3. Ủ và thường hóa thép Mục tiêu
4.6. Các phương pháp tôi thể tích và công dụng
Tôi thể tích là phương pháp mà toàn bộ thể tích mà vật cần tôi cứng (có tổ
chức M). Tuỳ theo cách làm nguội mà có các phương pháp tôi thể tích sau.
– Tôi một môt trường
– Tôi hai môi trường
– Tôi phân cấp
– Tôi đẳng nhiệt
– Tôi tự ram
4.6.1. Tôi trong một môt trường (đường a, hình 3.11)
Sau khi nung thép đạt đến nhiệt độ tôi, nhúng chi tiết trong một môi
trường là nước.
Ưu điểm: thao tác đơn giản, dễ cơ khí hoá, không cần thợ bậc cao;
Nhược điểm: dễ gây ứng suất sinh ra biến dạng;
4.6.2.Tôi trong hai môi trường. (đường b hình 3.11)
Sau khi nung nóng và giữ nhiệt, nhúng chi tiết vào môi trường nguội
nhanh (nước). Khi nhiệt độ chi tiết còn khoảng 3000C, nhấc ra và nhúng vào môi
trường nguội chậm (dầu), để nguội đến nhiệt độ thường.
Ưu điểm: Làm nguội nhanh thép ở nhiệt độ >3000C, làm nguội chậm thép
ở nhiệt độ < 3000C. Chuyển biến mactenxit xảy ra ở môi trường nguội chậm, do
đó giảm bớt ứng suất bên trong, ít nứt. Đây là cách tôi thích hợp cho thép
cacbon (đặc biệt là thép cacbon cao), Vì vừa đảm bảo đạt độ cứng cao, vừa ít
xảy ra biến dạng, nứt.;
Nhược điểm: khó xác định thời điểm chuyển từ nước qua dầu. Nếu
chuyển quá sớm, thép sẽ bị nguội trong môi trường dầu là chủ yếu dễ không đạt
độ cứng. Nếu chuyển quá muộn, chuyển biến mactenxit xảy ra ở môi trường
nước, ứng suất bên trong lớn, gây biến dạng và nứt. Kinh nghiệm cho hay, thời
gian làm nguội trong môi trường nước lấy theo mức (2 ÷ 3)s cho 10mm đường
kính, hoặc chiều dày. Ví dụ dụng cụ có đường kính 15mm được làm nguội trong
nước khoảng (3 ÷ 4)s, sau đó nhấc ra cho sang dầu;
Tôi trong hai môi trường đòi hỏi công nhân có tay nghề cao (xác định thời
điểm chuyển môi trường). Khó cơ khí hoá, thường áp dụng cho sản xuất từng
loạt nhỏ hay đơn chiếc.
4.6.3. Tôi phân cấp (đường c hình 3.11)
Sau khi nung thép đạt đến nhiệt độ tôi, giữ nhiệt, nhúng chi tiết vào môi
trường muối nóng chảy có t0 = 3000C trong thời gian ngắn để nhiệt độ trong lõi
và bề mặt chi tiết bằng nhiệt độ môi trường muối, nhấc ra làm nguội ngoài
không khí, chuyển biến mactenxit xảy ra ở môi không khí.
Các ưu điểm của tôi phân cấp:
– Phương pháp này khắc phục thiếu sót về xác định nhiệt độ chuyển môi
trường của tôi trong hai môi trường. Ở đây môi trường làm nguội là môi trường
muối nóng chảy;
-Ứng suất bên trong rất thấp do quá trình làm nguội được ngắt ra hai cấp,
chênh lệch nhiệt độ giữa lõi và bề mặt thấp, chuyển biến mactenxit xảy ra với
tốc độ nguội rất chậm;
– Có thể tiến hành nắn (sửa cong vênh) trong các đồ gá đặc biệt khi làm
nguội thép ở trong không khí từ nhiệt độ (phân cấp), lúc đó chi tiết còn dẻo vì
chưa hay mới bắt đầu chuyển biến mactenxit.
Các nhược điểm của tôi phân cấp:
– Không áp dụng được cho các chi tiết có tiết diện lớn, bởi vì môi trường
làm nguội có nhiệt độ cao (300 ÷ 500)0C, khả năng làm nguội chậm, nên với tiết
diện lớn khó đạt đến vth ;
Phạm vi áp dụng của tôi phân cấp là các dụng cụ bằng thép hợp kim với
tính ổn định của auxtenit quá nguội lớn (vt.h nhỏ), có tiết diện bé (đường kính
hay chiều dày trong khoảng 10 ÷ 30 mm).
Thành phần các muối để tôi phân cấp trình bày ở bảng 3.1.
