Nhiệt luyện là gì? Tìm hiểu về các phương pháp và vai trò của chúng

Nhiệt luyện là một phương pháp đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra những vật liệu bền vững và chất lượng trong bối cảnh ngành công nghiệp cơ khí đang phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây. Đây là cơ sở cho việc tạo ra những sản phẩm được đánh giá cao. Trong bài viết này cùng P69 tìm hiểu về khái niệm, vai trò cũng như quy trình xử lý của phương pháp này nhé!

1. Nhiệt luyện là gì?

Nhiệt luyện là một phương pháp quan trọng trong công nghệ kim loại, nó giúp cải thiện và kiểm soát được các tính chất có trong kim loại và hợp kim. Phương pháp nhiệt luyện dựa trên 3 yếu tố :

Nhiệt độ: Là yếu tố quan trọng nhất trong quy trình nhiệt luyện. Kim loại hoặc hợp kim được nung nóng đến một nhiệt độ nhất định và tùy thuộc vào loại vật liệu. Điều quan trọng là phải đảm bảo rằng vật liệu không chuyển sang trạng thái lỏng.

Thời gian giữ nhiệt: Sau khi đạt được nhiệt độ mong muốn, vật liệu sẽ được giữ ở nhiệt độ này trong một khoảng thời gian nhất định. Thời gian này có thể thay đổi tùy thuộc vào loại vật liệu và kết quả mong muốn.

Làm nguội vật liệu: Cuối cùng, vật liệu sẽ được làm nguội với một tốc độ nhất định. Tốc độ làm nguội cũng có thể ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất của vật liệu.

Quy trình nhiệt luyện giúp thay đổi cấu trúc vi mô, thành phần hóa học của vật liệu, từ đó tạo ra các tính chất mong muốn như độ cứng, độ bền, khả năng chống mài mòn, và tuổi thọ của vật liệu và đặc biệt là vật liệu để làm ống gió. Nhiệt luyện có thể được sử dụng để làm cứng toàn bộ vật liệu hoặc chỉ tăng độ cứng ở bề mặt, trong khi vẫn giữ được độ dẻo dai ở phần bên trong. Quy trình này được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, từ sản xuất ô tô, đến chế tạo máy bay.

2. Các phương pháp nhiệt luyện

Nhiệt luyện có nhiều phương pháp thực hiện với đặc điểm và tính chất riêng biệt nên cho ra sản phẩm cuối cùng khác nhau. Hãy cùng Cơ Khí P69 tìm hiểu chi tiết những phương pháp này nhé:

2.1 Phương pháp ủ

Phương pháp ủ là một quy trình thép được nung nóng đến một nhiệt độ nhất định. Sau đó thì thép sẽ được làm nguội trong cùng một lò nung. Quá trình làm nguội này với tốc độ dưới 200 độ C mỗi giờ. Điều này giúp thép sẽ có độ cứng thấp nhất có thể, cũng như độ dẻo cao nhất.

Ủ thép là một quy trình phức tạp đòi hỏi việc kiểm soát chặt chẽ về nhiệt độ và thời gian, nhưng nếu được thực hiện đúng cách, nó có thể tạo ra một loại thép có tính chất vật lý hoàn hảo.

Mục đích:

• Giảm độ cứng của thép: Quá trình ủ giúp làm giảm độ cứng của thép, tạo điều kiện thuận lợi cho việc gia công cắt gọt, giúp gia tăng hiệu suất và chất lượng của quá trình gia công.
• Tăng độ dẻo của thép: Bằng cách làm tăng độ dẻo, ủ giúp thép dễ dàng hơn trong việc gia công áp lực, giúp giảm thiểu nguy cơ bị gãy hoặc biến dạng.
• Làm đồng đều về nồng độ trong thép: Quá trình ủ giúp làm đồng đều về nồng độ các nguyên tố trong thép, điều này giúp cải thiện tính chất cơ lý và hóa học của thép.

2.2 Phương pháp thường hóa

Thường hóa là một phương pháp nhiệt luyện, trong đó thép được nung nóng đến một trạng thái hoàn toàn của austenit, một dạng cấu trúc tinh thể của thép. Sau khi đã đạt được trạng thái austenit, thì thép sẽ được giữ ở nhiệt độ này trong một khoảng thời gian nhất định để đảm bảo sự đồng nhất của cấu trúc. Tiếp theo thì thép sẽ được làm nguội trong không khí tĩnh để austenit phân hóa thành một cấu trúc mới, gần với trạng thái ổn định hơn.

