Chương 4: CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA BỀN VẬT LIỆU KIM LOẠI

Chương 4
CÁC PHƯƠNG PHÁP HÓA BỀN
VẬT LIỆU KIM LOẠI
4.1. CHUYỂN BIẾN PHA Ở THỂ RẮN TRONG HỢP KIM Fe – C.
4.1.1 Chuyển biến pha khi nung nóng.
Cơ sở để xác định chuyển biến về tổ chức khi nung nóng thép là giản đồ trạng thái của
hợp kim Fe – C được biểu diễn trong phần trước.
Quá trình chuyển biến khi nung nóng được trình bày trên hình vẽ 4.1.
Thép cùng tích với tổ chức duy nhất là péclít nên sau khi nung nóng trên đường A
1
sẽ có
tổ chức hoàn toàn là austenít và khi tiếp tục nung nóng không còn chuyển biến pha nào khác.


Hình 4.1 Sơ đồ chuyển biến tổ chức của các loại thép khi nung nóng.
Còn thép trước cùng tích với tổ chức là ferít và peclít nên khi nung đến nhiệt độ cao hơn
A
1
và thấp hơn A
3
thì chỉ có peclít chuyển biến thành tổ chức austenít còn có tổ chức ferít thì
vẫn giữ nguyên.
Sau khi nung nóng trên đường A
3
có chuyển biến mới đó là sự hòa tan ferít vào austenít
nên tổ chức của thép trước cùng tích lúc này mới hoàn toàn là austenít.
52
Nhieät ñoä
0
C
900

800
700
A
A
A
P
Xe
I
I
P
P
F
F
A
A
0,2
0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
1,4
1,6
%C
G
S
P
E
Xe
I
I
A
1
A

3
A
cm
Tương tự, thép sau cùng tích có tổ chức là peclít và xementít II khi nung nóng trên nhiệt
độ cao hơn A
1
nhưng còn thấp hơn A
cm
thì mới chỉ có peclít chuyển biến thành austenít còn tổ
chức xêmentít II vẫn giữ nguyên. Khi tiếp tục nung nóng qua đường A
cm
có chuyển biến mới là
sự hòa tan của xementít II vào austenít nên tổ chức của thép sau cùng tích ở vùng nhiệt độ này
có tổ chức hoàn toàn là austenít.
Như vậy, chỉ khi nung nóng lên quá đường GSE (tương ứng với A
3
và A
Cm
) thì mọi thép
đều có tổ chức giống nhau là austenít nhưng thành phần các bon trong Austenít của chúng khác
nhau phụ thuộc vào lượng các bon trong chúng.
4.1.2 Các chuyển biến austenít khi làm nguội.
 Tổng quan
Có hai cách làm nguội: làm nguội đẳng nhiệt và làm nguội liên tục.
Làm nguội đẳng nhiệt là thực hiện làm nguội bằng cách nhúng nhanh các mẫu nhỏ và
mỏng đã được austenít hóa vào các môi trường (thường là lỏng) có nhiệt độ được giữ không
đổi, rồi tiến hành xác định mức độ chuyển biến theo thời gian bằng các phương pháp khác
nhau.
Làm nguội liên tục là làm nguội sao cho nhiệt độ giảm dần liên tục theo thời gian.
Khi làm nguội đẳng nhiệt austenít xuống thấp hơn A

1,
nó trở nên không ổn định và có xu
hướng chuyển thành các tổ chức khác có tính ổn định cao hơn. Tùy thuộc vào điều kiện làm
nguội mà sẽ có các chuyển biến khác nhau.

