Xử lý nhiệt là quá trình xử lý nhiệt kim loại, trong đó vật liệu được nung nóng, giữ ở nhiệt độ cao và làm nguội ở trạng thái rắn để đạt được cấu trúc và tính chất mong muốn.
I. Xử lý nhiệt
1. Chuẩn hóa: Thép hoặc các mảnh thép được nung nóng đến điểm tới hạn của AC3 hoặc ACM trên nhiệt độ thích hợp và duy trì trong một khoảng thời gian nhất định sau khi làm nguội trong không khí, để thu được cấu trúc dạng pealit thông qua quá trình xử lý nhiệt.
2. Ủ: phôi thép eutectic được nung nóng đến AC3 trên 20-40 độ, sau khi giữ trong một khoảng thời gian, làm nguội từ từ trong lò (hoặc làm nguội bằng cát hoặc vôi) xuống dưới 500 độ trong quá trình xử lý nhiệt bằng không khí.
3. Xử lý nhiệt dung dịch rắn: Hợp kim được nung nóng đến vùng một pha ở nhiệt độ cao và duy trì ở nhiệt độ không đổi để pha dư được hòa tan hoàn toàn vào dung dịch rắn, sau đó làm nguội nhanh để thu được dung dịch rắn bão hòa quá mức thông qua quá trình xử lý nhiệt.
4. Sự lão hóa: Sau khi xử lý nhiệt dung dịch rắn hoặc biến dạng dẻo nguội hợp kim, khi để ở nhiệt độ phòng hoặc giữ ở nhiệt độ cao hơn một chút so với nhiệt độ phòng, hiện tượng tính chất của nó thay đổi theo thời gian sẽ xảy ra.
5. Xử lý dung dịch rắn: để hợp kim ở nhiều pha khác nhau được hòa tan hoàn toàn, tăng cường dung dịch rắn và cải thiện độ dẻo dai và khả năng chống ăn mòn, loại bỏ ứng suất và hiện tượng mềm hóa, nhằm tiếp tục quá trình tạo hình.
6. Xử lý lão hóa: nung nóng và giữ ở nhiệt độ kết tủa pha gia cường, để pha gia cường kết tủa, cứng lại, nhằm cải thiện độ bền.
7. Tôi luyện: quá trình tôi luyện thép sau khi làm nguội ở tốc độ làm nguội thích hợp, sao cho toàn bộ hoặc một phần cấu trúc tổ chức không ổn định trong mặt cắt ngang của phôi trải qua quá trình chuyển hóa mactenxit.
8. Tôi luyện: phôi đã được tôi sẽ được nung nóng đến điểm tới hạn AC1 dưới nhiệt độ thích hợp trong một khoảng thời gian nhất định, sau đó làm nguội theo yêu cầu của phương pháp, để đạt được cấu trúc và tính chất mong muốn của quá trình xử lý nhiệt.
9. Xử lý cacbonitrit thép: Xử lý cacbonitrit là quá trình thẩm thấu đồng thời cacbon và nitơ vào lớp bề mặt của thép. Xử lý cacbonitrit thông thường còn được gọi là xyanua, xử lý cacbonitrit khí ở nhiệt độ trung bình và xử lý cacbonitrit khí ở nhiệt độ thấp (tức là nitrocacbon hóa khí) được sử dụng rộng rãi hơn. Mục đích chính của xử lý cacbonitrit khí ở nhiệt độ trung bình là cải thiện độ cứng, khả năng chống mài mòn và độ bền mỏi của thép. Xử lý cacbonitrit khí ở nhiệt độ thấp dựa trên phương pháp nitriding, mục đích chính là cải thiện khả năng chống mài mòn và khả năng chống cắn của thép.
10. Xử lý tôi (tôi và ram): Thông thường, người ta sẽ tôi và ram ở nhiệt độ cao kết hợp với xử lý nhiệt, được gọi là xử lý tôi. Xử lý tôi được sử dụng rộng rãi trong nhiều chi tiết kết cấu quan trọng, đặc biệt là các chi tiết chịu tải trọng thay đổi như thanh truyền, bu lông, bánh răng và trục. Sau khi xử lý tôi, thép được tôi thành dạng sohnite, có tính chất cơ học tốt hơn so với thép có cùng độ cứng nhưng ở dạng sohnite thường. Độ cứng của nó phụ thuộc vào nhiệt độ tôi cao, độ ổn định tôi của thép và kích thước mặt cắt ngang của phôi, thường nằm trong khoảng HB200-350.
11. Hàn thiếc: Sử dụng vật liệu hàn thiếc, hai loại phôi sẽ được nung nóng, nung chảy và liên kết với nhau thông qua quá trình xử lý nhiệt.
II.Tcác đặc điểm của quá trình
Xử lý nhiệt kim loại là một trong những quy trình quan trọng trong sản xuất cơ khí. So với các quy trình gia công khác, xử lý nhiệt thường không làm thay đổi hình dạng và thành phần hóa học tổng thể của phôi, mà thay đổi cấu trúc vi mô bên trong của phôi, hoặc thay đổi thành phần hóa học trên bề mặt phôi, để tạo ra hoặc cải thiện các tính chất sử dụng của phôi. Đặc điểm của xử lý nhiệt là cải thiện chất lượng nội tại của phôi, điều này thường không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Để chế tạo phôi kim loại có các tính chất cơ học, vật lý và hóa học cần thiết, ngoài việc lựa chọn vật liệu hợp lý và nhiều quy trình tạo hình khác nhau, quá trình xử lý nhiệt thường rất cần thiết. Thép là vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp cơ khí, cấu trúc vi mô của thép phức tạp, có thể được kiểm soát bằng xử lý nhiệt, vì vậy xử lý nhiệt thép là nội dung chính của xử lý nhiệt kim loại. Ngoài ra, nhôm, đồng, magie, titan và các hợp kim khác cũng có thể được xử lý nhiệt để thay đổi các tính chất cơ học, vật lý và hóa học, nhằm đạt được hiệu suất khác nhau.
III.Tquá trình
Quá trình xử lý nhiệt thường bao gồm ba công đoạn: nung nóng, giữ nhiệt và làm nguội, đôi khi chỉ có hai công đoạn nung nóng và làm nguội. Các công đoạn này liên kết chặt chẽ với nhau và không thể bị gián đoạn.
