Các phương pháp nhiệt luyện thép gồm ủ, thường hóa, tôi, ram, cùng nhóm hóa nhiệt luyện như thấm carbon, thấm nitơ. Tất cả đều là biến thể của chu trình nung, giữ nhiệt, làm nguội, chỉ khác nhau ở nhiệt độ và tốc độ nguội, nên cho ra những tổ chức và cơ tính rất khác nhau. Bài này trình bày từng phương pháp theo mục đích sử dụng.
Ủ: làm thép mềm và giảm ứng suất
Ủ là nung thép đến nhiệt độ thích hợp, giữ nhiệt rồi làm nguội thật chậm, thường là để nguội cùng lò. Kết quả là thép mềm, dẻo, tổ chức đồng đều và ứng suất bên trong giảm. Ủ dùng khi cần cắt gọt dễ hơn, trước khi dập, kéo, hoặc để khử ứng suất sau rèn, đúc, hàn. Điểm trừ là tốn thời gian vì quá trình nguội chậm kéo dài.
Thường hóa: nhanh hơn ủ, thép cứng hơn một chút
Thường hóa cũng nung thép, giữ nhiệt, nhưng cho nguội ngoài không khí tĩnh. Nguội nhanh hơn ủ nên tổ chức mịn hơn, thép cứng và bền hơn thép ủ một chút. Nhiều chi tiết thép carbon trung bình được thường hóa để làm nền tốt trước khi tôi, hoặc để dùng luôn khi yêu cầu không quá cao. Phương pháp này rẻ và nhanh hơn ủ.
Tôi: tăng độ cứng
Tôi là nung thép tới vùng austenit (trên Ac3 với thép trước cùng tích, trên Ac1 với thép sau cùng tích), giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh trong nước, dầu hoặc dung dịch chuyên dụng. Tổ chức martensit hình thành làm thép rất cứng và chống mài mòn, nhưng đi kèm giòn và ứng suất lớn. Môi trường tôi quyết định tốc độ nguội: nước nguội nhanh nhất nên dễ nứt, dầu êm hơn, thép hợp kim thường tôi trong dầu hoặc ở môi trường nguội chậm hơn. Chi tiết tôi xong không dùng ngay được mà phải ram.
Ram: bớt giòn sau khi tôi
Ram là nung lại chi tiết đã tôi đến nhiệt độ thấp hơn nhiều, giữ nhiệt rồi để nguội. Ram làm giảm độ giòn và ứng suất, đổi lại độ cứng giảm đi một phần. Nhiệt độ ram càng cao thì thép càng dẻo, càng ít cứng. Người ta thường phân ba mức:
| Mức ram | Kết quả | Dùng cho |
|---|---|---|
| Ram thấp | Giữ độ cứng cao, bớt giòn | Dụng cụ cắt, chi tiết chống mòn |
| Ram trung bình | Đàn hồi tốt | Lò xo, nhíp |
| Ram cao | Bền và dai, cân bằng | Trục, bánh răng, chi tiết chịu tải |
Tôi cộng ram cao còn được gọi là tôi cải thiện, rất phổ biến với thép hợp kim chế tạo trục và bánh răng.
Hóa nhiệt luyện: đổi thành phần lớp bề mặt
Hóa nhiệt luyện khuếch tán thêm nguyên tố vào lớp bề mặt chi tiết ở nhiệt độ cao, để có bề mặt cứng ngoài, lõi vẫn dẻo. Hai kiểu thường gặp là thấm carbon (cho thép carbon thấp, sau đó tôi) và thấm nitơ (cho bề mặt rất cứng, ít biến dạng vì nhiệt độ xử lý thấp hơn). Bánh răng, trục cam, chốt thường qua xử lý này.
Cơ nhiệt luyện
Cơ nhiệt luyện kết hợp biến dạng dẻo (cán, rèn) với nhiệt luyện trong cùng một chu trình, nhằm tăng bền cho vật liệu. Phương pháp này ít gặp ở xưởng gia công nhỏ, chủ yếu thuộc về nhà máy luyện kim và chế tạo phôi.
Chọn phương pháp theo yêu cầu chi tiết
- Cần cắt gọt dễ, giảm ứng suất: ủ.
- Cần tổ chức mịn, đều, chi phí thấp: thường hóa.
- Cần cứng, chống mòn: tôi rồi ram.
- Cần bề mặt cứng, lõi dai: thấm carbon hoặc thấm nitơ.
Khái niệm nền tảng nằm ở bài nhiệt luyện là gì. Với người làm CNC, bài phương pháp gia công mài cho biết bước hoàn thiện thường đi sau tôi.
Gia công cơ khí tại CVTECH
Thép sau khi tôi cứng hơn hẳn thép ủ, nên cách cắt và chọn dao cũng đổi theo, kinh nghiệm này chỉ có khi đứng máy. CVTECH đào tạo bằng phương pháp Hybrid: thực hành trực tiếp tại xưởng trên máy phay, tiện CNC ở trung tâm Lai Xá, Hà Nội, còn kiến thức vật liệu và phần ôn bài học trên hệ thống online độc quyền của CVTECH, qua app và website. Học viên cũng được học miễn phí khóa Tiếng Trung kỹ thuật online về từ vựng và giao tiếp cơ bản trong xưởng cơ khí CNC, tự động hóa, để làm việc cùng chuyên gia Trung Quốc ở doanh nghiệp. Bạn có thể bắt đầu từ khóa vận hành máy phay CNC, một tháng với 180 giờ học.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao tôi xong phải ram?
Thép mới tôi rất cứng nhưng giòn và còn nhiều ứng suất, dễ nứt khi chịu va đập. Ram giảm hai điều đó và điều chỉnh độ cứng về mức cần dùng.
Ủ và thường hóa khác nhau ở đâu?
Khác ở cách làm nguội. Ủ nguội chậm trong lò, thép mềm hơn. Thường hóa nguội ngoài không khí, thép cứng và bền hơn một chút.
Thép nào tôi được?
Thép có đủ carbon, thường từ khoảng 0,3% trở lên, tôi cứng tốt. Thép carbon thấp thường được thấm carbon trước khi tôi.
Nhiệt luyện nên làm trước hay sau khi gia công?
Thường gia công thô, nhiệt luyện, rồi gia công tinh hoặc mài, để loại bỏ cong vênh do nhiệt và đạt đúng kích thước.