Hình 4.2 Biểu đồ chuyển biến austenít
khi làm nguội đẳng nhiệt thép cùng tích
Khoảng cách từ trục tung đến đường cong 1 nói lên độ ổn định của austenít quá nguội,
khoảng cách này càng lớn thì austenít càng ổn định và ngược lại.
Vùng mũi của đường cong chữ C tương ứng với độ kém ổn định nhất của austenít quá
nguội. Trong vùng kề sát nhiệt độ A
1
đến mũi đường cong chữ C thể hiện sự phân hóa của
53
Ðể biểu diễn quá trình phân hủy austenít
ở các nhiệt độ khác nhau, người ta sử dụng
biểu đồ đường cong phân hóa đẳng nhiệt của
thép, vì giản đồ có dạng chữ "C" nên thường
được gọi tắt là biểu đồ chữ "C" (theo các tài
liệu phuơng Tây nó được gọi là biểu đồ T – T
– T tên viết tắt của từ Temperature – time –
transformation) như trình bày trên hình vẽ 4.2.
Ta thấy biểu đồ gồm hai đường cong chữ C:
Ðường cong 1 tương ứng với bắt đầu
chuyển biến và đường cong 2 tương ứng với
kết thúc chuyển biến. Bên trái đường cong 1 là
khu vực tồn tại austenít quá nguội, bên phải
đường cong 2 là khu vực của các sản phẩm
của các chuyển biến, còn và khu vực giữa hai
đường cong 1 và đường cong 2 là giai đoạn

chuyển biến đang xảy ra.
austenít với tốc độ chậm với chuyển biến có khuyếch tán để tạo thành hỗn hợp ferít và
xementít.
Vùng dưới đường M
đ
là vùng tương ứng với tốc độ nguội nhanh làm austenít chuyển
biến không khuyếch tán tạo thành tổ chức mactenxít.
Từ mũi đường cong chữ C đến đường nằm ngang M
đ
thể hiện sự phân hóa của austenít
với tốc độ vừa và là quá trình chuyển biến trung gian vừa có chuyển biến khuyếch tán vừa
không không tán để tạo thành tổ chức bainít.
 Các chuyển biến austenít khi làm nguội chậm.
Chuyển biến austenít khi làm nguội chậm bắt đầu bằng sự tạo mầm trên ranh giới hạt
austenít. Nếu mầm ban đầu là những phần tử xementít thì sự xuất hiện mầm làm giảm nồng độ
các bon dọc theo ranh giới austenít - xementít và tạo điều kiện để mầm ferít hình thành.
Như vậy, trong vùng kề sát nhiệt độ A
1
đến mũi đường cong chữ C chuyển biến austenít
xảy ra với sự tạo thành hỗn hợp cơ học ferít + Xêmentít ở dạng tấm.
Nếu ausstenít quá nguội phân hóa ở nhiệt độ sát với độ tới hạn A
1
với độ quá nguội ∆T
ng
= 50
0
C ta sẽ thu được hỗn hợp của ferít + xêmentít trong đó xêmentít ở dạng tấm có kích thước
lớn (S khoảng 5 ÷ 7.10
-4
mm). Hỗn hợp này được gọi là péclít. Ðộ cứng của péc lít khoảng 10 ÷

15 HRC tức khoảng 180 ÷ 220 HB.
Nếu ausstenít quá nguội phân hóa ở nhiệt độ thấp hơn nữa

với độ quá nguội ∆T
ng
= 50 ÷
100
0
C ta cũng được hỗn hợp của ferít + xêmentít, trong đó xêmentít ở dạng tấm có kích thước
bé hơn ( S khoảng 3 ÷ 4.10
-4
mm). Tổ chức này được gọi là Xoócbít. Ðộ cứng của xoóc bít cao
hơn péc lít và bằng khoảng 25 ÷ 35 HRC tức khoảng 250 ÷ 350 HB.
Nếu ausstenít quá nguội phân hóa ở nhiệt độ thấp hơn nữa – ở trong khoảng 500 ÷ 600C
ứng với nhiệt độ austenít kém ổn định nhất (phần lồi ra của chữ "C" trong giản đồ) ta cũng
được hỗn hợp cơ học của ferít + xêmentít, nhưng xêmentít ở dạng tấm có kích thước bé hơn
nữa (S chỉ vào khoảng 1÷2.10
-4
mm). Tổ chức này có tên gọi là Trôxtít. Ðộ cứng của trôxtít cao
hơn nữa, khoảng 400HB.
Ta thấy rằng péclít, xoócbít (tôi) và trôxtít (tôi) đều là hỗn hợp cơ học của ferít và
xementít nhưng với mức độ nhỏ mịn của xementít khác nhau nên có độ bền và độ cứng khác
nhau. Ðiều này có thể giải thích rằng, khi tăng độ quá nguội, thì cả số mầm kết tinh và tốc độ
phát triển mầm cùng tăng nhưng do số mầm kết tinh ra hỗn hợp ferít và xementít tăng nhanh
hơn, nên hỗn hợp càng trở nên nhỏ mịn và có độ bền, độ cứng càng cao.
 Các chuyển biến austenít khi làm nguội nhanh.
Khi nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn austenít rồi làm nguội nhanh thích hợp thì
austenít không kịp khuyếch tán để phân hóa thành hỗn hợp ferít và xêmentít, mà bị quá nguội
xuống đến tận dưới nhiệt độ M
đ

