Mục đích của thép cacbon xử lý nhiệt là thay đổi các tính chất cơ học của thép, thường là độ dẻo, độ cứng, cường độ năng suất hoặc khả năng chống va đập. Lưu ý rằng độ dẫn điện và nhiệt chỉ thay đổi một chút. Giống như hầu hết các kỹ thuật tăng cường thép, mô đun Young (độ đàn hồi) không bị ảnh hưởng. Tất cả các phương pháp xử lý độ dẻo thương mại của thép để tăng cường độ và ngược lại. Sắt có độ hòa tan cacbon cao hơn trong pha austenit; do đó tất cả các phương pháp xử lý nhiệt, ngoại trừ quá trình tạo hình cầu và ủ, đều bắt đầu bằng cách nung thép đến nhiệt độ mà pha austenit có thể tồn tại. Thép sau đó được làm nguội (rút nhiệt) ở tốc độ cao khiến xi măng kết tủa và cuối cùng là sắt nguyên chất còn lại đông đặc lại. Tốc độ thép được làm nguội qua nhiệt độ eutectoid ảnh hưởng đến tốc độ cacbon khuếch tán ra khỏi austenit và tạo thành xi măngit. Nói chung, làm nguội nhanh sẽ làm cho cacbua sắt phân tán mịn và tạo ra ngọc trai hạt mịn (cho đến khi đạt đến nhiệt độ tới hạn martensite) và làm nguội chậm sẽ tạo ra ngọc trai thô hơn. Làm lạnh thép hypoeutectoid (nhỏ hơn 0,77 wt% C) tạo ra cấu trúc lớp-ngọc trai của các lớp cacbua sắt vớiα-ferit (sắt nguyên chất) ở giữa. Nếu là thép hypereutectoid (lớn hơn 0,77 wt% C) thì cấu trúc hoàn toàn là ngọc trai với các hạt nhỏ (lớn hơn phiến ngọc trai) của xi măng rải rác khắp nơi. Số lượng tương đối của các thành phần được tìm thấy bằng cách sử dụng quy tắc đòn bẩy. Sau đây là danh sách các loại phương pháp xử lý nhiệt có thể thực hiện được:
·Spheroidizing: Spheroidite hình thành khi thép carbon được nung nóng đến khoảng 700°C trong hơn 30 giờ. Spheroidite có thể hình thành ở nhiệt độ thấp hơn nhưng thời gian cần thiết sẽ tăng lên đáng kể vì đây là quá trình được kiểm soát khuếch tán. Kết quả là một cấu trúc dạng que hoặc hình cầu của xi măngit bên trong cấu trúc sơ cấp (ferit hoặc ngọc trai, tùy thuộc vào phía nào của eutectoid mà bạn đang ở). Mục đích là làm mềm các loại thép có hàm lượng cacbon cao hơn và cho phép tạo hình dễ dàng hơn. Đây là dạng thép mềm nhất và dễ uốn nhất. Hình ảnh bên phải cho thấy nơi thường xảy ra hiện tượng hình cầu.
Ủ hoàn toàn: Thép carbon được nung nóng đến khoảng 40°C trên Ac3? hay Acm? trong 1 giờ; điều này đảm bảo tất cả ferit đều biến thành austenit (mặc dù xi măngit vẫn có thể tồn tại nếu hàm lượng cacbon lớn hơn eutectoid). Thép sau đó phải được làm nguội từ từ, trong khoảng 20°C (36°F) mỗi giờ. Thông thường nó chỉ được làm nguội bằng lò, khi lò được tắt với thép vẫn ở bên trong. Điều này dẫn đến một cấu trúc ngọc trai thô, có nghĩa là các “dải” ngọc trai dày. Thép được ủ hoàn toàn mềm và dẻo, không có ứng suất bên trong, điều này thường cần thiết để tạo hình tiết kiệm chi phí. Chỉ có thép hình cầu là mềm hơn và dẻo hơn.
·Ủ quy trình: Một quy trình được sử dụng để giảm ứng suất trong thép cacbon gia công nguội với hàm lượng dưới 0,3% khối lượng C. Thép thường được nung nóng đến 550–650°C trong 1 giờ, nhưng đôi khi nhiệt độ lên tới 700°C. Hình ảnh bên phải [cần làm rõ] hiển thị khu vực xảy ra quá trình ủ.
