Tôi mềm: Làm mềm để cải thiện khả năng gia công cơ khí
Tôi luyện là một quá trình xử lý nhiệt nhằm làm mềm thanh tròn, giải phóng ứng suất nội tại và làm tinh chỉnh cấu trúc hạt, từ đó cải thiện khả năng gia công cơ khí và khả năng tạo hình của vật liệu. Thanh tròn được nung đến một nhiệt độ nhất định (thường là 800–900°C đối với thép carbon), giữ ở nhiệt độ này trong thời gian đủ dài để đạt được hoàn toàn pha austenit, sau đó làm nguội chậm trong lò. Việc làm nguội chậm này tạo ra vi cấu trúc pearlit thô hoặc ferrit–pearlit, do đó làm giảm độ cứng và tăng độ dẻo. Các thanh tròn đã tôi luyện dễ cắt, khoan và tạo hình hơn, nên rất phù hợp cho các công đoạn gia công cơ khí phức tạp hoặc tạo hình nguội, nơi độ cứng quá cao có thể gây mài mòn dụng cụ hoặc nứt vật liệu. Quá trình xử lý này cũng được sử dụng để loại bỏ ảnh hưởng của biến dạng nguội trước đó và đồng nhất hóa vi cấu trúc vật liệu nhằm chuẩn bị cho các quá trình xử lý nhiệt tiếp theo.
Làm thường hóa: Làm tinh chỉnh cấu trúc hạt nhằm đạt tính chất đồng đều
Quy trình chuẩn hóa bao gồm việc nung các thanh tròn đến nhiệt độ cao hơn điểm tới hạn trên (thường từ 850–950°C), giữ ở nhiệt độ đó trong một khoảng thời gian đủ dài, sau đó làm nguội trong không khí tĩnh. Quy trình này tạo ra một vi cấu trúc pearlitic đồng nhất, có độ hạt mịn, mang lại sự cân bằng tốt hơn giữa độ bền và độ dai so với trạng thái cán thô. Chuẩn hóa loại bỏ các cấu trúc hạt thô và ứng suất nội sinh có thể phát sinh trong quá trình rèn hoặc cán, nhờ đó cải thiện độ dai va đập và đảm bảo tính chất cơ học đồng đều hơn trên toàn bộ mặt cắt ngang của thanh tròn. Các thanh tròn đã được chuẩn hóa thường được sử dụng làm các chi tiết kết cấu, bánh răng và trục—những bộ phận yêu cầu độ bền vừa phải và khả năng gia công tốt. Đối với nhiều loại thép cacbon và thép hợp kim thấp, chuẩn hóa thường là quy trình nhiệt luyện cuối cùng, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về tính chất cơ học đã quy định mà không cần thực hiện tôi và ram.
Tôi luyện: Đạt được độ cứng tối đa
Tôi luyện là quá trình làm nguội nhanh các thanh tròn từ nhiệt độ austenit hóa nhằm biến đổi cấu trúc vi mô của chúng thành martensit cứng. Tùy theo mác thép, các thanh tròn được nung nóng đến nhiệt độ 800–950°C rồi làm nguội nhanh trong môi trường tôi như nước, dầu hoặc dung dịch polymer. Tôi trong nước cho tốc độ làm nguội nhanh nhất và đạt độ cứng cao nhất, nhưng đồng thời làm tăng nguy cơ biến dạng và nứt, đặc biệt đối với các thanh tròn có mặt cắt phức tạp.
Ram: Cân bằng giữa độ cứng và độ dai
Tôi luyện là một quá trình thiết yếu được thực hiện sau khi tôi, nhằm giảm độ giòn, giải phóng ứng suất nội tại và đạt được sự kết hợp mong muốn giữa độ cứng và độ dai. Thanh tròn đã tôi được nung nóng lại ở nhiệt độ từ 150°C đến 650°C, giữ ở nhiệt độ này trong một khoảng thời gian nhất định, sau đó làm nguội trong không khí tĩnh. Tôi ở nhiệt độ thấp (150–300°C) làm giảm nhẹ độ cứng nhưng vẫn duy trì khả năng chống mài mòn cao, hình thành cấu trúc vi mô matenxit đã tôi, do đó rất phù hợp cho dụng cụ cắt và khuôn dập. Tôi ở nhiệt độ trung bình (350–500°C) đạt được sự cân bằng giữa độ bền, độ dai và tính đàn hồi, thích hợp cho lò xo và trục chịu tải nặng. Tôi ở nhiệt độ cao (500–650°C) tạo ra cấu trúc vi mô sorbit có độ dai và độ dẻo cao, đồng thời kết hợp với độ bền chảy và độ bền kéo tốt, do đó là lựa chọn lý tưởng cho trục khuỷu, thanh truyền và các chi tiết kết cấu chịu tải va đập. Trạng thái tôi và tôi lại (Q&T) này là quá trình xử lý nhiệt phổ biến nhất đối với thanh tròn thép hợp kim yêu cầu cải thiện các tính chất cơ học.