và chuyển biến thành máctenxít. Tốc độ nguội nhanh để có
chuyển biến này phải không nhỏ hơn tốc độ tôi tới hạn v
th
, tức ứng với đường biểu diễn không
cắt đường cong chữ "C".
Máctenxít là dung dịch rắn xen kẽ quá bão hòa của các bon ở trong Fe
α
với nồng độ các
bon bằng nồng độ các bon của austenít, nó có kiểu mạng chính phương thể tâm trong đó
nguyên tử Fe nằm ở đỉnh và tâm ô cơ sở, còn nguyên tử các bon nằm giữa các cạnh theo trục
và tâm hai mặt đáy, tức vị trí lỗ hổng của khối tám mặt.
54
Hình 4.3 trình bày kiểu mạng tinh thể của tổ chức máctenxít Các đặc tính trên của mác
tenxít được giải thích như sau:


Hình 4.3 Mạng chính phương
thể tâm của tổ chức máctenxít
Tỉ số
1
〉
a
c
được gọi là độ chính phương của máctenxít. Thông thường
06,1001,1
÷=
a
c
.
Thứ tư, các bon chiu vào lỗ hổng của Fe

α
làm cho mạng tinh thể bị xô lệch, trở nên khó
biến dạng dẻo và có độ cứng cao nhất. Ðộ cứng của máctenxít vào khoảng 600 HB tức bằng
khoảng 3/4 độ cứng của xementít.
Chuyển biến máctenxít xảy ra không hoàn toàn. Ngoài tổ chức máctenxít mới được hình
thành bao giờ cũng tồn tại một lượng nhất định pha ban đầu là austenít, được gọi là austenít
dư.
Nguyên nhân gây ra chuyển biến máctenít xảy ra không hoàn toàn ở trong thép là do sự
khác nhau về thể tích riêng giữa hai pha.
 Các chuyển biến austenít khi làm nguội với tốc độ trung bình.
Khi làm nguội với tốc độ trung bình, sự phân hóa của austenít xảy ra trong khoảng nhiệt
độ từ mũi đường cong chữ C (khoảng 500
0
C) đến đường nằm ngang M
đ
.
Ở trong khoảng nhiệt độ này austenít quá nguội phân hóa thành hỗn hợp cơ học của dung
dịch rắn bão hoà các bon trong Fe
α
(ferít bão hòa các bon) và xêmentít với các cơ chế có
khuyếch tán và không khuyếch tán nên nó mang các đặc điểm của cả hai chuyển biến trên.
Chuyển biến này được gọi là chuyển biến Bainít hay chuyển biến trung gian.
Người ta phân ra hai loại bainít: bainít trên được tạo thành do austenít quá nguội phân
hóa ở khoảng nhiệt độ 500 ÷ 350
0
C và bainít dưới được tạo thành do austenít quá nguội phân
hóa ở khoảng nhiệt độ thấp hơn 350 ÷ 250
0
C (sát đường M
đ