Nung nóng là một trong những quá trình quan trọng của xử lý nhiệt. Xử lý nhiệt kim loại có nhiều phương pháp gia nhiệt, phương pháp sớm nhất là sử dụng than củi và than đá làm nguồn nhiệt, gần đây hơn là ứng dụng nhiên liệu lỏng và khí. Việc sử dụng điện giúp dễ dàng kiểm soát quá trình gia nhiệt và không gây ô nhiễm môi trường. Việc sử dụng các nguồn nhiệt này có thể gia nhiệt trực tiếp, hoặc thông qua muối nóng chảy hoặc kim loại nóng chảy, để gia nhiệt gián tiếp các hạt nổi.
Khi nung nóng kim loại, phôi tiếp xúc với không khí, quá trình oxy hóa và khử cacbon thường xảy ra (tức là hàm lượng cacbon trên bề mặt các chi tiết thép bị giảm), điều này ảnh hưởng rất tiêu cực đến các tính chất bề mặt của các chi tiết được xử lý nhiệt. Do đó, kim loại thường phải được nung trong môi trường được kiểm soát hoặc môi trường bảo vệ, sử dụng muối nóng chảy và nung chân không, ngoài ra còn có các phương pháp phủ hoặc đóng gói để bảo vệ khi nung.
Nhiệt độ nung là một trong những thông số quan trọng của quá trình xử lý nhiệt, việc lựa chọn và kiểm soát nhiệt độ nung là vấn đề chính để đảm bảo chất lượng xử lý nhiệt. Nhiệt độ nung thay đổi tùy thuộc vào vật liệu kim loại được xử lý và mục đích xử lý nhiệt, nhưng nhìn chung được nung nóng trên nhiệt độ chuyển pha để đạt được cấu trúc vi mô ở nhiệt độ cao. Ngoài ra, quá trình chuyển pha cần một khoảng thời gian nhất định, vì vậy khi bề mặt của phôi kim loại đạt đến nhiệt độ nung yêu cầu, cần phải duy trì nhiệt độ này trong một khoảng thời gian nhất định để nhiệt độ bên trong và bên ngoài đồng nhất, nhờ đó quá trình chuyển đổi cấu trúc vi mô được hoàn tất, được gọi là thời gian giữ nhiệt. Việc sử dụng gia nhiệt mật độ năng lượng cao và xử lý nhiệt bề mặt có tốc độ nung cực nhanh, thường không có thời gian giữ nhiệt, trong khi xử lý nhiệt hóa học thường có thời gian giữ nhiệt dài hơn.
Làm nguội cũng là một bước không thể thiếu trong quá trình xử lý nhiệt, các phương pháp làm nguội khác nhau tùy thuộc vào quy trình, chủ yếu là để kiểm soát tốc độ làm nguội. Nhìn chung, tốc độ làm nguội khi ủ là chậm nhất, tốc độ làm nguội khi chuẩn hóa nhanh hơn, tốc độ làm nguội khi tôi nhanh hơn nữa. Nhưng cũng do các loại thép khác nhau có yêu cầu khác nhau, ví dụ như thép tôi cứng bằng không khí có thể được tôi với tốc độ làm nguội tương tự như khi chuẩn hóa.
IV.Pphân loại quy trình
Quá trình xử lý nhiệt kim loại có thể được chia đại khái thành ba loại: xử lý nhiệt toàn bộ, xử lý nhiệt bề mặt và xử lý nhiệt hóa học. Tùy thuộc vào môi chất gia nhiệt, nhiệt độ gia nhiệt và phương pháp làm nguội, mỗi loại có thể được phân biệt thành nhiều quy trình xử lý nhiệt khác nhau. Cùng một loại kim loại nhưng sử dụng các quy trình xử lý nhiệt khác nhau có thể thu được cấu trúc khác nhau, từ đó dẫn đến các tính chất khác nhau. Sắt và thép là kim loại được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp, và cấu trúc vi mô của thép cũng phức tạp nhất, vì vậy có rất nhiều quy trình xử lý nhiệt thép khác nhau.
Xử lý nhiệt tổng thể là quá trình nung nóng toàn bộ phôi, sau đó làm nguội ở tốc độ thích hợp, để đạt được cấu trúc luyện kim cần thiết, nhằm thay đổi các tính chất cơ học tổng thể của kim loại. Xử lý nhiệt tổng thể thép gồm bốn quá trình cơ bản: ủ, chuẩn hóa, tôi và ram.
Quy trình có nghĩa là:
Ủ nhiệt là quá trình nung nóng phôi đến nhiệt độ thích hợp, tùy thuộc vào vật liệu và kích thước của phôi mà sử dụng thời gian giữ khác nhau, sau đó làm nguội từ từ. Mục đích là để cấu trúc bên trong của kim loại đạt được hoặc gần đạt trạng thái cân bằng, nhằm đạt được hiệu suất và tính chất gia công tốt, hoặc để chuẩn bị cho quá trình tôi luyện tiếp theo.
Tôi luyện là quá trình nung nóng phôi đến nhiệt độ thích hợp sau khi làm nguội trong không khí. Tác dụng của tôi luyện tương tự như ủ, chỉ khác là tạo ra cấu trúc mịn hơn. Quá trình này thường được sử dụng để cải thiện hiệu suất cắt gọt của vật liệu, nhưng đôi khi cũng được sử dụng cho một số chi tiết ít đòi hỏi hơn như là bước xử lý nhiệt cuối cùng.
Tôi luyện là quá trình nung nóng phôi và giữ nhiệt, sau đó nhúng vào nước, dầu hoặc các muối vô cơ khác, dung dịch hữu cơ trong nước và các môi trường tôi luyện khác để làm nguội nhanh. Sau khi tôi luyện, các chi tiết thép trở nên cứng nhưng đồng thời cũng trở nên giòn. Để loại bỏ tính giòn kịp thời, thông thường cần phải ram kịp thời.
