Nhiệt luyện là quá trình nung thép đến một nhiệt độ xác định, giữ ở nhiệt độ đó một thời gian thích hợp rồi làm nguội với tốc độ quy định, nhằm thay đổi tổ chức bên trong của kim loại và qua đó thay đổi cơ tính theo yêu cầu. Cùng một mác thép, nhiệt luyện khác nhau cho ra chi tiết cứng giòn hay mềm dẻo, rất khác về công dụng.
Nhiệt luyện thay đổi điều gì trong thép
Hình dạng chi tiết về cơ bản được giữ nguyên, nhưng có thể biến dạng, cong vênh nhẹ; thay đổi chính nằm ở tổ chức tế vi bên trong. Thép gồm sắt, carbon và các nguyên tố khác. Khi nung lên cao, tổ chức chuyển sang pha khác. Tốc độ làm nguội sau đó quyết định tổ chức nào hình thành. Nguội rất nhanh (nhúng nước hoặc dầu) cho tổ chức rất cứng nhưng giòn. Nguội chậm trong lò cho tổ chức mềm, dẻo, dễ cắt gọt.
Mục đích của nhiệt luyện
- Tăng độ cứng và khả năng chống mài mòn cho chi tiết thép, gang, có khi tăng tuổi thọ lên nhiều lần.
- Tăng độ bền mà vẫn giữ được độ dẻo và độ dai cần thiết, để chi tiết chịu được va đập.
- Làm mềm vật liệu để dễ gia công cắt gọt, dập, kéo.
- Giảm ứng suất dư sinh ra sau rèn, hàn, đúc hoặc gia công nặng, hạn chế cong vênh về sau.
Ba yếu tố quyết định kết quả
Mọi chế độ nhiệt luyện đều xoay quanh ba thông số:
| Thông số | Ý nghĩa |
|---|---|
| Nhiệt độ nung | Nhiệt độ cao nhất cần đạt khi nung |
| Thời gian giữ nhiệt | Thời gian duy trì chi tiết ở nhiệt độ đó, để nhiệt thấm đều và tổ chức chuyển hoàn toàn |
| Tốc độ nguội | Mức giảm nhiệt theo thời gian sau giữ nhiệt, đo bằng độ C trên giây |
Tốc độ nung cũng cần kiểm soát, nhất là với chi tiết lớn hoặc thép hợp kim, vì nung quá nhanh gây nứt do chênh lệch nhiệt giữa lõi và bề mặt. Chỉ cần sai nhiệt độ hoặc thời gian là cơ tính chi tiết lệch xa so với dự kiến.
Các phương pháp nhiệt luyện chính
Bốn phương pháp cơ bản là ủ, thường hóa, tôi và ram. Ngoài ra có hai nhóm kết hợp là hóa nhiệt luyện (thấm carbon, thấm nitơ lên bề mặt) và cơ nhiệt luyện (kết hợp biến dạng dẻo với nhiệt luyện). Từng phương pháp được trình bày riêng trong bài các phương pháp nhiệt luyện.
Vai trò của nhiệt luyện trong sản xuất cơ khí
Thứ nhất, nhiệt luyện nâng cơ tính: tôi và ram giúp bánh răng, trục, khuôn, dụng cụ cắt chịu tải và chống mòn lâu hơn nhiều so với thép chưa xử lý. Thứ hai, nhiệt luyện hỗ trợ gia công. Phôi thép thường phải qua rèn, cắt, gọt, dập, mài, rồi xử lý bề mặt. Chọn trạng thái nhiệt luyện đúng cho từng công đoạn, ví dụ ủ cho dễ cắt rồi tôi sau khi gia công thô, sẽ giảm lỗi và chi phí làm lại. Thứ ba, nhiệt luyện gắn với hiệu quả kinh tế: cùng một mác thép rẻ, sau xử lý có thể thay thế vật liệu đắt hơn.
Với người làm CNC, hiểu nhiệt luyện giúp biết khi nào chừa lượng dư cho mài, cắt dây sau tôi. Có thể xem thêm bài ký hiệu P, M, K, H, N, S để thấy thép cứng (nhóm H) cần dao ra sao.
Học gia công cơ khí tại CVTECH
Kiến thức vật liệu như nhiệt luyện khó nhớ nếu chỉ đọc sách. CVTECH dạy theo phương pháp Hybrid: học trực tiếp tại xưởng, thực hành trên máy phay, máy tiện CNC ở trung tâm Lai Xá, Hà Nội, còn phần lý thuyết, kiến thức nền và ôn bài nằm trên hệ thống học online độc quyền của CVTECH, có trên app và website. Học viên cũng được học miễn phí Tiếng Trung kỹ thuật online, gồm từ vựng và giao tiếp cơ bản dùng trong xưởng cơ khí CNC, tự động hóa, để phối hợp công việc với chuyên gia Trung Quốc ở doanh nghiệp. Ai muốn học cả phay lẫn tiện có thể chọn combo phay và tiện CNC, ba tháng với 540 giờ học, học phí 17 triệu đồng.
Câu hỏi thường gặp
Nhiệt luyện có làm thay đổi kích thước chi tiết không?
Có, thường rất ít nhưng đáng kể với chi tiết chính xác. Tôi cứng dễ gây cong vênh, nên chi tiết cần dung sai chặt thường phải mài tinh sau nhiệt luyện.
Mọi loại thép đều nhiệt luyện được không?
Thép carbon thấp ít tôi cứng được vì lượng carbon không đủ. Muốn tăng cứng cho thép này người ta dùng thấm carbon. Inox austenit như SS304 không tôi cứng bằng nhiệt luyện.
Nhiệt luyện khác gì xử lý bề mặt?
Nhiệt luyện đổi tổ chức bên trong vật liệu. Xử lý bề mặt như sơn, mạ chỉ thêm lớp phủ bên ngoài.
Ai cần biết về nhiệt luyện?
Người thiết kế chi tiết, người lập trình và vận hành CNC đều nên nắm cơ bản để chọn đúng phôi, đúng thứ tự công đoạn.