). Ðộ cứng của bainít khoảng 450
÷ 550HB.
55
X
X
Fe
X
X
X
Các bon
a
a
c
Thứ nhất, do khi làm nguội nhanh, dung
dịch rắn của các bon trong Fe
γ
chuyển thành
dung dịch của các bon trong Fe
α
nên tất cả các
bon trong austenít không kịp khuyếch tán và
chuyển toàn bộ sang mạng của ferít nên nồng độ
các bon của hai pha này phải bằng nhau.
Thứ hai, ở trạng thái cân bằng, Fe
α
hoà tan
rất ít các bon, với lượng các bon cao như trong
austenít được cố định lại trong Fe
α
làm cho dung

dịch này trở nên quá bão hòa, tức vượt quá giới
hạn hòa tan.
Thứ ba, các bon hòa tan trong mạng tinh
thể của Fe
α
(lập phương diện tâm) chỉ có thể
bằng cách xen kẽ vào lỗ hổng trong mạng này
nên một cạnh của khối cơ bản lập phương thể
tâm bị kéo dài thành chính phương thể tâm.
Như vậy, Bainít cũng gồm hai pha ferít bão hòa và xêmentít, nhưng trong đó xêmenitít
có dạng tấm rất nhỏ mịn (S < 1.10
-4
mm).
Ðặc điểm của chuyển biến này là xảy ra không hoàn toàn, nghĩa là sau chuyển biến vẫn
còn một lượng austenít dư và có ứng suất dư. Cơ chế chuyển biến trung gian không theo cơ chế
chuyển biến thù hình thông thường.
Cơ tính của hai loại bainít cũng khác nhau. Bainít dưới có độ cứng, độ bền cao hơn, đồng
thời vẫn đảm bảo độ dẻo, độ dai nên được dùng nhiều hơn. Thường người ta dùng loại bainít
dưới được tạo thành ở nhiệt độ cao hơn điểm M
đ
50 ÷ 100
0
C.
4.1.3 Chuyển biến khi ram.
Sau khi nung nóng thép đến tổ chức austenít rồi làm nguội nhanh như xét ở trên tổ chức
thép nhận được là mactenxít và austenít dư vì chuyển biến mactenxít là chuyển biến không
hoàn toàn. Thép có tổå chức như thế này được gọi là thép tôi. Cả hai tổ chức của thép tôi đều
không ổn định và có xu hướng trở lại tổ chức ổn định là hỗn hợp peclít gồm ferít và xemenntít.
Mactenxít → [Fe
α

+ Fe
3
C] và Austenít
dư
→ [Fe
α
+ Fe
3
C]
Bản chất của quá trình chuyển biến Mactenxít → [Fe
α

+ Fe
3
C] là sự tiết bớt các bon bão
hòa trong mactenxít, dẫn đến làm giảm độ cứng của máctenxít và làm giảm nội ứng suất do
chuyển biến máctenxít tăng thể tích và do nguội nhanh gây nên.
Tuy nhiên quá trình xảy ra được hay không còn phụ thuộc vào nhiệt độ.
Ở nhiệt độ bình thường, quá trình xảy ra vô cùng chậm chạp và có thể coi như bằng
không. Khi nung nóng tới nhiệt độ thích hợp (dưới A
1
), quá trình xảy ra dễ dàng và nhanh hơn.
Nhiệt độ nung càng cao, chuyển biến xảy ra càng nhiều và nhanh vì vậy độ cứng của thép tôi
càng giảm đồng thời độ dẻo dai càng tăng. Chuyển biến này được gọi là ram.
Quá trình chuyển biến austenít khi làm nguội có thể tóm tắt bằng sơ đồ 4.4.
Lưu ý:
56
Hình 4.4 Sơ đồ chuyển biến austenít khi làm nguội
khác nhau.

