1. Nhiệt luyện là gì? Tìm hiểu về các phương pháp nhiệt luyện

1.1. Nhiệt luyện là gì?

Trong ngành cơ khí, nhiệt luyện là quy trình tinh luyện kim loại hoặc hợp kim để tạo ra được sản phẩm là kim loại hoặc hợp kim theo chất lượng và tiêu chí cho trước. Trong phương pháp nhiệt luyện thì nhiệt độ, thời gian giữ nhiệt và khâu làm nguội vật liệu là 3 yếu tố cốt lõi tác động trực tiếp đến thành phẩm tạo ra. Sản phẩm của phương pháp nhiệt luyện là không có định mà sẽ thay đổi dựa theo thời gian của mỗi quá trình cũng như một vài chỉ số khác.

Quá trình nhiệt luyện bắt đầu từ bước nung nóng kim loại hoặc hợp kim. Mỗi loại kim loại hoặc hợp kim sẽ có nhiệt độ nung nóng khác nhau, tuy nhiên, có một điểm chung đó là tại nhiệt độ nung nóng định trước đó thì kim loại hoặc hợp kim sẽ không bị nóng chảy. Hay nói cách khác thì trong quá trình nhiệt luyện, người ta sẽ nung nóng kim loại và giữ cho kim loại ở mức nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của chúng.

Sau khi nhiệt độ trong lò đã đạt đến mức cần thiết thì sẽ không được tăng lên nữa mà được giữ nguyên trong một khoảng thời gian nhất định. Thời gian duy trì nhiệt độ phụ thuộc vào yêu cầu đối với thành phẩm sau quá trình tinh luyện.

Bước cuối cùng là làm nguội vật liệu nung. Trong quá trình nhiệt luyện, vật liệu bị nung ở nhiệt độ cao trong thời gian dài sẽ sinh ra những biến đổi trong cấu trúc hoặc thành phần hóa học. Sau khi làm nguội thì đặc tính của vật liệu cũng sẽ thay đổi không còn giống với đặc tính ban đầu nữa.

Thường thì người ta nhiệt luyện vật liệu nhằm mục đích gia tăng thêm các đặc tính vật lý của vật liệu đó, chẳng hạn như độ bền, độ dẻo dai, độ cứng, tuổi thọ, khả năng chống bị ăn mòn, khả năng chịu lực…

1.2. Tìm hiểu về các phương pháp nhiệt luyện

Như vậy, chúng ta đã tìm hiểu phương pháp nhiệt luyện là gì và một số kiến thức cơ bản về quá trình nhiệt luyện vật liệu. Nhiệt luyện bao gồm 4 phương pháp đó là: Phương pháp ủ, phương pháp thường hóa, phương pháp tôi thép và phương pháp ram thép. Trong phần này, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu chi tiết hơn về 4 phương pháp nhiệt luyện nói trên nhé!

1.2.1. Phương pháp ủ

Phương pháp ủ bắt đầu bằng quá trình nung nóng vật liệu đến một nhiệt độ nhất định, sau đó ngừng tăng nhiệt độ và cứ giữ cho vật liệu ở mức nhiệt độ như vậy trong một khoảng thời gian nhất định. Quá trình này được gọi là quá trình ủ.

Thời gian ủ sẽ khác nhau tùy thuộc vào mỗi loại vật liệu và yêu cầu về thành phẩm sau quá trình nhiệt luyện. Phương pháp ủ này lại được chia thành nhiều loại nhỏ hơn nữa, bao gồm: Phương pháp ủ hoàn toàn, phương pháp ủ không hoàn toàn, phương pháp ủ đẳng nhiệt, phương pháp ủ khử ứng suất và phương pháp ủ đạt xementit hạt.

Sau khi thời gian ủ hoàn tất, người ta sẽ làm nguội vật liệu dần dần. Với phương pháp ủ thì vật liệu được làm nguội ở tốc độ khá chậm, chưa tới 200 độ C mỗi giờ.

Mục đích của phương pháp ủ vật liệu đó là làm mềm vật liệu và khiến cho vật liệu tăng thêm độ dẻo dai. Vật liệu sau đó sẽ được sử dụng để làm hàn, đúc, làm cân bằng nồng độ thép, hoặc sẽ được gia công cắt, gia công áp lực.