Phương pháp thường hóa không chỉ đơn giản là việc nung nóng thép mà còn bao gồm việc giữ nhiệt và làm nguội. Quá trình này giúp cải thiện độ bền và độ cứng của thép, đồng thời cũng giúp giảm căng thẳng bên trong vật liệu.

Mục đích:  

• Tăng độ cứng của thép: Thường hóa làm tăng độ cứng của thép, giúp nó trở nên cứng hơn so với quá trình ủ.
• Làm nhỏ hạt thép: Do quá trình nguội nhanh hơn so với ủ, thường hóa sẽ làm nhỏ hạt thép. Nó giúp cải thiện cấu trúc tinh thể của thép.
• Loại bỏ lưới xell của thép: Lưới xell thường xuất hiện sau quá trình cùng tích và có cơ tính rất xấu. Thường hóa giúp loại bỏ lưới xell này, cải thiện cơ tính của thép.

2.3 Phương pháp tôi thép

Phương pháp tôi là quá trình thép được nung nóng tới nhiệt độ cao đến trạng thái hoàn toàn của Austenit. Tiếp theo thì thép sẽ được giữ ở nhiệt độ này trong một khoảng thời. Cuối cùng, thép được làm nguội nhanh chóng để hoàn tất quá trình tôi.

Mục đích:

• Tăng độ cứng của thép: Quá trình tôi làm tăng khả năng chịu lực của thép, giúp nó trở nên cứng hơn và bền hơn. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu độ bền cao, như trong ngành công nghiệp ô tô hoặc xây dựng.
• Tăng khả năng chống mài mòn của thép: Quá trình tôi cũng làm tăng khả năng chống mài mòn của thép, giúp nó chịu được sự mài mòn và tổn hại do tác động môi trường. Điều này giúp kéo dài tuổi thọ của sản phẩm thép, giảm thiểu chi phí bảo dưỡng và thay thế.

2.4 Phương pháp ram thép

Phương pháp ram là một kỹ thuật nhiệt luyện được áp dụng cho kim loại và hợp kim. Trong quá trình này, chi tiết kim loại đã được tôi sẽ được đun nóng lên một nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn (Ac1). Sau đó, kim loại sẽ được giữ ở nhiệt độ này trong một khoảng thời gian nhất định để mactenxit và austenit dư phân hoá thành các cấu trúc phù hợp rồi sẽ được làm nguội.

Phương pháp ram có mục đích chính là giảm bớt ứng suất nội tại, nhằm tránh các vấn đề như nứt, cong vênh, gãy hoặc hỏng hóc các chi tiết khi chúng đang hoạt động. Ngoài ra, phương pháp này còn giúp biến đổi cấu trúc Mactenxit và Austenit dư thành các cấu trúc khác, những cấu trúc này sẽ có các đặc tính cơ học phù hợp hơn với điều kiện làm việc.

2.5 Ngoài ra còn có phương pháp nhiệt luyện kết hợp

Hóa nhiệt luyện: Là quá trình nung nóng vật liệu kết hợp với việc thay đổi thành phần hóa học của bề mặt vật liệu. Quá trình này làm thay đổi trong tính chất của vật liệu, giúp chúng có nhiều ưu điểm hơn so với vật liệu ban đầu. Hóa nhiệt luyện giúp tăng cường độ bền, khả năng chống mài mòn và khả năng chịu nhiệt của bề mặt vật liệu, trong khi vẫn giữ được độ dẻo dai của lớp vật liệu bên trong.

Cơ nhiệt luyện: Là quá trình nung nóng vật liệu ở một nhiệt độ nhất định kết hợp với các tác động làm biến dạng dẻo. Nhằm thay đổi tổ chức cấu trúc vật liệu, cải thiện các tính chất cơ tính và tạo ra một diện tích lớn hơn, mạnh hơn so với nhiệt luyện cơ bản. Cơ nhiệt luyện giúp tăng cường độ bền và khả năng chịu tải của vật liệu, đồng thời cải thiện khả năng chống mài mòn và khả năng chịu nhiệt.

3. Vai trò của nhiệt luyện

3.1 Tăng ưu điểm về cơ tính

Nhiệt luyện đóng một vai trò quan trọng trong ngành cơ khí, với mục tiêu chính là cải thiện các đặc tính cơ học của vật liệu. Quá trình này giúp tăng cường độ cứng, độ bền, khả năng chống mài mòn và tính dẻo dai của vật liệu.

Các nhà sản xuất luôn mong muốn sản phẩm của mình có trọng lượng nhẹ, giá thành hợp lý, đồng thời đảm bảo độ bền cao và chất lượng tốt. Đây là những yếu tố quan trọng khi lựa chọn vật liệu để sản xuất bất kỳ sản phẩm cơ khí nào.