Austenít
Peclít
Nguội đủ chậm
Bainít
Mactenxít
Nguội vừa
Nguội đủ nhanh
Mactenxít ram
Ram
Sản phẩm của quá trình ram bằng nung nóng thép đã tôi và quá trình ủ hoặc thường hóa
bằng cách làm nguội chậm austenít có sự khác nhau về cơ bản:
Sản phẩm thu được sau khi ram có xementít luôn tồn tại ở dạng hạt, nên nó có cơ tính
tổng hợp cao hơn hẳn so với hỗn hợp thu được khi ủ hoặc thường hóa luôn có xementít tồn tại
ở dạng tấm.
Mỗi loại thép sau khi tôi đúng chỉ thu được một giá trị độ cứng xác định, trong khi đó
yêu cầu về độ cứng của sản phẩm trong thực tế lại rất khác nhau, cho nên bằng cách ram nghĩa
là nung nóng lại thép đã tôi làm cho mactenxít bị phân hủy với mức độ khác nhau tùy theo
nhiệt độ nung nóng ta có thể điều chỉnh được độ cứng theo mong muốn.
Tóm lại, ram là một công nghệ tất yếu đối với sản phẩm qua tôi nhằm điều chỉnh độ cứng
và giảm nội ứng suất và tính dòn của chúng.
4.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP HOÁ BỀN KIM LOẠI
Để hóa bền vật liệu, người ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như phương
pháp nhiệt luyện (bao gồm ủ, thường hóa, tôi, ram, …), hoá nhiệt luyện, cơ nhiệt luyện, xử lý
lạnh (hay còn gọi gia công lạnh) v.v.
4.2.1 Nhiệt luyện
4.2.1.1 Thực chất và mục đích của nhiệt luyện.
Nhiệt luyện là một phương pháp gia công nhiệt không thể thiếu được trong ngành chế tạo
cơ khí và ngày càng có nhiều phương pháp nhiệt luyện tiên tiến nhằm thay đổi tổ chức dẫn tới
thay đổi tính chất và tính công nghệ của nó. Tuy nhiên trong giáo trình này chúng ta chỉ xét
nhiệt luyện thép mà thôi.

 Ðịnh nghĩa nhiệt luyện.
Nhiệt luyện được định nghĩa như sau: Nhiệt luyện là công nghệ nung nóng vật liệu đến
nhiệt độ xác định, giữ ở nhiệt độ đó trong một thời gian thích hợp rồi sau đó làm nguội với tốc
độ qui định để làm thay đổi tổ chức, dẫn đến làm thay đổi tính chất của vật liệu theo phương
thức đã chọn trước.
Ðịnh nghĩa trên được thể hiện qua hình vẽ 4.5.
57
Hỡnh 4.5 C ch nhit luyn n gin.
éiu cn ht sc chỳ ý l nhit nung khụng c phộp cao ti nhit núng chy.
éiu ny cú ngha l trong quỏ trỡnh nhit luyn, vt liu luụn trng thỏi rn, hỡnh dng v
kớch thc hu nh khụng thay i hoc thay i rt ớt.
Ta thy cú ba yu t quan trng c trng ca quỏ trỡnh nhit luyn l:
Nhit nung (T
0
nung
): nhit nung l nhit cao nht cn phi t c khi nung
núng.
Thi gian gi nhit (
gn
): thi

gian gi nhit l thi gian cn thit phi duy trỡ vt liu
nhit nung lm cho vt nung c thu nhit.
Tc lm ngui (V
ngui
): tc lm ngui l tc gim nhit trong mt n v thi
gian sau khi ó gi nhit. én v ca nú l
0
C/s hoc
0

C/h.
Tuy tc nung khụng phi l yu t c trng c bn ca quỏ trỡnh nhit luyn song
trong mt s trng hp (vt mng chng hn) nú khụng c ln hn giỏ tr cho phộp
trỏnh b bin dng, rn nt khi nung.
Trong nhit luyn vic xỏc nh nhit nung núng, thi gian gi nhit v tc lm
ngui ph thuc hon ton vo mc ớch ó nh trc. Vi nhng mc ớch khỏc nhau thỡ
cụng ngh nhit luyn cng khỏc nhau.
Mc ớch ca nhit luyn.
Nhit luyn thộp nhm t c cỏc mc ớch sau õy:
Ci thin c tớnh: Nhit luyn nhm lm tng bn, cng, tớnh chng mi
mũn ca cỏc chi tit, dng c nhng vn m bo yờu cu v do v dai va chm.
Do ú cú th lm cho chi tit chu c ti trng ln hn, hoc cú th thu nh kớch
thc v s dng c lõu bn hn.
Ci thin tớnh cụng ngh: Ngoi tỏc dng húa bn k trờn, nhit luyn cũn cú kh
nng ci thin tớnh cụng ngh nh rốn, hn, ct gt v.v lm cho quỏ trỡnh gia cụng c
thun li v d dng hn, nõng cao c nng sut lao ng.
T
0
nung