Ủ đẳng nhiệt: Đó là một quá trình trong đó thép hypoeutectoid được nung nóng trên nhiệt độ tới hạn trên và nhiệt độ này được duy trì trong một thời gian, sau đó nhiệt độ được hạ xuống dưới nhiệt độ tới hạn thấp hơn và được duy trì một lần nữa. Sau đó cuối cùng nó được làm mát ở nhiệt độ phòng. Phương pháp này loại bỏ bất kỳ gradient nhiệt độ nào.
Bình thường hóa: Thép carbon được nung nóng đến khoảng 55°C trên Ac3 hoặc Acm trong 1 giờ; điều này đảm bảo thép biến đổi hoàn toàn thành austenite. Thép sau đó được làm mát bằng không khí, tốc độ làm mát khoảng 38°C (100°F) mỗi phút. Điều này dẫn đến cấu trúc ngọc trai mịn và cấu trúc đồng nhất hơn. Thép thường hóa có độ bền cao hơn thép ủ; nó có độ bền và độ cứng tương đối cao.
Làm nguội: Thép carbon có ít nhất 0,4 wt% C được nung nóng đến nhiệt độ bình thường và sau đó được làm lạnh nhanh (dập tắt) trong nước, nước muối hoặc dầu đến nhiệt độ tới hạn. Nhiệt độ tới hạn phụ thuộc vào hàm lượng cacbon, nhưng theo nguyên tắc chung nhiệt độ tới hạn sẽ thấp hơn khi hàm lượng cacbon tăng lên. Điều này dẫn đến cấu trúc martensitic; một dạng thép có hàm lượng carbon siêu bão hòa trong cấu trúc tinh thể lập phương tập trung vào cơ thể (BCC) bị biến dạng, được gọi chính xác là tứ giác tập trung vào cơ thể (BCT), với nhiều ứng suất bên trong. Do đó, thép đã được tôi cực kỳ cứng nhưng giòn, thường quá giòn cho các mục đích thực tế. Những ứng suất bên trong này gây ra các vết nứt ứng suất trên bề mặt. Thép tôi cứng hơn khoảng ba đến bốn lần (với nhiều carbon hơn) so với thép thường.
Martempering (Marquenching): Martempering không thực sự là một quy trình ủ, do đó có thuật ngữ "marquenching". Đây là một hình thức xử lý nhiệt đẳng nhiệt được áp dụng sau quá trình làm nguội ban đầu, điển hình là trong bể muối nóng chảy ở nhiệt độ ngay trên “nhiệt độ bắt đầu martensite”. Ở nhiệt độ này, ứng suất dư bên trong vật liệu được giảm bớt và một số bainite có thể được hình thành từ austenite được giữ lại mà không có thời gian để biến đổi thành bất kỳ thứ gì khác. Trong công nghiệp, đây là một quá trình được sử dụng để kiểm soát độ dẻo và độ cứng của vật liệu. Với quá trình làm nguội lâu hơn, độ dẻo tăng lên với mức độ bền giảm đi ở mức tối thiểu; thép được giữ trong dung dịch này cho đến khi nhiệt độ bên trong và bên ngoài cân bằng. Sau đó thép được làm nguội ở tốc độ vừa phải để giữ gradient nhiệt độ ở mức tối thiểu. Quá trình này không chỉ làm giảm ứng suất bên trong và các vết nứt do ứng suất mà còn làm tăng khả năng chống va đập.
Làm nguội và ủ: Đây là phương pháp xử lý nhiệt phổ biến nhất gặp phải, bởi vì các đặc tính cuối cùng có thể được xác định chính xác bởi nhiệt độ và thời gian ủ. Quá trình ủ bao gồm việc nung lại thép đã nguội đến nhiệt độ dưới nhiệt độ eutectoid sau đó làm nguội. Nhiệt độ tăng cao cho phép hình thành một lượng rất nhỏ spheroidite, giúp phục hồi độ dẻo nhưng làm giảm độ cứng. Nhiệt độ và thời gian thực tế được lựa chọn cẩn thận cho từng chế phẩm.
Austempering: Quá trình austempering cũng giống như martempering, ngoại trừ thép được giữ trong bể muối nóng chảy thông qua nhiệt độ biến đổi bainite, sau đó được làm nguội vừa phải. Thép bainite thu được có độ dẻo cao hơn, khả năng chống va đập cao hơn và ít biến dạng hơn. Nhược điểm của phương pháp tôi luyện là nó chỉ có thể được sử dụng trên một số loại thép và cần phải ngâm trong muối đặc biệt.
Thời gian đăng: Nov-01-2019