Các phương pháp nhiệt luyện như tôi thép, ram thép có thể giúp nâng cao độ cứng bề mặt và độ bền chung của vật liệu lên đến 6 lần so với ban đầu. Sự tăng cường này giúp vật liệu chịu được lực tác động và va chạm tốt hơn, đáp ứng được yêu cầu khắt khe của các ứng dụng cơ khí.

3.2 Thuận lợi và dễ dàng cho quá trình gia công

Trong quá trình sản xuất sản phẩm, các vật liệu như sắt, thép và các loại vật liệu khác phải trải qua nhiều giai đoạn gia công khác nhau như rèn, cắt, gọt, đột, làm nguội, và xử lý bề mặt như sơn, đánh bóng,…

Quá trình nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất của các giai đoạn gia công này. Nó tạo ra một vật liệu chắc chắn và chất lượng để chịu được quá trình gia công mà giảm thiểu sai sót tối đa. Việc sử dụng vật liệu không phù hợp có thể dẫn đến việc tốn nhiều công sức trong việc sản xuất hoặc khắc phục lỗi.

Nhiệt luyện giúp tạo ra vật liệu chất lượng, uy tín giúp tiết kiệm thời gian, công sức và nguồn lực trong việc sản xuất và khắc phục lỗi.

3.3 Ý nghĩa kinh tế – khoa học

Nhiệt luyện không chỉ nâng cao chất lượng của vật liệu và sản phẩm, mà còn góp phần vào sự phát triển kinh tế – xã hội. Dưới đây là một số lợi ích vĩ mô mà nhiệt luyện mang lại:

Tăng giá trị công nghệ cho sản phẩm: Nhiệt luyện giúp tạo ra các sản phẩm có chất lượng cao hơn, từ đó nâng cao giá trị công nghệ của chúng.

Lợi nhuận và uy tín của doanh nghiệp: Sản phẩm chất lượng cao tạo ra lợi nhuận tốt hơn cho doanh nghiệp, đồng thời cũng nâng cao uy tín của doanh nghiệp trong thị trường.

Sự phát triển kinh tế của ngành công nghiệp cơ khí: Nhiệt luyện đóng góp vào việc tạo ra sản phẩm chất lượng cao, từ đó thúc đẩy sự phát triển kinh tế của ngành công nghiệp cơ khí.

Đánh giá trình độ phát triển công nghệ, khoa học: Nhiệt luyện cũng là một thước đo để đánh giá trình độ phát triển của công nghệ, khoa học trong ngành chế tạo, sản xuất, cơ khí của mỗi quốc gia và trên toàn thế giới.

Nhìn chung, nhiệt luyện không chỉ tạo ra lợi ích trực tiếp cho sản phẩm và vật liệu, mà còn góp phần vào sự phát triển toàn diện của ngành công nghiệp và xã hội.

4. Quy trình xử lý nhiệt luyện

4.1 Làm cứng

Là quá trình nung nóng thép lên đến một nhiệt độ thích hợp, rồi sau đó làm nguội nhanh chóng bằng cách ngâm trong nước hoặc dầu. Nhiệt độ tại đó biến đổi nhanh chóng xảy ra phụ thuộc vào hàm lượng cacbon trong thép.

Để đảm bảo rằng lõi thép cũng được chuyển đổi hoàn toàn thành thép không gỉ, thời gian gia công nhiệt cần được tăng lên. Kết quả của quá trình làm cứng là cấu trúc vi mô của thép bao gồm ferrite, martensite hoặc xi măng.

4.2 Gia nhiệt thép

Quá trình gia nhiệt thép trong nhiệt luyện liên quan đến việc đưa thép đã được làm nguội và làm cứng trong một nhiệt độ cụ thể trong một khoảng thời gian nhất định. Mục đích của việc này là để cân bằng lại cấu trúc của kim loại.

Độ cứng và cường độ của thép sau quá trình ủ sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ mà quá trình này được thực hiện. Khi nhiệt độ ủ cao hơn, độ dẻo của thép sẽ tăng lên, nhưng độ bền và độ cứng lại giảm đi. Ngược lại, khi nhiệt độ ủ thấp, độ dẻo của thép giảm nhưng độ bền và độ cứng lại tăng lên.