Để giảm độ giòn của các chi tiết thép, người ta tôi các chi tiết thép ở nhiệt độ thích hợp cao hơn nhiệt độ phòng và thấp hơn 650 ℃ trong thời gian dài, sau đó làm nguội; quá trình này được gọi là ram. Ủ, chuẩn hóa, tôi, ram là tổng thể các quá trình xử lý nhiệt trong “bốn lò”, trong đó tôi và ram có mối liên hệ chặt chẽ, thường được sử dụng kết hợp với nhau, không thể thiếu một trong hai. “Bốn lò” với nhiệt độ nung và chế độ làm nguội khác nhau đã phát triển thành các quy trình xử lý nhiệt khác nhau. Để đạt được độ bền và độ dẻo dai nhất định, người ta kết hợp quá trình tôi và ram ở nhiệt độ cao, được gọi là ram. Sau khi một số hợp kim được tôi để tạo thành dung dịch rắn siêu bão hòa, chúng được giữ ở nhiệt độ phòng hoặc ở nhiệt độ thích hợp cao hơn một chút trong thời gian dài hơn để cải thiện độ cứng, độ bền hoặc tính chất từ của hợp kim. Quá trình xử lý nhiệt như vậy được gọi là xử lý lão hóa.
Quá trình gia công biến dạng bằng áp suất và xử lý nhiệt được kết hợp chặt chẽ và hiệu quả để thực hiện, giúp phôi đạt được độ bền và độ dẻo dai rất tốt bằng phương pháp xử lý nhiệt biến dạng; xử lý nhiệt trong môi trường áp suất âm hoặc chân không được gọi là xử lý nhiệt chân không, không chỉ giúp phôi không bị oxy hóa, không bị khử cacbon, giữ nguyên bề mặt phôi sau khi xử lý, nâng cao hiệu năng của phôi, mà còn có thể thực hiện xử lý nhiệt hóa học thông qua chất thẩm thấu.
Xử lý nhiệt bề mặt là quá trình chỉ nung nóng lớp bề mặt của phôi để thay đổi các tính chất cơ học của lớp bề mặt kim loại. Để chỉ nung nóng lớp bề mặt của phôi mà không truyền nhiệt quá mức vào bên trong phôi, nguồn nhiệt sử dụng phải có mật độ năng lượng cao, tức là trên một đơn vị diện tích của phôi phải cung cấp năng lượng nhiệt lớn hơn, để lớp bề mặt của phôi hoặc một vùng cục bộ có thể đạt đến nhiệt độ cao trong thời gian ngắn hoặc tức thời. Các phương pháp xử lý nhiệt bề mặt chính là tôi bằng ngọn lửa và xử lý nhiệt bằng gia nhiệt cảm ứng, các nguồn nhiệt thường được sử dụng là ngọn lửa oxyaxetylen hoặc oxypropan, dòng điện cảm ứng, laser và chùm tia điện tử.
Xử lý nhiệt hóa học là một quá trình xử lý nhiệt kim loại bằng cách thay đổi thành phần hóa học, cấu trúc và tính chất của lớp bề mặt phôi. Xử lý nhiệt hóa học khác với xử lý nhiệt bề mặt ở chỗ nó thay đổi thành phần hóa học của lớp bề mặt phôi. Trong xử lý nhiệt hóa học, phôi được đặt trong môi trường chứa cacbon, muối hoặc các nguyên tố hợp kim khác (khí, lỏng, rắn), sau đó được nung nóng và giữ nhiệt trong một khoảng thời gian dài, để lớp bề mặt phôi được thấm các nguyên tố cacbon, nitơ, boron, crom và các nguyên tố khác. Sau khi thấm các nguyên tố, đôi khi cần thực hiện các quá trình xử lý nhiệt khác như tôi và ram. Các phương pháp chính của xử lý nhiệt hóa học là thấm cacbon, thấm nitơ và thấm kim loại.
Xử lý nhiệt là một trong những quy trình quan trọng trong quá trình sản xuất các chi tiết cơ khí và khuôn mẫu. Nói chung, nó có thể đảm bảo và cải thiện các đặc tính khác nhau của phôi, chẳng hạn như khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn. Nó cũng có thể cải thiện cấu trúc phôi và trạng thái ứng suất, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho nhiều quá trình gia công nóng và nguội khác nhau.
Ví dụ: gang trắng sau khi xử lý ủ lâu ngày có thể thu được gang dẻo, cải thiện độ dẻo; bánh răng được xử lý nhiệt đúng cách, tuổi thọ có thể gấp nhiều lần hoặc hàng chục lần so với bánh răng không được xử lý nhiệt; ngoài ra, thép carbon giá rẻ thông qua quá trình thẩm thấu một số nguyên tố hợp kim có được một số đặc tính của thép hợp kim đắt tiền, có thể thay thế một số loại thép chịu nhiệt, thép không gỉ; khuôn mẫu và khuôn dập hầu hết đều cần phải trải qua xử lý nhiệt và chỉ có thể sử dụng được sau khi xử lý nhiệt.
Phương tiện bổ sung
I. Các loại ủ nhiệt
Ủ nhiệt là một quá trình xử lý nhiệt trong đó phôi được nung nóng đến nhiệt độ thích hợp, giữ trong một khoảng thời gian nhất định, rồi làm nguội từ từ.
Có nhiều loại quy trình ủ thép, theo nhiệt độ nung có thể chia thành hai loại: một là ủ ở nhiệt độ tới hạn (Ac1 hoặc Ac3) trở lên, còn được gọi là ủ tái kết tinh chuyển pha, bao gồm ủ hoàn toàn, ủ không hoàn toàn, ủ cầu và ủ khuếch tán (ủ đồng nhất), v.v.; loại còn lại là ủ dưới nhiệt độ tới hạn, bao gồm ủ tái kết tinh và ủ giảm ứng suất, v.v. Theo phương pháp làm nguội, quá trình ủ có thể được chia thành ủ đẳng nhiệt và ủ làm nguội liên tục.
1. Ủ hoàn toàn và ủ đẳng nhiệt
Ủ hoàn toàn, còn được gọi là ủ tái kết tinh, thường được gọi tắt là ủ, là quá trình nung nóng thép đến nhiệt độ Ac3 trên 20 ~ 30 ℃, giữ nhiệt đủ lâu để làm cho cấu trúc hoàn toàn chuyển sang trạng thái austenit sau khi làm nguội chậm, nhằm đạt được cấu trúc gần cân bằng trong quá trình xử lý nhiệt. Quá trình ủ này chủ yếu được sử dụng cho các sản phẩm đúc, rèn và biên dạng cán nóng bằng thép cacbon và hợp kim có thành phần dưới điểm eutectic, và đôi khi cũng được sử dụng cho các kết cấu hàn. Nói chung, nó thường được sử dụng như một bước xử lý nhiệt cuối cùng cho một số chi tiết không quá nặng, hoặc như một bước xử lý nhiệt sơ bộ cho một số chi tiết.