1.2.2. Phương pháp thường hóa

Phương pháp thường hóa được sử dụng chủ yếu để nhiệt luyện thép. Thép sẽ được nung nóng và giữ ở trạng thái austenit và duy trì ở trạng thái đó trong một khoảng thời gian nhất định. Austenit lúc này sẽ phân hóa thành peclit.

Sau đó, người ta sẽ làm nguội thép trong không khí. Trong quá trình làm nguội, peclit lại tiếp tục phân tán thành xoocbit. Thép sau khi được làm nguội sẽ có độ cứng thấp hơn so với thép trước khi nhiệt luyện.

Thép được nhiệt luyện bằng phương pháp thường hóa sẽ đạt đến độ mềm cần thiết cho mục đích gia công (thường là gia công cắt gọt). Phương pháp thường hóa cũng có thêm một tác dụng nữa đó là khử đi ứng suất trong thép và các xementit cũng được tách nhỏ ra.

1.2.3. Phương pháp tôi thép

Phương pháp tôi thép có hai loại, đó là tôi thép mặt ngoài và tôi thép xuyên tâm. Với phương pháp này, thép sẽ được đưa vào lò và nung nóng lên đến mức nhiệt cao hơn nhiệt độ giới hạn của thép. Sau đó thép sẽ được giữ ở nhiệt độ đó trong một khoảng thời gian nhất định.

Kết thúc thời gian giữ nhiệt, thép lại được làm nguội nhanh chóng. Mục đích duy nhất của phương pháp tôi thép đó là làm tăng cường độ cứng của thép. Song song với đó là khả năng chống mài mòn cũng được cải thiện rất đáng kể.

1.2.4. Phương pháp ram thép

Phương pháp ram thép cũng được chia thành nhiều loại nhỏ hơn, trong đó có ram thấp, ram trung bình và ram cao. Vật liệu sử dụng trong phương pháp ram thép bắt buộc phải là thép đã tôi. Thép được nung nóng lên và duy trì nhiệt độ trong khoảng thời gian nhất định. Sau đó thép sẽ được làm nguội. Trải qua quá trình ram, ứng suất còn dư trong thép tôi sẽ được loại bỏ một phần hoặc loại bỏ hoàn toàn.

1.2.5. Một số phương pháp nhiệt luyện khác

Ngoài 4 phương pháp nhiệt luyện trên còn có hai phương pháp nhiệt luyện kết hợp khác là hóa nhiệt luyện và cơ nhiệt luyện. Phương pháp hóa nhiệt luyện làm thay đổi cả thành phần hóa học trên bề mặt của vật liệu. Sự thay đổi này sẽ dẫn đến thay đổi về đặc tính.

Phương pháp cơ nhiệt luyện lại kết hợp giữa nung nóng vật liệu và tác động vật lý đến vật liệu trong quá trình nung nóng. So với nhiệt luyện cơ bản thì phương pháp cơ nhiệt luyện làm thay đổi đặc tính và cấu trúc của vật liệu ở mức độ cao hơn và phạm vi lớn hơn.

2. Phương pháp nhiệt luyện có tác dụng gì trong ngành cơ khí?

Phương pháp nhiệt luyện giúp cải thiện những đặc tính cơ học của vật liệu. Mục đích thường thấy đó là tăng cường độ cứng hoặc độ dẻo dai, tăng cường độ bền, tăng khả năng chống bị mài mòn…

Bên cạnh đó, vật liệu sau khi được nhiệt luyện sẽ có thể gia công dễ dàng hơn. Chẳng hạn như thép quá cứng, khó gia công, sau khi trải qua nhiệt luyện sẽ mềm và dẻo dai hơn, dễ gia công hơn.

Phương pháp nhiệt luyện cũng tạo ra những vật liệu có chất lượng tốt hơn ban đầu, những vật liệu này sau đó lại được sử dụng để tạo ra những sản phẩm gia công cơ khí có chất lượng cao và giá thành bán ra thị trường cao, góp phần không nhỏ cho sự phát triển của các doanh nghiệp cơ khí nói riêng và cả nền công nghiệp cơ khí nói chung.
Qua những thông tin được tổng hợp và chia sẻ trong bài viết, bạn đã hiểu được phương pháp nhiệt luyện là gì và quy trình chung của phương pháp nhiệt luyện. Nhiệt luyện là phương pháp quan trọng, đóng góp rất nhiều cho ngành công nghiệp cơ khí. Tùy theo yêu cầu về nguyên liệu để gia công và chế tác mà người ta sử dụng phương pháp nhiệt luyện thích hợp nhất.