Trong lĩnh vực nhiệt luyện, tôi kim loại là một giai đoạn không thể thiếu trong quá trình gia công kim loại. Vậy bạn đã biết tôi kim loại là gì? Tại sao phải tôi kim loại và có các phương pháp tăng độ cứng cho kim loại nào? Cùng Multichem tìm hiểu ngay sau bài viết dưới đây!
Tôi kim loại là gì?
Tôi kim loại là quá trình nhiệt luyện, làm nguội kim loại về nhiệt độ phòng sau khi xử lý nhiệt để ngăn quá trình khuếch tán xảy ra để không thay đổi đáng kể cấu trúc vi mô của kim loại.
Phương pháp tôi cứng kim loại có thể kể đến như tôi bằng dầu, tôi bằng chất kiềm hoặc tôi bằng không khí cưỡng bức. Tùy vào từng trường hợp mà chọn phương diện tôi thích hợp.
Cách tăng độ cứng cho kim loại
Các phương tiện được sử dụng phổ biến hiện nay để làm nguội kim loại bao gồm các polyme chuyên dùng, không khí cưỡng bức, nước ngọt, nước muối và dầu nhiệt luyện.
Trong đó nước là nguyên tố quan trọng giúp cho cho thép đạt độ cứng tối đa. Tuy nhiên, việc sử dụng nước để tôi kim loại có thể dẫn đến việc kim loại bị nứt hoặc bị biến dạng.
Ngoài ra trong quá trình tôi sẽ có những kích động mạnh khi thợ nhúng các kim loại nóng vào môi trường chất tôi, hơi nước bốc lên từ kim loại với khối lượng lớn có tác động không nhỏ. Vậy nên những người thợ kim loại chưa quen cần hết sức lưu ý.
Trường hợp độ cứng cực cao là không cần thiết, có thể sử dụng dầu khoáng để thay thế trong quá trình làm nguội.
Quá trình tôi kim loại thép
Được sử dụng phổ biến để làm cứng thép, phương pháp làm nguội bằng nước từ nhiệt độ cao hơn nhiệt độ của austenit sẽ dẫn đến vấn để carbon bị kẹt ở bên trong thép austenite. Khi đó dẫn đến thép martensitic bị cứng và giòn. Trong đó thép austenit là một loại thép không gỉ có chứa các hợp kim của sắt với sắt gamma. Còn thép martensite là một loại cấu trúc tinh thể của thép cứng.
Thép tôi martensite cần trải qua một quá trình ủ bởi loại thép này rất giòn và có ứng suất cao. Phương pháp đó là nung nóng lại thép đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn, sau đó thép sẽ được để nguội trong không khí.
Theo như thông thường, thép sau đó sẽ được tôi luyện trong dầu, muối, chì hoặc sử dụng lò không khí có quạt lưu thông nhằm khôi phục độ uốn, chịu sức căng cũng như độ bền bị mất đi trong quá trình chuyển đổi thành thép martensite.
Sau khi được tôi luyện, tùy thuộc vào tình trạng cụ thể mà kim loại được làm nguội nhanh hay chậm. Và cũng tùy trường hợp mà sau khi tôi, kim loại được xử lý có bị giòn hay không.
Bên cạnh nhiệt độ của thép martensite và austenite, việc xử lý nhiệt kim loại còn có mối liên hệ đến nhiệt độ ferrite, cementite, pearlite và bainite. Khi sắt được nung nóng ở nhiệt độ cao thì sự biến đổi delta ferrite xảy ra. Pearlite được tạo ra trong giai đoạn làm nguội chậm các hợp kim sắt. Còn bainite có hai dạng đó là bainite trên và bainite dưới. Nó được tạo nên ở tốc độ nguội chậm hơn so với sự hình thành martensite nhưng lại có tốc độ nguội nhanh hơn ferrite và pearlite.
Quá trình tôi có mục tiêu là để thép đạt đến giai đoạn martensite. Như vậy cần ngăn chặn thép bị biến đổi từ austenite thành ferrite và cementite.
Cách nhiệt luyện nhôm (tôi nhôm)
Khác với quá trình tôi luyện thép đã được phát triển từ hàng ngàn năm trước thì nhôm là kim loại mới hơn và các kỹ thuật nhiệt luyện cho loại kim loại này cũng ra đời gần sau này hơn.