2, ủ bi
Ủ cầu hóa chủ yếu được sử dụng cho thép cacbon quá điểm eutectic và thép hợp kim dụng cụ (như trong sản xuất các dụng cụ cắt, thước đo, khuôn mẫu và khuôn dập dùng trong thép). Mục đích chính là giảm độ cứng, cải thiện khả năng gia công và chuẩn bị cho quá trình tôi luyện sau này.
3. Ủ giảm ứng suất
Ủ giảm ứng suất, còn được gọi là ủ ở nhiệt độ thấp (hoặc tôi ở nhiệt độ cao), chủ yếu được sử dụng để loại bỏ ứng suất dư trong các chi tiết đúc, rèn, hàn, cán nóng, kéo nguội và các chi tiết khác. Nếu không loại bỏ các ứng suất này, sau một thời gian nhất định sẽ gây ra biến dạng hoặc nứt vỡ trong thép, hoặc trong quá trình cắt gọt tiếp theo.
4. Ủ không hoàn toàn là quá trình nung nóng thép đến nhiệt độ Ac1 ~ Ac3 (thép dưới điểm eutectic) hoặc Ac1 ~ ACcm (thép trên điểm eutectic) bằng cách giữ nhiệt và làm nguội chậm để đạt được trạng thái cân bằng gần đúng của quá trình xử lý nhiệt.
II.Trong quá trình tôi luyện, chất làm mát được sử dụng phổ biến nhất là nước muối, nước và dầu.
Tôi bằng nước muối giúp dễ dàng đạt được độ cứng cao và bề mặt nhẵn, ít tạo ra các điểm mềm không cứng, nhưng lại dễ làm biến dạng phôi nghiêm trọng, thậm chí nứt vỡ. Sử dụng dầu làm môi trường tôi chỉ thích hợp cho việc tôi các phôi thép hợp kim có độ ổn định austenit siêu nguội tương đối lớn hoặc các phôi thép cacbon có kích thước nhỏ.
III.mục đích của việc tôi luyện thép
1. Giảm độ giòn, loại bỏ hoặc giảm ứng suất bên trong: quá trình tôi thép tạo ra rất nhiều ứng suất bên trong và độ giòn, nếu không ram kịp thời sẽ thường làm thép bị biến dạng hoặc thậm chí nứt vỡ.
2. Để đạt được các tính chất cơ học yêu cầu của phôi, sau khi tôi, phôi có độ cứng và độ giòn cao. Để đáp ứng yêu cầu về các tính chất khác nhau của nhiều loại phôi, có thể điều chỉnh độ cứng thông qua quá trình ram thích hợp để giảm độ giòn và đạt được độ dẻo dai, độ đàn hồi cần thiết.
3. Ổn định kích thước của phôi
4. Vì ủ khó làm mềm một số loại thép hợp kim, nên trong quá trình tôi (hoặc chuẩn hóa) thường sử dụng phương pháp ram ở nhiệt độ cao để các cacbua trong thép tập trung thích hợp, làm giảm độ cứng, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc cắt gọt và gia công.
Khái niệm bổ sung
1. Ủ: Là quá trình xử lý nhiệt làm nguội từ từ vật liệu kim loại đến nhiệt độ thích hợp. Các quá trình ủ phổ biến bao gồm: ủ tái kết tinh, ủ giảm ứng suất, ủ cầu, ủ hoàn toàn, v.v. Mục đích của quá trình ủ: chủ yếu là để giảm độ cứng của vật liệu kim loại, cải thiện độ dẻo, tạo điều kiện thuận lợi cho việc cắt gọt hoặc gia công bằng áp lực, giảm ứng suất dư, cải thiện cấu trúc và thành phần đồng nhất, hoặc chuẩn bị cho quá trình xử lý nhiệt sau này.
2. Tôi luyện: đề cập đến quá trình xử lý nhiệt thép hoặc thép cacbon thấp được nung nóng đến hoặc trên điểm tới hạn của nhiệt độ 30 ~ 50 ℃ trong thời gian thích hợp, sau đó làm nguội trong không khí tĩnh. Mục đích của tôi luyện: chủ yếu là để cải thiện các tính chất cơ học của thép cacbon thấp, cải thiện khả năng cắt gọt và gia công, tinh luyện hạt, loại bỏ các khuyết tật về cấu trúc, chuẩn bị cho quá trình xử lý nhiệt tiếp theo.
3. Tôi luyện: đề cập đến quá trình nung nóng thép đến nhiệt độ trên một mức nhất định (Ac3 hoặc Ac1 - thép dưới điểm tới hạn), giữ trong một khoảng thời gian nhất định, sau đó làm nguội với tốc độ thích hợp để thu được cấu trúc mactenxit (hoặc bainit) thông qua quá trình xử lý nhiệt. Các quá trình tôi luyện phổ biến bao gồm tôi luyện một môi trường, tôi luyện hai môi trường, tôi luyện mactenxit, tôi luyện bainit đẳng nhiệt, tôi luyện bề mặt và tôi luyện cục bộ. Mục đích của tôi luyện: giúp các chi tiết thép đạt được cấu trúc mactenxit cần thiết, cải thiện độ cứng, độ bền và khả năng chống mài mòn của phôi, chuẩn bị tốt cho quá trình xử lý nhiệt tiếp theo.
4. Tôi luyện: đề cập đến quá trình xử lý nhiệt làm cứng thép, sau đó nung nóng đến nhiệt độ dưới Ac1, giữ trong một khoảng thời gian nhất định, rồi làm nguội đến nhiệt độ phòng. Các quy trình tôi luyện phổ biến là: tôi luyện ở nhiệt độ thấp, tôi luyện ở nhiệt độ trung bình, tôi luyện ở nhiệt độ cao và tôi luyện nhiều lần.