Bảng 3.1- Các muối để tôi phân cấp và tôi đẳng nhiệt.
4.6.4.Tôi đẳng nhiệt (đường d hình 3.11)
Nung thép đạt đến nhiệt độ tôi, giữ nhiệt, làm nguội trong muối nóng chảy
với thời gian đủ lâu để auxtenit phân hoá ra hỗn hợp ferit + Xêmentit có độ cứng
tương đối cao (nhưng vẫn thấp hơn khi tôi ra mactenxit) và độ dai tốt. Thường
giữ đẳng nhiệt ở (250 ÷ 400)0C để đạt bainit, đôi khi ở nhiệt độ cao hơn (500 ÷
600)0C để đạt được trôxtit, sau đó làm nguội tiếp ngoài không khí. Sau khi tôi
đẳng nhiệt không cần ram.
Tôi đẳng nhiệt chỉ áp dụng cho thép hợp kim, có tính ổn định của auxtenit
quá nguội lớn và với tiết diện nhỏ.
4.6.5.Tôi tự ram.
Tôi tự ram là phương pháp tôi chỉ cần nung một lần chi tiết có thể thực
hiện đ ược hai công nghệ nhiệt luyện tôi và ram.
Cách tiến hành: Nung toàn bộ chi tiết đến nhiệt độ tôi, giữ nhiệt một thời
gian cần thiết rồi nhúng phần cần tôi vào môi trường tôi trong thời gian nhất
định đủ để chuyển biến thành mactenxit. Khi nhiệt độ ở phần không tôi còn
khoảng (300 ÷ 400)0C thì nhấc chi tiết ra ngoài không khí để nhiệt phần không
tôi truyền xuống nung nóng phần đã tôi, do đó chi tiết được ram ngay. Việc xác
định nhiệt độ ram để đạt độ cứng theo yêu cầu thường dùng cách nhìn màu gọi
là ram màu. Ở các nhiệt độ trên 2000C, trên bề mặt của thép có lớp màng ôxit
với chiều dày khác nhau, do vậy có màu sắc khác nhau. Nếu biết được mối quan
hệ giữa màu sắc và nhiệt độ có thể hoàn toàn khống chế được nhiệt độ ram qua
màu sắc biến đổi trên bề mặt của thép đã được đánh sạch (hiện tượng này gọi là
chạy màu chi tiết (bảng 3.2 trình bày mối quan hệ đó).
Thành phần muối Nhiệt độ chảy hoàn
toàn 0C Nhiệt độ sử dụng
0C
NaN03
50% NaN03 + 50% KN03
50% NaN03 + 50% KN02
20% Na0H + 80% K0H
310
220
150
140
400 ÷ 550
300 ÷ 400
160 ÷ 300
160 ÷ 300
Bảng 3.2: Quan hệ giữa nhiệt độ ram và màu sắc ôxit
Nhiệt độ0C Màu ram Chiều dày lớp ô xit( µm) Độ cứng đạtđược(HRC)
220 vàng rơm
0,045 58 ÷ 55
230 vàng rơm
240 Vàng đậm
255 Nâu
0,05 54 ÷ 45
265 Đỏ nâu
275 Đỏ thẫm
0,065 44 ÷ 35
285 Tím
300 Xanh biển
0,75 34 ÷ 25
315 Xanh nhạt
Tôi tự ram áp dụng cho các dụng cụ cầm tay: Đục , búa…ví dụ, khi tôi
đục người ta nung nóng đục đến nhiệt độ tôi, sau đó làm nguội phần lưỡi đục
trong nước khoảng vài giây rồi nhấc ra, lúc đó phần còn lại sẽ nung nóng lưỡi
đến khi có mầu vàng (ứng với ram ở 220 ÷ 2400C) và hạ độ cứng xuống còn (56
÷ 58) HRC thì lại nhúng toàn bộ vào nước. Nếu nhúng không kịp thời, để nhiệt
độ của lưỡi đục tăng lên, ví dụ xuất hiện tới màu tím hoặc màu xanh, tức là ứng
với nhiệt độ ram trên dưới 3000C, thì độ cứng giảm đi nhiều. Việc làm nguội lần
cuối chỉ có tác dụng không cho nhiệt độ ram tăng quá nhiệt độ quy định.
Ưu điểm của tôi tự ram là giảm được nứt do tôi vì được ram kịp thời,
không tốn lò, nhiệt năng và rút ngắn được quá trình chế tạo, không mất thời gian
ram tiếp theo. Quá trình tự ram không những áp dụng cho sản xuất đơn chiếc mà
cả trong sản xuất hàng loạt, đặc biệt trong tôi bề mặt bằng dòng điện cảm ứng có
tần số cao.