Xử lý nhiệt được dùng để làm tăng độ cứng bề mặt chi tiết máy là một phần không thể thiếu trong nghành gia công cơ khí. Độ cứng bề mặt tỷ lệ thuận với khả năng chống mài mòn của sản phẩm. Nguyên lý cơ bản để tăng độ cứng bề mặt là làm xuất hiện một lớp vật liệu chịu ứng suất nén ngay bên dưới bề mặt chỗ cần tăng cứng.
全体焼き入れ – 焼き入れ [Gia nhiệt thể tích, nhiệt luyện thể tích]. Ký hiệu: HQ
-Tăng độ cứng tránh bào mòn
-Để tăng độ cứng của thép: đun nóng đến nhiệt độ nhất định sau đó làm lạnh đột ngột để thay đổi trạng thái cố định của carbon trong thép.
高周波焼き入れ [Gia nhiệt bề mặt, nhiệt luyện bề mặt]. Ký hiệu: FHA/ HQI
-Tăng độ cứng bộ phận tránh bào mòn.
– Chiều sâu tăng độ cứng [深度]：0.5 – 2mm
-Dưới tác dụng của 誘電流 [dòng điện môi] bề mặt vật liệu nóng liên tục sau đó được làm lạnh đột ngột để tăng độ cứng.
真空焼き入れ [Gia nhiệt chân không, nhiệt luyện chân không]. Ký hiệu: HV
-Gia nhiệt trong lò ở trạng thái chân không sau đó làm lạnh bằng khí Nitơ
Lò gia nhiệt chân không trong nghành gia công cơ khí
浸炭焼き入れ [Gia nhiệt thấm carbon）: Ký hiệu: HC
-Gia nhiệt trong điều kiện bầu không khí có thấm carbon, tiến hành gia nhiệt để carbon thẩm thấu vào bề mặt vật liệu. 150-200oC
窒化焼き入れ [Gia nhiệt thấm nitơ）: 深度：0.1 –0. 2mm Ký hiệu: HN
-Gia nhiệt trong điều kiện có Nitơ dạng khí hay lỏng để tẩm nitơ vào bề mặt sản phẩm. 500-600oC
析出硬化処理 [Kết tụ [chiết suất] làm cứng）:
-Làm cứng vật liệu Inox bằng cách làm tan chảy-hoà trộn nguyên tố carbon trong vật liệu.
焼き入れ戻し [Gia nhiệt và ủ] Ký hiệu: HQT
-Nếu chỉ xữ lý nhiệt bằng cách nung nóng và lạm lạnh đột ngột thì nguyên liệu sẽ cứng nhưng dòn dễ bị vỡ. Để cải thiện: sau khi gia nhiệt sản phẩm sẽ được ủ, độ cứng giảm xuống nhưng độ bền cao, độ bền kéo, độ dẻo [引張強度], độ dãn dài [伸び], khẩu độ [絞る], tính chất cơ học nhưng tác động được cải thiện, nó sẽ trở thành thép dẻo và cứng.
Ví dụ về cách đọc phương pháp gia nhiệt trong nghành gia công cơ khí:
HQT: gia nhiệt, ủ
HCV-HQT: thấm carbon- chân không- gia nhiệt- ủ
Đơn vị đo độ cứng là: HB – HRC – Hs – Hv [có cách quy đổi giữa các đơn vị này]. Để đo độ cứng thông thường dùng 2 dụng cụ đo: ロックウェル硬さ [ Máy đo độ cứng bàn ] và ショア硬さ [ Máy đo độ cứng cầm tay ]
ロックウェル硬さ [ Máy đo độ cứng bàn ]：chủ yếu đo HRC chính xác nhưng để lại vết khi đo
ショア硬さ [ Máy đo độ cứng cầm tay ]：chủ yếu đo Hs ít chính xác hơn nhưng không để lại vết khi đo.
Người ta ví Nhiệt luyện thép là thước đo để đánh giá trình độ phát triển khoa học kỹ thuật trong ngành cơ khí chế tạo.
Vậy nhiệt luyện thép để làm gì mà có tầm quan trọng như vậy?
Bài viết sẽ giải đáp thắc mắc cho câu hỏi đó.
Nhiệt luyện là gì?