Mục đích của quá trình tôi luyện: chủ yếu là để loại bỏ ứng suất sinh ra trong quá trình tôi cứng thép, giúp thép đạt được độ cứng và khả năng chống mài mòn cao, đồng thời có độ dẻo và độ dai cần thiết.
5. Tôi luyện: đề cập đến quá trình xử lý nhiệt hỗn hợp tôi và ram ở nhiệt độ cao đối với thép hoặc thép đã qua xử lý nhiệt. Được sử dụng trong quá trình xử lý ram, thép được gọi là thép tôi luyện. Nói chung, nó đề cập đến thép kết cấu cacbon trung bình và thép kết cấu hợp kim cacbon trung bình.
6. Tôi cacbon: Tôi cacbon là quá trình làm cho các nguyên tử cacbon thâm nhập vào lớp bề mặt của thép. Nó cũng giúp cho phôi thép cacbon thấp có lớp bề mặt của thép cacbon cao, sau đó tôi và ram ở nhiệt độ thấp, sao cho lớp bề mặt của phôi có độ cứng và khả năng chống mài mòn cao, trong khi phần lõi của phôi vẫn giữ được độ dẻo dai và độ đàn hồi của thép cacbon thấp.
Phương pháp chân không
Vì quá trình nung nóng và làm nguội phôi kim loại đòi hỏi hàng chục, thậm chí hàng trăm thao tác để hoàn thành. Các thao tác này được thực hiện bên trong lò xử lý nhiệt chân không, người vận hành không thể tiếp cận, do đó mức độ tự động hóa của lò xử lý nhiệt chân không cần phải cao hơn. Đồng thời, một số thao tác, chẳng hạn như nung nóng và giữ nhiệt ở cuối quá trình tôi phôi kim loại, cần đến sáu, bảy thao tác và phải hoàn thành trong vòng 15 giây. Điều kiện thao tác nhanh như vậy rất dễ gây căng thẳng cho người vận hành và dẫn đến sai sót. Vì vậy, chỉ có mức độ tự động hóa cao mới có thể đảm bảo sự phối hợp chính xác, kịp thời theo chương trình.
Quá trình xử lý nhiệt chân không các chi tiết kim loại được thực hiện trong lò chân không kín, việc đảm bảo kín khí tuyệt đối là điều rất quan trọng. Do đó, việc duy trì và giữ nguyên tỷ lệ rò rỉ khí ban đầu của lò, đảm bảo chân không hoạt động của lò và đảm bảo chất lượng của các chi tiết được xử lý nhiệt chân không có ý nghĩa vô cùng quan trọng. Vì vậy, vấn đề then chốt của lò xử lý nhiệt chân không là phải có cấu trúc kín khí đáng tin cậy. Để đảm bảo hiệu suất chân không của lò, thiết kế cấu trúc lò xử lý nhiệt chân không phải tuân theo nguyên tắc cơ bản, đó là thân lò phải được hàn kín khí, đồng thời thân lò phải có càng ít hoặc không có lỗ hở càng tốt, hạn chế hoặc tránh sử dụng cấu trúc kín động, nhằm giảm thiểu khả năng rò rỉ chân không. Các bộ phận, phụ kiện được lắp đặt trong thân lò chân không, chẳng hạn như điện cực làm mát bằng nước, thiết bị xuất nhiệt điện trở cũng phải được thiết kế để có cấu trúc kín.
Hầu hết các vật liệu gia nhiệt và cách nhiệt chỉ có thể sử dụng trong môi trường chân không. Lò xử lý nhiệt chân không sử dụng vật liệu gia nhiệt và cách nhiệt trong môi trường chân không và nhiệt độ cao, do đó các vật liệu này đòi hỏi khả năng chịu nhiệt độ cao, khả năng bức xạ, độ dẫn nhiệt và các yêu cầu khác. Yêu cầu về khả năng chống oxy hóa không cao. Vì vậy, lò xử lý nhiệt chân không thường sử dụng tantali, vonfram, molypden và than chì làm vật liệu gia nhiệt và cách nhiệt. Những vật liệu này rất dễ bị oxy hóa trong môi trường khí quyển, do đó, lò xử lý nhiệt thông thường không thể sử dụng các vật liệu gia nhiệt và cách nhiệt này.
Thiết bị làm mát bằng nước: Vỏ lò xử lý nhiệt chân không, nắp lò, các bộ phận gia nhiệt điện, điện cực làm mát bằng nước, cửa cách nhiệt chân không trung gian và các bộ phận khác đều hoạt động trong môi trường chân không và chịu tác động nhiệt. Hoạt động trong điều kiện cực kỳ bất lợi như vậy, cần phải đảm bảo cấu trúc của từng bộ phận không bị biến dạng hoặc hư hỏng, và lớp cách nhiệt chân không không bị quá nhiệt hoặc cháy. Do đó, mỗi bộ phận cần được trang bị thiết bị làm mát bằng nước phù hợp với từng trường hợp để đảm bảo lò xử lý nhiệt chân không hoạt động bình thường và có tuổi thọ sử dụng đủ dài.
Việc sử dụng điện áp thấp, dòng điện cao trong buồng chân không, khi độ chân không đạt đến phạm vi vài 1x10-1 torr, dây dẫn được cấp điện trong buồng chân không sẽ có điện áp cao hơn, tạo ra hiện tượng phóng điện phát sáng. Trong lò xử lý nhiệt chân không, phóng điện hồ quang nghiêm trọng sẽ làm cháy phần tử gia nhiệt điện, lớp cách điện, gây ra tai nạn và thiệt hại lớn. Do đó, điện áp làm việc của phần tử gia nhiệt điện trong lò xử lý nhiệt chân không thường không quá 80 đến 100 vôn. Đồng thời, trong thiết kế cấu trúc phần tử gia nhiệt điện cần có các biện pháp hiệu quả, chẳng hạn như cố gắng tránh các đầu nhọn, khoảng cách giữa các điện cực không được quá nhỏ, để ngăn ngừa sự phát sinh phóng điện phát sáng hoặc phóng điện hồ quang.