gn
V
ngu
oọi
Thụứi gian nhieọt luyeọn t
Nhieọt ủoọ
0
C
58
Do tác dụng quan trọng như vậy nên hầu hết các chi tiết quan trọng trong máy móc đều

phải qua nhiệt luyện và tất cả các dụng cụ đều phải qua nhiệt luyện. Thí dụ chi tiết qua nhiệt
luyện trong ngành ô tô, máy kéo chiếm tới 70 ÷ 80%, trong máy công cụ chiếm 60 ÷ 70%.
Các kết quả của nhiệt luyện thường được kiểm tra qua các chỉ tiêu:
− Ðộ cứng: Ðộ cứng là chỉ tiêu quan trọng cần được kiểm tra thường xuyên sau
mỗi quá trình nhiệt luyện.
− Tổ chức tế vi: Ðôi khi cần phải kiểm tra tổ chức tế vi bao gồm cấu tạo pha, kích
thước hạt, chiều sâu lớp hóa bền v.v. sau khi nhiệt luyện.
− Ðộ cong vênh cho phép: Do có quá trình chuyển biến pha khi nung nóng và làm
nguội, do giãn nở vì nhiệt nên thể tích vật liệu bị thay đổi dẫn đến biến dạng cong vênh,
thay đổi kích thước, hình dạng gây ảnh hưởng đến quá trình lắp ráp của chi tiết sau đó.
 Phân loại gia công nhiệt luyện.
Có nhiều cách để phân loại gia công nhiệt luyện.
Theo đặc điểm thao tác khi nhiệt luyện, người ta phân ra các phương pháp ủ, thường hóa,
tôi, ram, …
Theo vị trí của nhiệt luyện trong quá trình gia công cơ khí người ta phân biệt nhiệt luyện
sơ bộ và nhiệt luyện kết thúc.
Nhiệt luyện sơ bộ là các phương pháp nhiệt luyện nhằm tạo cho vật liệu có cơ tính cần
thiết phù hợp cho các dạng gia công cơ khí tiếp theo như cắt gọt, rèn, dập v.v hoặc chuẩn bị tổ
chức cho nhiệt luyện kết thúc, do đó nó thường tiến hành trước hoặc giữa các khâu gia công cơ
khí. Thuộc nhóm này là ủ, thường hóa.
Nhiệt luyện kết thúc bao gồm các phương pháp nhiệt luyện nhằm tạo cho chi tiết có cơ
tính tổng hợp tốt phù hợp với điều kiện làm việc của chúng do đó nó thường được tiến hành
sau cùng trong quá trình gia công cơ khí. Thuộc nhóm này thường là tôi, ram và gia công lạnh.
4.2.2 Ủ.
4.2.2.1 Ðịnh nghĩa và mục đích của ủ thép.
Ủ thép được định nghĩa như sau: Ủ thép là phương pháp nhiệt luyện bao gồm nung nóng
thép đến nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt lâu rồi làm nguội chậm để đạt được tổ chức ổn định theo
giản đồ trạng thái với độ cứng thấp nhất và độ dẻo cao.
Theo định nghĩa có hai điểm cần chú ý là:
Thứ nhất, nhiệt độ ủ không qui định theo qui luật chung mà phụ thuộc vào từng phương

