Công nghiệp cơ khí hiện nay rất phát triển, sản phẩm của ngành ngày càng được nâng cao về chất lượng. Bạn có biết rằng nhiệt luyện đóng góp rất lớn vào việc tạo ra các vật liệu tốt, bền, là cơ sở để tạo ra những sản phẩm được đánh giá cao như vậy. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về khái niệm, phương pháp, ứng dụng và tầm quan trọng của nhiệt luyện.
Nhiệt luyện là gì?
Nhiệt luyện là quy trình tạo ra sản phẩm kim loại hoặc hợp kim với cơ tính và tính chất mong muốn bằng ba yếu tố chính: nhiệt độ, thời gian giữ nhiệt và làm nguội vật liệu. Các yếu tố này được thực hiện tuần tự và với những chỉ số, thời gian khác nhau sẽ tạo thành những vật liệu có tính chất khác nhau.
Nhiệt luyện vật liệu được thực hiện bằng cách nung nóng kim loại hoặc hợp kim đến một nhiệt độ yêu cầu và đảm bảo rằng vật liệu không được hóa lỏng. Sau đó, nhiệt độ được duy trì trong một khoảng thời gian (tuỳ thuộc vào yêu cầu của vật liệu) và cuối cùng làm nguội vật liệu với tốc độ nhất định. Kết quả là từ vật liệu ban đầu, chúng bị thay đổi cấu trúc hoặc thành phần hóa học.
Mục đích của nhiệt luyện là giúp gia tăng ưu điểm về độ cứng, kéo dài tuổi thọ, nâng cao độ bền và khả năng chống mài mòn của vật liệu. Nhiệt luyện có thể làm cứng toàn phần và cũng có thể gia tăng độ cứng ở bề mặt, nhưng vẫn giữ được sự dẻo dai bên trong của vật liệu.
Nên xem: Cách phân biệt thép cuộn cán nóng và cán nguội
Các phương pháp nhiệt luyện
Có 4 phương pháp nhiệt luyện cơ bản: ủ, thường hóa, tôi, ram và 2 phương pháp nhiệt luyện kết hợp: hóa nhiệt luyện, cơ nhiệt luyện.
-
Phương pháp ủ: Nung nóng vật liệu đến nhiệt độ nhất định, duy trì nhiệt độ trong một khoảng thời gian (tuỳ thuộc vào yêu cầu), sau đó làm nguội với tốc độ chậm. Phương pháp này giúp giảm độ cứng và tăng độ dẻo của vật liệu, phục vụ cho các công đoạn gia công như cắt, áp lực, đúc, hàn, làm nồng độ thép cân bằng.
-
Phương pháp thường hóa: Thực hiện bằng cách nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn Austenit, duy trì nhiệt độ và làm nguội trong không khí để Peclit (từ Austenit phân hóa thành) phân tán thành xoocbit. Phương pháp này giúp tạo ra vật liệu có độ cứng phù hợp với yêu cầu gia công và khử ứng suất có trong thép.
-
Phương pháp tôi thép: Nung nóng thép lên quá nhiệt độ của ngưỡng tới hạn, quá trình giữ nhiệt được nhờ sự xuất hiện của tổ chức Austenit, sau đó làm nguội nhanh. Phương pháp này tăng độ cứng và khả năng chống mài mòn của vật liệu.
-
Phương pháp ram thép: Nung nóng thép đã tôi ở dưới các nhiệt độ tới hạn, duy trì nhiệt độ trong một khoảng thời gian nhất định, sau đó làm nguội. Phương pháp này giúp loại bỏ hoặc giảm ứng suất dư trong thép.
Ngoài ra, còn có 2 phương pháp nhiệt luyện kết hợp:
-
Hóa nhiệt luyện: Nung nóng vật liệu kết hợp với làm thay đổi thành phần hóa học của bề mặt vật liệu, từ đó tăng cường ưu điểm so với vật liệu ban đầu.
-
Cơ nhiệt luyện: Nung nóng bằng nhiệt độ kết hợp với những tác động làm biến dạng dẻo, nhằm thay đổi cấu trúc vật liệu cơ tính với diện tích lớn và mạnh hơn so với nhiệt luyện cơ bản.
Bài viết liên quan: Quy trình sản xuất thép không gỉ
Vai trò của nhiệt luyện trong ngành sản xuất gia công cơ khí
Nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng trong việc gia tăng ưu điểm và giảm các hạn chế của vật liệu trong ngành công nghiệp sản xuất cơ khí, nhằm tạo ra các sản phẩm ưu việt và chất lượng hơn.
Những vai trò chính của nhiệt luyện đối với ngành cơ khí:
Tăng ưu điểm về cơ tính
Nhiệt luyện có tác dụng tăng những ưu điểm về cơ học của vật liệu như độ cứng, độ bền, sự dẻo dai và đặc biệt là khả năng chống mài mòn. Những yếu tố này là cơ sở quan trọng khi lựa chọn vật liệu cho sản phẩm, vì không ai muốn sản phẩm cơ khí có trọng lượng nhẹ, giá thành tốt mà lại có độ bền thấp và chất lượng không tốt.
Các phương pháp nhiệt luyện như tôi thép, ram thép, nhiệt luyện bề mặt có thể nâng cao độ cứng và độ bền của vật liệu lên đến 6 lần so với vật liệu ban đầu.
Ưu điểm cơ tính của vật liệu được nhiệt luyện thể hiện qua:
- Độ cứng tăng giúp chịu khả năng chịu lực và tác động lực, sự va chạm tốt hơn.
- Khả năng chống mài mòn tăng giúp kéo dài tuổi thọ của sản phẩm.
- Khả năng chịu tải trọng lớn hơn.
- Trọng lượng vật liệu giảm giúp giảm chi phí nguyên liệu đầu vào của sản phẩm.
Thuận lợi và dễ dàng cho quá trình gia công
Quá trình nhiệt luyện giúp cải thiện hiệu quả của các công đoạn gia công như rèn, cắt, gọt, đột, chấn, hàn, mài, làm nguội, xử lý bề mặt. Nó tạo ra vật liệu có điều kiện tốt hơn để gia công và giảm thiểu sai sót. Sử dụng vật liệu phù hợp là quan trọng để tránh công đoạn sản xuất không hiệu quả hoặc phải khắc phục lỗi sau này.
Ví dụ, thép sau khi làm nguội thường có độ cứng cao, việc gia công cắt hoặc gọt có thể gặp khó khăn và gây gãy vỡ vật liệu, dao cụ, đường cắt không đẹp. Sử dụng phương pháp nhiệt luyện như ủ hoặc thường hóa sẽ làm mềm dẻo vật liệu, giúp gia công dễ dàng hơn.
Ý nghĩa kinh tế – khoa học
Nhiệt luyện không chỉ đem lại lợi ích cho vật liệu và sản phẩm mà còn ảnh hưởng đến sự phát triển kinh tế xã hội. Nó mang lại giá trị công nghệ cho sản phẩm, đóng góp vào lợi nhuận và uy tín của doanh nghiệp, đồng thời cũng là thước đo đánh giá trình độ và sự phát triển của công nghệ, khoa học trong ngành công nghiệp cơ khí.
Nhờ nhiệt luyện, sản phẩm có chất lượng cao và có giá trị công nghệ cao hơn, góp phần vào sự phát triển kinh tế của ngành công nghiệp cơ khí và cả nền kinh tế xã hội.
Xem tiếp: Thép carbon là gì? Có tốt hơn inox không?
Ban biên tập: Dnulib
