axêtilen

Cổng phụ khu a đhcnhn

24


Cửa hàng photo ngân sơn

xử lý vật liệu

+ Thiết bị đơn giản, tính cơ động cao, di chuyển và có thể lắp đặt ngay ở
xởng cơ khí, có thể tôi những chi tiết lớn hay bé.
+ Chất lợng khó đảm bảo, ngọn lửa oxy axêtilen có nhiệt độ quá cao do
vậy bề mặt chi tiết dễ bị quá nhiệt, hạt lớn, có thể gây ôxy hoá, nếu không

khống chế độ thì bề mặt có thể bị chảy. Chiều dày lớp tôi dày và khó điều
chỉnh lớp tôi theo ý muốn.
+ Năng suất thấp chỉ thích hợp với sản xuất đơn chiếc.
Tôi bề mặt bằng ngọn lửa thờng dùng cho các chi tiết làm bằng thép cacbon,
đối với gang và hợp kim màu thì ít dùng.
- Tôi bề mặt khi nung trong chất điện phân
Khi cho dòng điện một chiều chạy qua dung dịch điện phân, ở catốt (chi
tiết) tạo thành các ion hyđrô, ở anốt tạo thành các ion oxy. Nếu điện áp đủ
cao ( ví dụ khoảng 200 ữ 300 V) thì dòng điện đi qua lớp màng hyđrô sẽ tỏa
ra một nhiệt lợng đủ để nung chi tiết đến nhiệt độ tôi. Thực chất của phơng
pháp nung nóng trong chất điện phân dựa vào hiệu ứng catốt, tức là trong
những điều kiện xác định khi điện phân catốt có thể bị nung nóng rất mạnh.
Tốc độ nung trong chất điện phân phụ thuộc vào nồng độ thành phần và
nồng độ của dung dịch điện phân, nhiệt độ của dung dịch, điện áp và mật độ
dòng điện.
Trong chất điện phân có thể thực hiện các phơng pháp nung nh nung đầu
mút, nung bộ phận, nung bề mặt và nung liên tiếp. Đối với những chi tiết
phức tạp không thể nung trong chất điện phân đợc vì mật độ dòng điện ở
những cạnh sắc những chỗ nhô lên sẽ cao và gây chảy dụng cụ. Đối với
những chi tiết hình trụ, bề mặt nung có thể quay hoặc nhúng trong dung dịch
điện phân hoặc phun dung dịch điện phân lên bề mặt cần nung.
Đến nay cha nghiên cứu đầy đủ ảnh hởng của điện áp, mật độ dòng điện,
nồng độ của dung dịch điện phân đến chất lợng sản phẩm, khi nhiệt luyện
nên hạn chế việc sử dụng phơng pháp này vào sản xuất. Ngoài ra phơng pháp
nung trong chất điện phân còn có nhợc điểm nữa là không khống chế đợc
nhiệt độ lớp bề mặt mà nhiệt độ thờng rất cao nên hay xảy ra quá nhiệt.
- Tôi mặt ngoài khi nung nóng bằng phơng pháp tiếp xúc
Dòng điện qua máy biến áp đợc dẫn đến bề mặt tiếp xúc cần nung. ở chỗ tiếp
xúc giữa điện cực và chi tiết cần nung có mật độ dòng điện rất lớn, có thể lên
đến hàng trăm ampe trên milimet vuông, nhờ vậy mà chi tiết nhanh chóng đợc nung nóng lên đến nhiệt độ tôi. Nhiệt lợng sinh ra do dòng điện chạy qua

chi tiết có thể đợc tính theo công thức sau:
Q = 0,24.Rtx.I2.t
Trong đó:
+ Rtx - Điện trở tiếp xúc,
+ I Cờng độ dòng điện, A
+ t Thời gian, phút
Cổng phụ khu a đhcnhn

25