pháp ủ.
Thứ hai, quá trình làm nguội tiến hành rất chậm (thường là để nguội cùng lò) với tốc độ
khoảng 10 ÷ 50
0
C/h để austenít phân hóa ở nhiệt độ thích hợp cho ra péclít.
Người ta ủ thép với các mục đích sau:
- Làm giảm độ cứng của thép để cải thiện tính gia công cắt gọt.
59
- Tăng độ dẻo nhằm cải thiện tính dập, cán, kéo thép ở trạng thái nguội.
- Làm giảm hay làm mất ứng suất bên trong của thép sau các nguyên công gia công cơ
khí như đúc, hàn v.v.
- Làm đồng đều thành phần hóa học trên toàn bộ tiết diện của vật đúc bị thiên tích.
- Làm nhỏ hạt thép nếu nguyên công trước đã tạo nên hạt lớn.
4.2.2.2 Các phương pháp ủ thép.
Tùy theo nhiệt độ ủ mà người ta chia ủ thép ra làm hai nhóm lớn là ủ thép không có
chuyển biến pha và ủ thép có chuyển biến pha.
 Các phương pháp ủ thép không có chuyển biến pha.
Các phương pháp ủ thép không có chuyển biến pha là các phương pháp ủ thép có nhiệt
độ ủ thấp hơn điểm tới hạn A
C1
, nghĩa là không có quá trình chuyển biến péclít thành austenít
khi nung nóng. Thuộc nhóm này có các phương pháp ủ thấp, ủ kết tinh lại, ủ khử giòn hyđrô và
ủ phòng điểm trắng.
Hình 4.6 mô tả các phương pháp ủ thép không có chuyển biến pha khác nhau.
Hình 4.6 Ủ thép không chuyển pha
• Ủ thấp.
Ủ thấp còn được gọi là ủ khử ứng suất dư, là phương pháp ủ có tác dụng làm giảm hay
khử bỏ ứng suất bên trong của các vật đúc hay các sản phẩm thép đã qua gia công áp lực.
Khi ủ ở nhiệt độ rất thấp (khoảng 200 ÷ 300
0

C) thì chỉ giảm một phần ứng suất bên
trong. Còn nếu ủ ở khoảng nhiệt độ cao hơn (400 ÷ 500
0
C) có thể khử bỏ hoàn toàn ứng suất
bên trong. Do nhiệt độ ủ còn thấp nên phương pháp ủ này không làm thay đổi độ cứng và kích
thước hạt.
60
• Ủ kết tinh lại.
Ủ kết tinh lại thường được tiến hành cho các thép đã qua biến dạng nguội bị biến cứng
cần khôi phục lại tính dẻo trước khi biến dạng tiếp theo.
Nhiệt độ ủ kết tinh lại cho các loại thép các bon là 600 ÷ 700
0
C, tức vẫn thấp hơn điểm
tới hạn A
C!
. Ủ kết tinh lại làm thay đổi kích thước hạt và giảm độ cứng, nhưng khó áp dụng cho
thép và khó tránh tạo nên hạt lớn.
• Ủ khử dòn hydrô.
Loại ủ này có tác dụng giải phóng hydrô sau khi dùng axít tẩy rửa bề mặt kim loại. Chế
độ nhiệt luyện là nung tới nhiệt độ 450
0
C, giữ nhiệt khoảng 0,5 ÷ 1 giờ rồi làm nguội chậm.
• Ủ phòng trừ điểm trắng:
Dùng để giải phóng hydrô trong thép (sau khi nấu luyện) gây nhiều vết nứt bên trong (dễ
gây dòn đột ngột).
 Các phương pháp ủû thép có chuyển biến pha.
Các phương pháp ủ thép có chuyển biến pha là các phương pháp ủ thép có nhiệt độ ủ cao
hơn điểm tới hạn A
C1
, có quá trình chuyển biến pha péclít thành austenít khi nung nóng.

Thuộc nhóm này có các phương pháp ủ hoàn toàn, ủ khuyếch tán, ủ đẳng nhiệt, ủ không
hoàn toàn và ủ cầu hóa như minh họa trên hình vẽ 4.7.
61

Hình 4.7 Ủ thép có chuyển biến pha.
• Ủ hồn tồn.
Ủ hồn tồn là phương pháp ủ gồm nung nóng thép tới trạng thái hồn tồn là austenít,
tức nhiệt độ nung cao hơn A
C3
hoặc cao hơn A
CCm
. Loại ủ này chỉ áp dụng cho thép trước cùng
tích nên nhiệt độ để ủ hồn tồn là A
C3
+ (20 ÷ 30
0
C).
A
cm
A + Xe
II
Ủ không hoàn toàn
///////////////////////////////////
///////////////////////// Ủ khuyếch tán
F + P P + Xe
II
P
Austewnít (A)

Ủ hoàn toàn

A
1
A
3
F + A
62
0,4
0,8
1,2 1,4
% C
0
C
1.000
900
800
700
600
500
400
300
Mục đích của ủ hoàn toàn là:
- Làm nhỏ hạt: do nhiệt độ nung nóng chỉ cao quá A
C3
khoảng 20 ÷ 30
0
C ứng với nhiệt
độ khoảng 780 ÷ 860
0
C nên hạt austenít vẫn giữ được kích thước bé vì vậy làm nguội tiếp theo
sẽ có tổ chức ferít và péc lít hạt nhỏ.

