Cách tôi thép thủ công. Một số điểm cần lưu ý

Cách tôi thép thủ công

Tôi thép là nguyên công nhiệt luyện quan trọng nhất, quyết định chủ yếu đến cơ tính của vật phẩm. Nguyên công này thuộc loại nhiệt luyện kết thúc, thực hiện trên chi tiết gần thành phẩm nên bất cứ sai hỏng nào khi tôi cũng có thể gây thiệt hại lớn. Vì vậy, hiểu biết về kỹ thuật tôi rất có ích cho công tác sản xuất. MES Lab. sẽ lần lượt đăng tải 3 phần của bài viết có tên “Kỹ thuật tôi thép”.

Đây là loạt bài viết mang tính tổng quan nhằm giúp người đọc có được cái nhìn tổng thể về nguyên công tôi thép. Các lý giải mang tính chi tiết sẽ không được trình bày ở đây. Độc giả quan tâm tới các vấn đề về nguyên lý có thể tìm trong các tài liệu tham khảo ở cuối mỗi phần.

Tổng quan

Nguyên công tôi bao gồm việc nung nóng thép đến một nhiệt độ nhất định, giữ tại nhiệt độ đó trong một khoảng thời gian nhất định (để làm đồng đều nhiệt độ và chuyển biến trên toàn khối vật liệu) rồi làm nguội nhanh trong một môi trường thích hợp.

Nhiệt độ nung thép khi tôi là nhiệt độ trên Ac1. Theo giản đồ sắt – cacbon, ở trên Ac1, tổ chức austenit sẽ xuất hiện. Khi được làm nguội đủ nhanh, austenit sẽ chuyển biến thành mactenxit, một pha có độ cứng cao. Chính mactenxit sẽ hóa bền cho thép sau tôi.

Môi trường làm nguội khi tôi được chọn tùy theo loại thép. Với thép C45 (TCVN), có thể tôi trong nước hay dầu (nếu chi tiết nhỏ); thép 40Cr có thể tôi dầu. Một số loại thép khác có thể được tôi trong dung dịch polymer hay không khí (để giảm ứng suất nhiệt).

Cách tôi thép thủ công là gì?

Một số đặc điểm của quá trình tôi:

– Nhiệt độ tôi giống nhiệt độ ủ hay thường hóa

– Làm nguội nhanh nên ứng suất nhiệt lớn, chi tiết dễ bị cong, vênh, nứt,…

– Tổ chức nhận được sau tôi có độ cứng cao và không ổn định

Mục đích của nguyên công tôi

Tôi nhằm mục đích tăng độ cứng (và do đó, tăng khả năng chống mài mòn) và độ bền cho thép (kết hợp với ram).

Nguyên công tôi chỉ áp dụng cho thép có hàm lượng cacbon cỡ 0,15 – 0,65%, vì khi hàm lượng cacbon quá thấp, mactenxit sau tôi sẽ có độ cứng thấp và hiệu quả tăng bền không đáng kể; ngược lại, khi hàm lượng cabon quá cao, thép sau tôi sẽ bị giòn.

Một số đặc điểm của quá trình tôi

Nhiệt độ tôi thép

Nhiệt độ tôi thép cacbon được chọn như sau:

– Thép trước cùng tích (C0,8%) : Tt = Ac1 + (30 – 50)0C (tôi không hoàn toàn). Do Ac1 (sau cùng tích) = const ~7300C nên Tt (sau cùng tích) = 750 – 7800C
Lý do tôi hoàn toàn và tôi không hoàn toàn, độc giả quan tâm có thể tham khảo [1].

Với thép hợp kim thấp (~1% nguyên tố hợp kim), nhiệt độ tôi thường chỉ cao hơn thép cacbon từ 10 – 200C. Thép hợp kim cao có nhiệt độ tôi khác hẳn thép các bon đã xét ở trên. Nhiệt độ tôi của các mác thép cụ thể được tìm bằng thực nghiệm và được cho trong các sổ tay nhiệt luyện. Cũng có thể dùng chương trình Thermocalc để xác định nhiệt độ tôi của các mác thép với thành phần bất kỳ [2], tuy nhiên, đây chỉ là giá trị tham khảo vì nó là kết quả của các tính toán nhiệt động lực học (lý thuyết) và mang tính gợi ý. Giá trị lý thuyết này cũng rất gần với giá trị thực tế của nhiệt độ tôi.

Đọc thêm

Khoa học về xử lý kim loại (thuộc luyện kim) gọi đó là thao tác “tôi” thép. Trong quá trình này, thép (con dao) được nung nóng lên nhiệt độ cao (khoảng trên 730 độ C – 800 độ C với đa số thép làm dao). Ở nhiệt độ cao này, sẽ có biến đổi về cấu trúc bên trong khối thép, toàn bộ khối vật liệu được nung nóng sẽ có cấu trúc đồng nhất và mềm dẻo mang tên là Austenite (gọi theo tên nhà khoa học Austen).

Người ta sẽ giữ khối thép trong lò than một lúc đủ lâu để toàn bộ khối thép chuyển biến hết về cấu trúc bên trong. Khi nhúng cả khối thép đang nóng đỏ như vậy vào nước lạnh, do nhiệt độ giảm đột ngột, bên trong khối thép sẽ chuyển sang cấu trúc có tên Martensite, là cấu trúc gồm các hình kim, có độ cứng rất cao. Vì lý do đó, dao thép sau khi “nung đỏ – bỏ nước” sẽ có độ cứng cao hơn rất nhiều so với bình thường và dĩ nhiên là sắc bén hơn.

Các công nghệ dùng nhiệt (nung nóng, làm nguội) để thay đổi tính chất vật liệu được nghiên cứu trong ngành “Nhiệt luyện” – một phần của Luyện kim & Kỹ thuật vật liệu hiện đại. Tất nhiên, các công nghệ Nhiệt luyện này được áp dụng không chỉ cho dao của bác thợ rèn mà cho hầu hết các vật phẩm của ngành cơ khí phục vụ đời sống của chúng ta: các chi tiết của xe máy, ô tô, máy móc công nghiệp,…

Còn rất nhiều khía cạnh khoa học trong quá trình rèn dao, ví dụ như vừa nung nóng vừa dùng búa đập lên dao. Việc này ngoài mục đích tạo hình dao, còn làm cho các hạt thép trong con dao “nhỏ” đi và khiến dao có độ bền cao hơn. Kỹ thuật hiện đại có hẳn một mảng nghiên cứu về các phương pháp này, gọi là “cơ – nhiệt luyện” (Kết hợp gia công cơ và nhiệt để cải thiện độ bền cho thép)

Và, các bác thợ rèn có kinh nghiệm biết rất rõ loại thép nào có thể tôi cứng, loại nào không thể tôi cứng dù có nung nóng đến độ nào đi nữa, họ cũng biết nên nung đến mức độ nào, giữ trong lò than bao lâu đối với các loại thép khác nhau. Những người lâu năm thậm chí chỉ cần nhìn ngọn lửa cũng biết bao nhiêu độ hoặc gõ vào thanh thép là biết có thể rèn ra dao sắc hay không.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Chuyển lên trên