Tôi luyện
Theo các yêu cầu về tính chất khác nhau của phôi, tùy thuộc vào nhiệt độ tôi luyện khác nhau, có thể chia thành các loại tôi luyện sau:
(a) tôi luyện ở nhiệt độ thấp (150-250 độ)
Tôi luyện ở nhiệt độ thấp cấu trúc thu được của mactenxit đã tôi. Mục đích là để duy trì độ cứng cao và khả năng chống mài mòn cao của thép đã tôi, đồng thời giảm ứng suất bên trong và độ giòn do tôi, nhằm tránh hiện tượng sứt mẻ hoặc hư hỏng sớm trong quá trình sử dụng. Phương pháp này chủ yếu được sử dụng cho nhiều loại dụng cụ cắt, thước đo, khuôn kéo nguội, vòng bi và các chi tiết thấm cacbon có hàm lượng cacbon cao, sau khi tôi luyện, độ cứng thường đạt HRC58-64.
(ii) tôi luyện ở nhiệt độ trung bình (250-500 độ)
Quy trình tôi luyện ở nhiệt độ trung bình dùng cho vật liệu thạch anh đã tôi luyện. Mục đích là để đạt được độ bền kéo cao, giới hạn đàn hồi cao và độ dẻo dai cao. Do đó, nó chủ yếu được sử dụng cho nhiều loại lò xo và gia công khuôn mẫu bằng phương pháp gia công nóng, độ cứng sau khi tôi luyện thường là HRC35-50.
(C) Tôi luyện ở nhiệt độ cao (500-650 độ)
Tôi luyện ở nhiệt độ cao là quá trình tôi luyện thép Sohnite. Quá trình xử lý nhiệt kết hợp giữa tôi thường và tôi luyện ở nhiệt độ cao được gọi là tôi luyện, mục đích là để đạt được độ bền, độ cứng, độ dẻo và độ dai tốt hơn, cũng như cải thiện các tính chất cơ học tổng thể. Do đó, nó được sử dụng rộng rãi trong ô tô, máy kéo, máy công cụ và các bộ phận kết cấu quan trọng khác, chẳng hạn như thanh truyền, bu lông, bánh răng và trục. Độ cứng sau khi tôi luyện thường là HB200-330.
Ngăn ngừa biến dạng
Nguyên nhân gây biến dạng khuôn phức tạp chính xác thường rất phức tạp, nhưng khi chúng ta nắm vững quy luật biến dạng của nó, phân tích nguyên nhân và sử dụng các phương pháp khác nhau để ngăn ngừa biến dạng khuôn, thì không chỉ có thể giảm thiểu mà còn có thể kiểm soát được. Nói chung, xử lý nhiệt để ngăn ngừa biến dạng khuôn phức tạp chính xác có thể áp dụng các phương pháp sau.
(1) Lựa chọn vật liệu hợp lý. Khuôn phức tạp chính xác nên chọn vật liệu thép khuôn có khả năng biến dạng vi mô tốt (như thép tôi bằng không khí), thép khuôn có sự phân tách cacbua nghiêm trọng nên được xử lý nhiệt rèn và ram hợp lý, thép khuôn lớn hơn và không thể rèn có thể được xử lý nhiệt tinh luyện kép dung dịch rắn.
(2) Thiết kế cấu trúc khuôn phải hợp lý, độ dày không được quá chênh lệch, hình dạng phải đối xứng, để khuôn lớn hơn có thể nắm vững quy luật biến dạng, phải dành ra một lượng gia công nhất định, đối với các khuôn lớn, chính xác và phức tạp có thể sử dụng kết hợp các cấu trúc.
(3) Khuôn chính xác và phức tạp cần được xử lý nhiệt trước để loại bỏ ứng suất dư sinh ra trong quá trình gia công.
(4) Lựa chọn nhiệt độ gia nhiệt hợp lý, kiểm soát tốc độ gia nhiệt, đối với các khuôn phức tạp chính xác có thể áp dụng phương pháp gia nhiệt chậm, gia nhiệt sơ bộ và các phương pháp gia nhiệt cân bằng khác để giảm biến dạng xử lý nhiệt của khuôn.
(5) Trên cơ sở đảm bảo độ cứng của khuôn, hãy thử sử dụng quy trình làm nguội trước, làm nguội từng bước hoặc làm nguội ở nhiệt độ nhất định.
(6) Đối với khuôn chính xác và phức tạp, trong điều kiện cho phép, hãy thử sử dụng phương pháp tôi bằng nhiệt chân không và xử lý làm nguội sâu sau khi tôi.
(7) Đối với một số khuôn có độ chính xác và phức tạp, có thể sử dụng xử lý nhiệt sơ bộ, xử lý nhiệt lão hóa, xử lý nhiệt tôi nitriding để kiểm soát độ chính xác của khuôn.
(8) Trong việc sửa chữa các lỗ cát khuôn, độ xốp, mài mòn và các khuyết tật khác, việc sử dụng máy hàn nguội và các thiết bị sửa chữa có tác động nhiệt khác nhằm tránh quá trình sửa chữa bị biến dạng.
Ngoài ra, việc vận hành quy trình xử lý nhiệt đúng cách (như bịt lỗ, buộc lỗ, cố định cơ học, phương pháp gia nhiệt phù hợp, lựa chọn đúng hướng làm nguội của khuôn và hướng chuyển động trong môi trường làm nguội, v.v.) và quy trình xử lý nhiệt tôi luyện hợp lý cũng là những biện pháp hiệu quả để giảm thiểu biến dạng của các khuôn mẫu chính xác và phức tạp.
Xử lý nhiệt tôi và ram bề mặt thường được thực hiện bằng phương pháp nung cảm ứng hoặc nung bằng ngọn lửa. Các thông số kỹ thuật chính là độ cứng bề mặt, độ cứng cục bộ và độ sâu lớp tôi cứng hiệu quả. Có thể sử dụng máy đo độ cứng Vickers hoặc máy đo độ cứng Rockwell hay Rockwell bề mặt để kiểm tra độ cứng. Việc lựa chọn lực thử (thang đo) phụ thuộc vào độ sâu của lớp tôi cứng hiệu quả và độ cứng bề mặt của phôi. Có ba loại máy đo độ cứng được sử dụng ở đây.
