Nhiều loại thép có phản ứng có lợi đối với phương pháp xử lý nhiệt được gọi là tôi luyện.Một trong những tiêu chí quan trọng nhất trong quá trình lựa chọn vật liệu phôi là độ cứng của Thép.
Cấu trúc của Thép
Cấp độ đầu tiên của việc phân loại thép ở cấp độ vi mô là cấu trúc tinh thể của chúng. Cách mà các nguyên tử được sắp xếp trong không gian.Các cấu trúc Khối lập phương thể tâm [BCC] và Khối trung tâm diện tâm [FCC] là những ví dụ về cấu trúc tinh thể kim loại.
Ví dụ về cấu trúc tinh thể BCC và FCC có thể được nhìn thấy bên dưới trong. Hình ảnh dưới là vị trí nguyên tử. Và khoảng cách giữa các nguyên tử được phóng đại.
Mức độ phân loại tiếp theo là giai đoạn.Mộtgiai đoạnlà một phần thống nhất của một loại vật liệu có tính chất vật lý và hóa học giống nhau.Thép có 3 pha khác nhau:
- Austenit: Sắt lập phương tâm mặt;cũng là hợp kim sắt và thép có cấu trúc tinh thể FCC.
- Ferit: Hợp kim sắt và thép lập phương tâm khối có cấu trúc tinh thể BCC.
- Cementite : Cacbit sắt [Fe3C]
Cấu trúc vi mô,Ba giai đoạn trên được kết hợp để tạo thành các cấu trúc vi mô khác nhau của thép.Ví dụ về các cấu trúc vi mô này và các đặc tính cơ học chung của chúng:
- Mactenxit: cấu trúc vi mô cứng nhất và mạnh nhất, nhưng lại giòn nhất.
- Pearlite: Cứng, chắc và dẻo nhưng không đặc biệt dai.
- Bainite: có sự kết hợp giữa độ bền và độ dẻo mong muốn, cứng hơn ngọc trai nhưng không cứng bằng mactenxit.
Làm cứng ở mạng cấu trúc
Độ cứng của thép là một hàm của hàm lượng cacbon trong vật liệu. Các nguyên tố hợp kim khác và kích thước thớ của austenit.Austenit là sắt pha gamma và ở nhiệt độ cao. Cấu trúc nguyên tử của nó trải qua quá trình chuyển đổi từ cấu hình BCC sang cấu hình FCC.
Độ cứng cao đề cập đến khả năng của hợp kim tạo ra tỷ lệ mactenxit cao trong toàn bộ phần thân của vật liệu khi tôi nguội.Thép tôi cứng được tạo ra bằng cách làm nguội nhanh vật liệu ở nhiệt độ cao.Điều này liên quan đến sự chuyển đổi nhanh chóng từ trạng thái 100% Austenit sang Mactenxit.
Nếu thép có nhiều hơn 0,15% cacbon. Thì mactenxit sẽ trở thành dạng lập phương tâm khối có độ căng cao và là siêu bão hòa với cacbon.Carbon ngăn chặn hiệu quả hầu hết các mặt phẳng trượt trong cấu trúc vi mô, tạo ra một vật liệu rất cứng và giòn.Nếu tốc độ dập tắt không đủ nhanh, cacbon sẽ khuếch tán ra khỏi pha austenit.Sau đó, thép trở thành ngọc trai, bainite, hoặc nếu được giữ nóng đủ lâu, ferit.
Các yếu tố nhiệt luyện thép thành công
- Kích thước và hình dạng của mẫu
- Thành phần của thép
- Phương pháp làm nguội
1. Kích thước và hình dạng của vật mẫu
Trong quá trình làm nguội, nhiệt phải được truyền lên bề mặt của mẫu thử trước khi đưa vào môi trường làm nguội.Do đó, tốc độ nguội bên trong của mẫu thử phụ thuộc vào tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích của nó.Tỷ lệ này càng lớn thì mẫu càng nguội nhanh và do đó tác dụng làm cứng càng sâu.
Ví dụ, thanh hình trụ 300 mm có đường kính 10 mm sẽ có độ cứng cao hơn thanh 300 mm có đường kính 15mm.Do hiệu ứng này, các bộ phận có nhiều góc và cạnh hơn dễ làm cứng hơn bằng cách làm nguội hơn các hình dạng tròn và thông thường.
2. Thành phần của thép
Điều quan trọng cần nhớ là: Các hợp kim khác nhau của thép chứa các thành phần nguyên tố khác nhau.Tỷ lệ của các nguyên tố này so với lượng sắt trong thép tạo ra nhiều đặc tính cơ học.Việc tăng hàm lượng cacbon làm cho thép cứng và chắc hơn. Nhưng kém dẻo hơn. Nguyên tố hợp kim chủ yếu của thép không gỉ là Crom. Mang lại cho kim loại khả năng chống ăn mòn mạnh mẽ. Con người đã nghiên cứu vè thép từ rất lâu. hơn một thiên niên kỷ. Nên khả năng kết hợp giữa các nguyên tố với nhau là vô cùng nhiều.
Carbon không phải là nguyên tố hợp kim duy nhất có thể ảnh hưởng đến độ cứng.Điều tạo ra khác biệt về tính chất giữa các kim loại. Phụ thuộc vào thành phần nguyên tố hợp kim của kim loại đó.
3. Phương pháp làm nguội
Các chất làm nguội ảnh hưởng đến tốc độ làm mát.Sử dụng dầu, nước, chất làm nguội polyme dạng nước hoặc không khí sẽ tạo ra độ cứng khác nhau ở bên trong phôi.Điều này cũng thay đổi các đường cong độ cứng.
Nước tạo ra sự làm nguội nhanh nhất sau đó là dầu và sau đó là không khí.Chất làm nguội polyme dạng nước cung cấp tốc độ làm nguội giữa nước và dầu và có thể được điều chỉnh cho các ứng dụng cụ thể bằng cách thay đổi nồng độ và nhiệt độ polyme.
Mức độ khuấy cũng ảnh hưởng đến tốc độ loại bỏ nhiệt.Môi trường làm nguội di chuyển trên mẫu càng nhanh thì hiệu quả làm nguội càng lớn.Dầu làm mát thường được sử dụng. Quá trình dập tắt bằng nước có thể làm nứt hoặc cong vênh khi xử lý nhiệt.
Độ cứng là thước đo của sự hình thành mactenxit trong toàn bộ thể tích của nó. Từ bề mặt đến lõi.Đây là một thuộc tính vật liệu quan trọng mà bạn phải xem xét khi chọn thép cũng nhưcác công cụ cắt cho một ứng dụng cụ thể.Độ cứng của bất kỳ loại thép nào phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của chi tiết. Thành phần phân tử của thép và loại phương pháp tôi được sử dụng.
xem thêm các bài viết: Các nhóm vật liệu trong gia công.