- Làm giảm độ cứng, tăng tính dẻo để dễ cắt gọt và dập nguội. Sau khi ủ, độ cứng đạt
khoảng 160 ÷ 200HB (bảo đảm cắt gọt tốt) và dẻo dễ gia công áp lực.
• Ủ khuyếch tán.
Ủ khuyếch tán là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép lên đến nhiệt độ rất cao
khoảng 1100 ÷ 1150
0
C và giữ nhiệt trong nhiều giờ (khoảng 10 ÷ 15 giờ). Phương pháp ủ này
áp dụng cho các thỏi đúc bằng thép hợp kim cao có hiện tượng thiên tích. Trong điều kiện nhiệt
độ cao và thời gian dài, các nguyên tố hợp kim có khả năng khuyếch tán mạnh và làm đồng
đều thành phần hóa học của thép.
Nhược điểm của phương pháp ủ này là do nhiệt độ cao nên tạo ra các hạt kim loại quá
lớn, vì thế nếu không qua biến dạng dẻo để làm nhỏ hạt thì sau đó phải tiến hành ủ hoàn toàn
để làm nhỏ hạt.
• Ủ đẳng nhiệt.
Ủ đẳng nhiệt là phương pháp ủ được tiến hành bằng cách nung nóng thép tới nhiệt độ ủ
(xác định theo mục đích ủ), giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh xuống dưới điểm tới hạn A
1
khoảng
50 ÷ 100
0
C tùy theo yêu cầu về tổ chức nhận được, giữ ở nhiệt độ đó thật lâu trong lò để
austenít phân hóa thành hỗn hợp ferít và xêmentít. Thời gian giữ nhiệt tùy thuộc tính ổn định
quá nguội của thép ủ ở nhiệt độ giữ đẳng nhiệt.
• Ủ không hoàn toàn.
Ủ không hòa toàn là phương pháp ủ gồm nung nóng thép tới trạng thái chưa hoàn toàn là
austenít, tức chỉ cao hơn A
C1
nhưng còn thấp hơn A
C3
và A

CCm
. Sự chuyển biến khi nung ở đây
xảy ra không hoàn toàn. Chỉ có péc lít chuyển thành austenít còn ferít hoặc xêmentít vẫn giữ
nguyên chưa biến đổi.
Ủ không hoàn toàn được áp dụng chủ yếu cho thép cùng tích và sau cùng tích với mục
đích làm giảm độ cứng đến mức có thể cắt gọt được. Các loại thép này nếu tiến hành ủ hoàn
toàn thì nhận được péc lít tấm, có độ cứng còn cao (thường trên 200HB) nên quá trình cắt gọt
còn khó khăn. Nếu ủ không hoàn toàn sẽ nhận được tổ chức péc lít hạt có độ cứng thấp hơn
(khoảng 200HB) đảm bảo cho quá trình cắt gọt dễ dàng hơn.
Nhiệt độ ủ không hoàn toàn cho mọi loại thép các bon là:
A
C1
+ (20 ÷ 30
0
C), tức khoảng 750 ÷ 770
0
C
• Ủ cầu hóa.
Một dạng ủ đặc biệt của ủ không hoàn toàn là ủ cầu hóa. Ủ cầu hóa là phương pháp ủ có
nhiệt độ nung nóng dao động trên dưới A
1
. Nung nóng thép đến 750 ÷ 780
0
C rồi lại làm nguội
xuống 650 ÷ 780
0
C, cứ thế trong nhiều lần. Với cách làm như vậy ta cầu hóa được xêmentít
của péclít.
63