Trước hết, máy đo độ cứng Vickers là một phương tiện quan trọng để kiểm tra độ cứng bề mặt của các chi tiết được xử lý nhiệt. Nó có thể chọn lực thử từ 0,5 đến 100kg, kiểm tra lớp tôi cứng bề mặt mỏng đến 0,05mm, và có độ chính xác cao nhất, có thể phân biệt được những khác biệt nhỏ về độ cứng bề mặt của các chi tiết được xử lý nhiệt. Ngoài ra, độ sâu của lớp tôi cứng hiệu quả cũng cần được xác định bằng máy đo độ cứng Vickers, vì vậy đối với các quy trình xử lý nhiệt bề mặt hoặc số lượng lớn các chi tiết được xử lý nhiệt bề mặt, việc trang bị máy đo độ cứng Vickers là cần thiết.
Thứ hai, máy đo độ cứng Rockwell bề mặt cũng rất phù hợp để kiểm tra độ cứng của các chi tiết được tôi cứng bề mặt. Máy đo độ cứng Rockwell bề mặt có ba thang đo để lựa chọn. Có thể kiểm tra độ sâu tôi cứng hiệu quả hơn 0,1mm của các chi tiết được tôi cứng bề mặt khác nhau. Mặc dù độ chính xác của máy đo độ cứng Rockwell bề mặt không cao bằng máy đo độ cứng Vickers, nhưng với vai trò là phương tiện quản lý chất lượng và kiểm tra đạt tiêu chuẩn trong nhà máy xử lý nhiệt, nó đã đáp ứng được các yêu cầu. Hơn nữa, nó còn có thao tác đơn giản, dễ sử dụng, giá thành thấp, đo nhanh, có thể đọc trực tiếp giá trị độ cứng và các đặc điểm khác. Việc sử dụng máy đo độ cứng Rockwell bề mặt có thể giúp kiểm tra nhanh chóng và không phá hủy từng chi tiết trong một lô chi tiết được xử lý nhiệt bề mặt. Điều này rất quan trọng đối với các nhà máy gia công kim loại và sản xuất máy móc.
Thứ ba, khi lớp tôi cứng bề mặt sau xử lý nhiệt dày hơn, cũng có thể sử dụng máy đo độ cứng Rockwell. Khi độ dày lớp tôi cứng sau xử lý nhiệt từ 0,4 đến 0,8mm, có thể sử dụng thang đo HRA, khi độ dày lớp tôi cứng lớn hơn 0,8mm, có thể sử dụng thang đo HRC.
Vickers, Rockwell và Rockwell bề mặt là ba loại giá trị độ cứng có thể dễ dàng chuyển đổi lẫn nhau, theo tiêu chuẩn, bản vẽ hoặc giá trị độ cứng mà người dùng cần. Các bảng chuyển đổi tương ứng được cung cấp trong tiêu chuẩn quốc tế ISO, tiêu chuẩn Mỹ ASTM và tiêu chuẩn Trung Quốc GB/T.
Sự cứng lại cục bộ
Nếu các chi tiết có yêu cầu độ cứng cục bộ cao hơn, cần phải sử dụng phương pháp gia nhiệt cảm ứng hoặc các phương pháp xử lý nhiệt tôi cục bộ khác, thì thông thường phải đánh dấu vị trí xử lý nhiệt tôi cục bộ và giá trị độ cứng cục bộ trên bản vẽ. Việc kiểm tra độ cứng của các chi tiết phải được thực hiện tại khu vực được chỉ định. Có thể sử dụng máy đo độ cứng Rockwell để kiểm tra giá trị độ cứng HRC; nếu lớp tôi cứng sau xử lý nhiệt nông, có thể sử dụng máy đo độ cứng Rockwell bề mặt để kiểm tra giá trị độ cứng HRN.
Xử lý nhiệt hóa học
Xử lý nhiệt hóa học là quá trình làm cho bề mặt của phôi được thấm một hoặc nhiều nguyên tử của các nguyên tố hóa học, nhằm thay đổi thành phần hóa học, cấu trúc và tính chất của bề mặt phôi. Sau khi tôi và ram ở nhiệt độ thấp, bề mặt của phôi có độ cứng cao, khả năng chống mài mòn và độ bền mỏi tiếp xúc tốt, trong khi phần lõi của phôi có độ dẻo dai cao.
Theo như những điều đã nêu ở trên, việc phát hiện và ghi lại nhiệt độ trong quá trình xử lý nhiệt là rất quan trọng, và việc kiểm soát nhiệt độ kém sẽ ảnh hưởng lớn đến sản phẩm. Do đó, việc phát hiện nhiệt độ rất quan trọng, xu hướng nhiệt độ trong toàn bộ quá trình cũng rất quan trọng, dẫn đến việc phải ghi lại sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình xử lý nhiệt, điều này có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tích dữ liệu trong tương lai, đồng thời cũng giúp xác định thời điểm nhiệt độ không đáp ứng yêu cầu. Điều này sẽ đóng vai trò rất lớn trong việc cải thiện quá trình xử lý nhiệt trong tương lai.
Quy trình vận hành
1. Dọn dẹp khu vực thi công, kiểm tra xem nguồn điện, thiết bị đo lường và các công tắc có hoạt động bình thường không, và nguồn nước có thông suốt không.
2. Người vận hành phải trang bị đầy đủ thiết bị bảo hộ lao động, nếu không sẽ rất nguy hiểm.
3. Mở công tắc chuyển mạch đa năng điều khiển nguồn, theo yêu cầu kỹ thuật của các phân đoạn thiết bị về mức độ tăng giảm nhiệt độ, để kéo dài tuổi thọ thiết bị và đảm bảo tính toàn vẹn của thiết bị.
4. Chú ý đến việc điều chỉnh nhiệt độ lò xử lý nhiệt và tốc độ băng tải, nắm vững các tiêu chuẩn nhiệt độ cần thiết cho các vật liệu khác nhau, đảm bảo độ cứng của phôi, độ thẳng bề mặt và lớp oxy hóa, đồng thời thực hiện nghiêm túc các biện pháp an toàn.
5. Chú ý đến nhiệt độ lò tôi và tốc độ băng tải, mở hệ thống hút khí để đảm bảo sản phẩm sau khi tôi đạt yêu cầu chất lượng.
6. Trong công việc cần tuân thủ đúng vị trí được chỉ định.
7. Cấu hình các thiết bị chữa cháy cần thiết, và nắm vững các phương pháp sử dụng và bảo trì.
8. Khi dừng máy, chúng ta cần kiểm tra xem tất cả các công tắc điều khiển đều ở trạng thái tắt, sau đó đóng công tắc chuyển mạch đa năng.
