Xử lý nhiệt là một cách phổ biến để thay đổi tính chất cơ học của một số kim loại. Một trong những cách tốt nhất để làm cho kim loại thích ứng với yêu cầu của môi trường hoặc ứng dụng nhất định là có thể thay đổi độ bền, độ dẻo dai và độ cứng mà không làm thay đổi đáng kể thành phần hóa học của nó. Kim loại có thể được xử lý nhiệt theo nhiều cách khác nhau, nhưng làm nguội là một trong những kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất.
Làm nguội là gì?
Làm nguội là một bước trong nhiều quy trình xử lý nhiệt bao gồm làm nóng bộ phận đến nhiệt độ cần thiết và ngâm nó trong môi trường làm nguội để làm nguội nhanh chóng. Các quy trình xử lý nhiệt khác thường tuân theo quá trình làm nguội, chẳng hạn như lão hóa, ủ hoặc ủ để đạt được kết quả mong muốn. Bằng cách làm nguội nhanh kim loại, bạn có thể ngăn chặn hoặc khuyến khích sự hình thành các cấu trúc vi mô khác nhau trong thép để đạt được các đặc tính bạn cần cho ứng dụng dự kiến.
Các loại vi cấu trúc tinh thể khác nhau bao gồm:
· Austenit: Austenite hình thành khi sắt bị nung nóng trong quá trình gia công kim loại. Nó là một cấu trúc vi mô cứng cáp nhưng có thể định hình được, rất lý tưởng cho việc hàn. Thép Austenitic có nhiều ứng dụng khác nhau, nhưng nó thường được gia công thêm để tạo ra thép martensitic.
· Martensite: Biến đổi Martensitic là hiện tượng xảy ra khi bạn làm nguội nhanh kim loại được nung nóng. Mặc dù thép martensitic cứng nhưng nó cũng rất giòn. Gia công kim loại sau khi tôi giúp khôi phục lại độ dẻo của nó và giảm bớt ứng suất bên trong.
· Ferrite: Ferrite là một cấu trúc vi mô mềm, ổn định về mặt nhiệt động, hình thành trước khi chuyển thành austenite. Nó chủ yếu xảy ra ở thép có hàm lượng carbon thấp.
· Xi măng: Xi măng là một vi cấu trúc không ổn định về mặt nhiệt động có chứa sắt và cacbon. Cấu trúc vi mô cứng nhắc của nó dẫn đến một kim loại rất cứng nhưng giòn.
· Ngọc trai: Làm nguội chậm dẫn đến cấu trúc vi mô ngọc trai, bao gồm các lớp ferit và xi măng xen kẽ. Cấu trúc này mạnh mẽ và nhẹ với khả năng chống mài mòn cao.
· Bainite: Bainite là một vi cấu trúc cứng, giòn hình thành khi một thành phần thép được làm lạnh nhanh hơn tốc độ làm nguội của ngọc trai nhưng chậm hơn tốc độ làm nguội của martensite.
Loại phương tiện làm nguội
Quá trình dập tắt có thể được thực hiện bằng cách sử dụng nhiều phương tiện làm nguội. Mỗi phương tiện đều có đặc tính dập tắt đặc biệt của riêng nó. Tốc độ làm nguội, các vấn đề về môi trường làm nguội, thay thế phương tiện làm nguội và chi phí phương tiện làm nguội là những yếu tố cần tính đến khi xác định loại sử dụng phương tiện làm nguội. Dưới đây là các loại phương tiện làm nguội chính:
Không khí
Không khí là phương tiện làm nguội phổ biến được sử dụng để làm nguội kim loại để làm nguội. Giá cả phải chăng là một trong những lợi ích chính của không khí; khả năng chi trả của nó là kết quả của sự phong phú của nó trên trái đất. Trên thực tế, bất kỳ vật liệu nào được làm nóng và sau đó để nguội đến nhiệt độ phòng chỉ bằng cách để yên đều được coi là đã được làm nguội bằng không khí. Quá trình làm nguội bằng không khí cũng được thực hiện có chủ đích hơn khi nó được nén và ép xung quanh kim loại được làm nguội. Điều này làm nguội bộ phận nhanh hơn không khí tĩnh, mặc dù ngay cả khí nén cũng có thể làm nguội nhiều kim loại quá chậm để làm thay đổi tính chất cơ học.
Nước
Nước cũng có khả năng làm nguội kim loại nóng một cách nhanh chóng. Thép có thể được làm nguội nhanh chóng bằng cách làm nguội nó trong nước, điều này rất tốt để đạt được độ cứng cao nhất có thể trong một số ứng dụng. Tuy nhiên, do lực căng bên trong tích tụ nên tốc độ làm mát của nó cũng có thể gây biến dạng và nứt. Do đó, cần có các quy trình luyện kim bổ sung để hoàn thiện bộ phận này.
Nước, giống như nhiều loại khí, dễ dàng thu được và không ảnh hưởng đến môi trường, khiến nó trở thành môi trường làm nguội bền vững. Túi hơi có thể cản trở quá trình làm nguội bằng nước; nếu điều này xảy ra, người thợ rèn phải xoay bộ phận đó trong môi trường để giữ cho các túi khí ẩm không hình thành và tạo ra các chất gây ô nhiễm.
Dầu
Dầu có khả năng làm nguội kim loại nóng nhanh hơn nhiều so với khí nén. Một phần tử đã được làm nóng được thả vào thùng chứa đầy dầu để làm nguội. Bộ phận này cũng có thể được rửa bằng dầu. Bởi vì các loại dầu khác nhau có tốc độ làm mát và điểm chớp cháy khác nhau nên chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau.
Nước muối
Nước muối, hay nước muối, là môi trường làm nguội tuyệt vời để làm nguội nhanh. Nó nguội đi nhanh hơn không khí, nước và dầu. Điều này là do khi hỗn hợp muối và nước tiếp xúc với kim loại nóng, nó sẽ ngăn cản việc tạo ra các khối khí. Kết quả là chất lỏng sẽ bao phủ phần lớn bề mặt kim loại so với bọt khí.
Làm nguội thép cứng
Thép xứng đáng được đề cập đặc biệt khi quá trình tôi được thảo luận vì tính chất cơ học của nó rất nhạy cảm với quá trình tôi. Thông qua quá trình làm nguội được gọi là làm cứng tôi, thép được nâng lên nhiệt độ cao hơn nhiệt độ kết tinh lại và được làm lạnh nhanh chóng thông qua quá trình làm nguội. Việc làm nguội nhanh làm thay đổi cấu trúc tinh thể của thép so với việc làm nguội chậm. Tùy thuộc vào hàm lượng carbon và các nguyên tố hợp kim của thép, nó có thể có cấu trúc vi mô cứng hơn, giòn hơn, chẳng hạn như martensite hoặc bainite, khi trải qua quá trình tôi cứng. Những cấu trúc vi mô này làm tăng cường độ và độ cứng cho thép. Tuy nhiên, chúng làm cho thép dễ bị nứt và độ dẻo giảm đáng kể. Vì lý do này, một số loại thép được ủ hoặc chuẩn hóa sau quá trình làm cứng.