Trong thực tế, nhiệt độ ủ được chọn phải phù hợp để tạo ra mức độ cứng và cường độ bền mong muốn. Quá trình này được thực hiện trên tất cả các loại thép carbon đã được làm cứng, với mục đích giảm độ giòn của chúng. Nhờ vậy, chúng có thể được sử dụng hiệu quả trong các ứng dụng mong muốn.

4.3 Ủ thép

Ủ thép là một quy trình nhiệt luyện, trong đó thép được đun nóng lên một nhiệt độ cao và sau đó được làm nguội chậm. Mục đích của việc này là để tạo ra một cấu trúc vi mô mà có độ dẻo và độ bền cao nhưng độ cứng lại thấp.

Quy trình ủ thép bao gồm việc đun nóng một phần thép lên một nhiệt độ thích hợp, rồi giữ nó ở nhiệt độ đó, và sau đó sẽ tắt lò trong khi vật liệu vẫn còn ở bên trong. Thép thường được ủ trước khi được xử lý bằng cách tạo hình nguội. Điều này giúp giảm các yêu cầu về tải trọng và năng lượng, cho phép kim loại chịu được các tác động lớn mà không bị hỏng.

Như vậy, quá trình ủ thép giúp tạo ra một loại thép có độ dẻo và độ bền cao, nhưng độ cứng lại thấp, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.

4.4 Bình thường hóa

Quá trình bình thường hóa thép bao gồm việc đốt nóng thép lên một nhiệt độ cụ thể, rồi sau đó giữ nó ở nhiệt độ trong một khoảng thời gian nhất định, và cuối cùng là làm mát nó trong không khí. Cấu trúc vi mô của thép sau quá trình bình thường hóa là một hỗn hợp của ferrite và xi măng. Điều này tạo ra một loại thép có độ bền và độ cứng cao hơn, nhưng độ dẻo lại thấp.

Quá trình bình thường hóa thường được thực hiện trên các cấu trúc và các thành phần cấu trúc sẽ được gia công. Lý do là vì quá trình này cải thiện khả năng gia công của thép cacbon, giúp cho việc gia công thép trở nên dễ dàng hơn và hiệu quả hơn.

4.5 Chế hòa khí

Quá trình chế hòa khí là một quá trình xử lý nhiệt đặc biệt. Trong quá trình này, thép hoặc sắt được nung nóng đến một nhiệt độ nhất định, dưới điểm nóng chảy, trong một môi trường chứa vật liệu lỏng, rắn hoặc khí có khả năng phân hủy để giải phóng carbon khi được nung ở nhiệt độ sử dụng.

Kết quả của quá trình này là vỏ ngoài hoặc bề mặt của thép hoặc sắt sẽ có hàm lượng carbon cao hơn so với vật liệu chính. Khi thép hoặc sắt được làm lạnh nhanh bằng cách làm nguội, hàm lượng carbon cao hơn ở bề mặt ngoài sẽ trở nên cứng, trong khi lõi vẫn giữ được độ cứng và độ mềm.

4.6 Làm cứng bề mặt

Quá trình làm cứng bề mặt đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng kỹ thuật. Điều này đòi hỏi bề mặt của vật liệu phải đủ cứng để chống lại sự mài mòn, trong khi vẫn duy trì được độ dẻo dai để chịu được va đập và tải sốc.

Bề mặt của vật liệu có thể được làm cứng thông qua một quá trình gồm hai bước: làm khô và làm nguội cục bộ. Trong quá trình này, các yếu tố làm cứng như carbon hoặc nitơ được khuếch tán lên bề mặt.

Có nhiều quá trình khác nhau có thể được sử dụng để thực hiện việc làm cứng bề mặt, bao gồm làm cứng ngọn lửa, làm cứng cảm ứng, thấm nitơ, thấm carbon, và nhiều hơn nữa. Mỗi quá trình này đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và lựa chọn quá trình phù hợp sẽ phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng kỹ thuật.

Trên đây là toàn bộ thông tin về nhiệt luyện là gì? Hy vọng qua bài viết bạn đã lựa chọn được phương pháp thích hợp để mang lại sản phẩm vật liệu tốt nhất và phù hợp với sản xuất. Nếu cần tư vấn thêm về công nghiệp cơ khí hoặc các sản phẩm liên quan, đừng ngần ngại liên hệ với P69 nhé!

CÔNG TY CỔ PHẦN ĐẦU TƯ P69

• Nhà máy sản xuất: Km 18, đường Đại Lộ Thăng Long, Khu CN Thạch Thất Quốc Oai, Hà Nội
• Số điện thoại: 0966686969 | Hotline: 0989188982
• Email: kd1@cokhip69.com.vn
• Website: https://cokhip69.com.vn