Nhiệt luyện [tiếng Anh là heat treatment], là một quá trình bao gồm nung nóng hợp kim đến một nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt ở đó một thời gian cần thiết, sau đó làm nguội với các tốc độ làm nguội khác nhau. Nhiệt luyện là khâu gia công kim loại bằng nhiệt nhằm mục đích làm thay đổi tổ chức do đó thay đổi tính chất [đặc biệt cơ tính] của hợp kim theo ý muốn.
Cơ sở của phương pháp nhiệt luyện hợp kim là giản đồ trạng thái của hợp kim đó, muốn nhiệt luyện thép thì cần nắm vững giản đồ trạng thái Fe-Fe3C phần thép ở trạng thái rắn.
>> Xem bài trước: Phương pháp nhiệt luyện là gì? Có bao nhiêu phương pháp nhiệt luyện?
Có thể nói, nhiệt luyện thép có tác dụng đối với quá trình sản xuất cơ khí trong quá trình gia công tạo hình sản phẩm và sử dụng các sản phẩm đó.
1. Trong quá trình gia công tạo hình sản phẩm
Nhiệt luyện có tác dụng cải thiện tính công nghệ, cụ thể:
Tăng tính gia công cắt, cán, dập…làm tăng năng suất khi chế tạo sản phẩm cơ khí.
- Ví dụ như khi gia công cắt gọt, người thợ gặp những phôi thép có độ cứng không thích hợp nên khó cắt, điều này làm giảm năng suất gia công. Muốn tăng năng suất khi cắt gọt phải làm sao cho phôi liệu có độ cứng thích hợp để dễ cắt. Muốn vậy trước khi cắt gọt loại thép này nên sử dụng phương pháp nhiệt luyện kim loại để tạo độ cứng thích hợp.
Sửa chữa các sai hỏng do các khâu gia công trước gây nên.
Khi chế tạo một sản phẩm thép nào đó phải trải qua các khâu gia công khác nhau như đúc, cán, rèn, gia công cắt… mà mỗi quá trình gia công nào đó đều cho vật liệu thép có hình dạng nhất định song cũng có thể gây ra một số ảnh hưởng không có lợi cho quá trình gia công tiếp theo. Do đó người ta nghĩ ngay đến các phương pháp nhiệt luyện thép để sửa lại các ảnh hưởng không có lợi đó.
- Ví dụ như sau khi rèn, thép biến cứng khó gia công trên máy cắt, lúc đó muốn cắt gọt được cần phải làm mềm đi bằng nhiệt luyện.
- Trường hợp điển hình khác như việc áp dụng phương pháp gia công áp lực ở trạng thái nguội để tạo phôi thép cho gia công cắt hoặc tạo hình sản phẩm [ví dụ như lò xo] sẽ gây nên ứng suất bên trong ảnh hưởng xấu đến tính chất của vật liệu. Trong trường hợp này, người ta cũng có thể khử ứng suất dư đó thông qua quá trình nhiệt luyện, như quá trình nhiệt luyện lò xo.
2. Sử dụng các sản phẩm chế tạo cơ khí làm việc trong các điều kiện cần cơ tính cao
Đây là công dụng quan trọng nhất của nhiệt luyện, nhờ nó mà các sản phẩm khi chế tạo xong sẽ nhận được các cơ tính thích hợp trong các điều kiện làm việc quy định lâu dài.
- Ví dụ như sau khi gia công cơ khí tạo hình dũa, để làm việc được cần phải có độ cứng cao và tính chống mài mòn tốt mà không thay đổi hình dáng kích thước trong quá trình sử dụng, muốn vậy người ta phải nhiệt luyện nó.
Ngoài ra, nếu biết kết hợp lựa chọn vật liệu chế tạo sản phẩm và nhiệt luyện thì sẽ làm tăng chất lượng cơ tính hoặc tuổi thọ, hạ giá thành sản phẩm.
Vậy nhiệt luyện thép có ảnh hưởng quyết định đến giá thành, chất lượng, tuổi thọ của các sản phẩm cơ khí. Máy móc càng chính xác, yêu cầu cơ tính càng cao mà bỏ qua nhiệt luyện hoặc nhiệt luyện không đảm bảo thì độ chính xác và khả năng làm việc sẽ không còn nữa.
Với những công dụng quan trọng như trên, Công nghệ Nhiệt luyện đã, luôn và sẽ có tầm ảnh hưởng quan trọng tới chất lượng của sản phẩm vật liệu cơ khí. Do đó, nghiên cứu chuyên sâu về nhiệt luyện luôn là vấn đề cấp bách của nhiều quốc gia đang phát triển, đặc biệt như nước ta hiện nay.