Quá nóng
Từ bề mặt thô ráp của các chi tiết ổ bi phụ kiện con lăn có thể quan sát thấy hiện tượng quá nhiệt sau khi tôi. Nhưng để xác định chính xác mức độ quá nhiệt, cần phải quan sát cấu trúc vi mô. Nếu trong cấu trúc tôi của thép GCr15 xuất hiện mactenxit kim thô, đó là hiện tượng quá nhiệt khi tôi. Nguyên nhân hình thành có thể là do nhiệt độ nung tôi quá cao hoặc thời gian nung và giữ quá lâu dẫn đến quá nhiệt toàn bộ; cũng có thể do cấu trúc ban đầu của cacbua dải bị biến dạng nghiêm trọng, trong vùng cacbon thấp giữa hai dải tạo thành mactenxit kim dày cục bộ, dẫn đến quá nhiệt cục bộ. Lượng austenit dư trong cấu trúc quá nhiệt tăng lên, và độ ổn định kích thước giảm xuống. Do cấu trúc tôi bị quá nhiệt, tinh thể thép trở nên thô, dẫn đến giảm độ dẻo dai của các chi tiết, giảm khả năng chịu va đập, và tuổi thọ của ổ bi cũng giảm. Quá nhiệt nghiêm trọng thậm chí có thể gây ra nứt tôi.
Quá nóng
Nhiệt độ tôi thấp hoặc làm nguội kém sẽ tạo ra nhiều cấu trúc Torrhenite hơn mức tiêu chuẩn trong vi cấu trúc, được gọi là cấu trúc tôi chưa đủ nhiệt, làm giảm độ cứng, giảm mạnh khả năng chống mài mòn, ảnh hưởng đến tuổi thọ của các chi tiết ổ bi con lăn.
Vết nứt do tôi luyện
Các chi tiết ổ lăn trong quá trình tôi và làm nguội do ứng suất bên trong tạo thành các vết nứt gọi là vết nứt tôi. Nguyên nhân của các vết nứt này là: do nhiệt độ nung tôi quá cao hoặc làm nguội quá nhanh, ứng suất nhiệt và sự thay đổi thể tích khối lượng kim loại trong quá trình tôi lớn hơn cường độ chịu kéo của thép; các khuyết tật ban đầu trên bề mặt gia công (như vết nứt hoặc vết xước) hoặc các khuyết tật bên trong thép (như xỉ, tạp chất phi kim loại nghiêm trọng, đốm trắng, cặn co ngót, v.v.) tạo thành sự tập trung ứng suất trong quá trình tôi; sự khử cacbon bề mặt nghiêm trọng và sự phân bố cacbua không đồng đều; các chi tiết được tôi sau khi ram không đủ hoặc ram không đúng thời điểm; ứng suất dập nguội gây ra bởi quá trình trước đó quá lớn, gấp rèn, cắt tiện sâu, rãnh dầu, cạnh sắc, v.v. Tóm lại, nguyên nhân của vết nứt tôi có thể là một hoặc nhiều yếu tố trên, sự hiện diện của ứng suất bên trong là nguyên nhân chính dẫn đến sự hình thành vết nứt tôi. Vết nứt tôi thường sâu và mảnh, có đường gãy thẳng và không có màu oxy hóa trên bề mặt bị vỡ. Vết nứt thường xuất hiện dưới dạng vết nứt phẳng dọc hoặc vết nứt hình vòng trên vòng cổ ổ trục; trên bi thép ổ trục, vết nứt có hình chữ S, chữ T hoặc hình vòng. Đặc điểm cấu trúc của vết nứt do tôi luyện là không có hiện tượng khử cacbon ở cả hai phía của vết nứt, có thể phân biệt rõ ràng với vết nứt do rèn và vết nứt vật liệu.
Biến dạng do xử lý nhiệt
Trong quá trình xử lý nhiệt, các chi tiết ổ bi NACHI chịu tác động của ứng suất nhiệt và ứng suất cấu trúc. Ứng suất bên trong này có thể chồng chất lên nhau hoặc bù trừ một phần, rất phức tạp và thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ nung, tốc độ nung, chế độ làm nguội, hình dạng và kích thước của chi tiết, do đó biến dạng trong quá trình xử lý nhiệt là không thể tránh khỏi. Nhận biết và nắm vững quy luật này có thể giúp kiểm soát biến dạng của các chi tiết ổ bi (như biến dạng hình bầu dục của vòng cổ, tăng kích thước, v.v.), góp phần vào sản xuất. Tất nhiên, va chạm cơ học trong quá trình xử lý nhiệt cũng sẽ gây ra biến dạng cho các chi tiết, nhưng biến dạng này có thể được tận dụng để cải thiện quá trình vận hành, giảm thiểu và tránh được.
Khử cacbon bề mặt
Trong quá trình xử lý nhiệt, nếu các chi tiết ổ bi phụ kiện con lăn được nung nóng trong môi trường oxy hóa, bề mặt sẽ bị oxy hóa làm giảm hàm lượng cacbon trên bề mặt, dẫn đến hiện tượng khử cacbon bề mặt. Nếu độ sâu của lớp khử cacbon bề mặt lớn hơn lượng cacbon còn lại sau khi gia công cuối cùng sẽ khiến chi tiết bị loại bỏ. Việc xác định độ sâu của lớp khử cacbon bề mặt được thực hiện bằng phương pháp phân tích cấu trúc vi mô và phương pháp đo độ cứng vi mô. Đường cong phân bố độ cứng vi mô của lớp bề mặt dựa trên phương pháp đo và có thể được sử dụng làm tiêu chí phân định.
Điểm mềm
Do quá trình gia nhiệt không đủ, làm nguội kém và tôi luyện không đúng cách dẫn đến hiện tượng độ cứng bề mặt của các chi tiết ổ bi không đạt yêu cầu, được gọi là điểm mềm tôi luyện. Điều này tương tự như hiện tượng khử cacbon bề mặt, có thể gây ra sự suy giảm nghiêm trọng về khả năng chống mài mòn và độ bền mỏi của bề mặt.
Thời gian đăng bài: 05/12/2023