Tương tự như khi tôi luyện thép, có một số phương pháp có thể được sử dụng với nhôm, trong đó phổ biến nhất là sử dụng nước. Lý do dùng nước được ưa chuộng là vì nguồn nước dồi dào và tiết kiệm nhất, Bên cạnh đó nước cung cấp tốc độ làm nguội nhanh phù hợp cho một số tính nhất nhất định cho nhiều loại hợp kim. Bên cạnh làm nguội nhanh, nước còn làm nguội linh hoạt khi thay đổi nhiệt độ lúc cần thiết.
Nước được ứng dụng để làm nguội nhôm với một số kỹ thuật như làm nguội bằng nước lạnh, làm nguội bằng nước nóng hay phun nước.
Giống như thép, thép không gỉ thì khi tôi nhôm bằng nước, nó có thể dẫn đến vật liệu bị cong vênh hay biến dạng không mong muốn. Vậy nên cần cân nhắc để lựa chọn phương pháp tôi phù hợp và tối ưu nhất.
Các phương pháp nhiệt luyện nhôm (tôi nhôm khác có thể kể đến như không khí cưỡng bức, nitơ lỏng, dầu, dung dịch nước muối, glyxin, polyme,…
Các phương tiện tôi phổ biến
Các phương tiện được ứng dụng cho quá trình tôi sẽ có những ưu điểm và nhược điểm khác nhau. Đòi hỏi các thợ kim loại phải xem xét và đưa ra quyết định nên sử dụng phương pháp nào dựa trên đặc điểm tính chất của vật liệu cần tôi. Sau đây là một số phương pháp tôi phổ biến:
Tôi bằng chất kiềm
Phương tiện tôi bằng chất kiềm bao gồm nước, soda và nước muối ở các nồng độ khác nhau. Đây là cách làm nguội kim loại nhanh chóng nhất trong quá trình tôi. Lưu ý cần có những biện pháp phòng ngừa để đảm bảo an toàn khi sử dụng soda, bởi chúng có thể gây hại cho sức khỏe con con người, cụ thể là ảnh hưởng đến da hoặc mắt nên tiếp xúc.
Tôi bằng dầu
Môi trường dầu bao gồm các loại dầu khoáng với tốc độ nguội thấp trong khoảng 100°C/s đến 150°C/s. Chính vì tốc độ làm nguội chậm nên tránh được các vấn đề như cong vênh và nứt. Ngoài ra, độ cứng của sắt thép trải qua quá trình tôi bằng dầu đều đạt độ cứng tối ưu
Phương pháp tôi thép bằng dầu hiện đang được ứng dụng phổ biến nhất bởi các loại dầu làm nguội có tốc độ làm nguội anh chóng và không có nhiều rủi ro như khi sử dụng nước hay các chất kiếm khác. Tuy nhiên, một số loại dầu cũng có nhược điểm là dễ cháy. Vậy nên người thợ quản lý cần nắm được giới hạn của các loại dầu về nhiệt độ cũng như sử dụng nồng độ phù hợp để tránh hỏa hoạn, đảm bảo an toàn cho con người.
Tôi bằng khí
Với phương pháp này, phổ biến nhất là tôi kim loại bằng không khí cưỡng bức, ngoài ra nitơ cũng là một lựa chọn phổ biến khác. Tôi bằng khí thường được sử dụng cho các kim loại thành phẩm. Lưu ý khi ứng dụng phương pháp này cần điều chỉnh áp suất khí để kiểm soát tốc độ làm nguội.
Trên đây là tổng hợp các thông tin chi tiết về tôi kim loại cũng như các phương pháp tăng độ cứng cho kim loại như thép và nhôm. Hy vọng bạn đọc đã có những thông tin hữu ích cho việc lựa chọn phương pháp tôi kim loại phù hợp.để có thể ứng dụng vào công việc của mình. Để tìm đọc thêm nhiều bài viết liên quan về các giải pháp công nghiệp, bạn có thể truy cập vào https://multichem.com.vn/category/case-study/ để biết thêm nhiều kiến thức bổ ích.
