ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
BỘ MÔN VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

ĐỒ ÁN NHIỆT LUYỆN- CÁN KÉO

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MẶT BẰNG PHÂN XƯỞNG NHIỆT LUYỆN
CHI TIẾT PISTON SẢN LƯỢNG 700000 CHI TIẾT/ NĂM

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2021

27


ĐỐ ÁN NHIỆT LUYỆN- CÁN KÉO

LỜI NĨI ĐẦU
Cơng nghệ nhiệt luyện là q trình làm thay đổi tính chất của vật liệu (chủ yếu là
vật liệu kim loại) bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong mà không làm thay đổi
hình dáng và kích thước của chi tiết.
Trên thực tế, hiếm có vật phẩm kim loại nào được chế tạo mà lại khơng trải qua
q trình xử lý nhiệt, q trình mà ở đó kim loại được nung nóng và làm nguội
dưới một chế độ được kiểm soát nghiêm ngặt nhằm cải thiện các tính chất cũng
như tuổi thọ của vật liệu. Nhiệt luyện có thể làm mềm kim loại để tăng cường khả
năng tạo hình. Nó cũng có thể làm các chi tiết trở nên cứng hơn, để cải thiện độ
bền. Cơng nghệ này cịn có khả năng phủ những bề mặt rất cứng lên trên nền mềm,
để tăng khả năng chống mài mịn. Nó cịn có thể tạo ra lớp chống ăn mòn trên bề
mặt chi tiết, để bảo vệ chi tiết khỏi các tác nhân có hại từ mơi trường. Và nhiệt

luyện cịn có thể làm cho các vật liệu giòn trở nên dẻo dai hơn.
Đồ án thiết kế Phân xưởng nhiệt luyện không những giúp sinh viên tìm hiểu và xây
dựng được quy trình nhiệt luyện cụ thể đối với chi tiết mà cịn tính tốn, quy hoạch
được khơng gian để có thể xây dựng được một phân xưởng nhiệt luyện với năng
suất thực tế giúp sinh viên rèn luyện được kĩ năng cần thiết cho công việc của một
kĩ sư tương lai sau này.

ii


ĐỐ ÁN NHIỆT LUYỆN- CÁN KÉO

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................................. 1
1.1 Nhiệm vụ đề tài .............................................................................................. 1
1.2 Giới thiệu về piston ......................................................................................... 1
1.3 Cấu tạo piston ................................................................................................. 1
1.3.1 Đỉnh piston .................................................................................................. 2
1.3.2 Đầu piston ................................................................................................... 4
1.3.3 Thân piston ................................................................................................. 5
1.4 Chức năng của piston ..................................................................................... 6
CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ LỰA CHỌN VẬT LIỆU .......................... 7
2.1 Điều kiện làm việc ........................................................................................... 7
2.2 Yêu cầu và vật liệu chế tạo ............................................................................. 8
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÍ THUYẾT NHIỆT LUYỆN.................................................... 12
3.1 Giản đồ trạng thái Fe-C ............................................................................... 12
3.2 Giản đồ phân hóa đẳng nhiệt của thép ........................................................ 13
3.3 Các quá trình nhiệt luyện .......................................................................................... 13
3.3.1 Quá trình ủ ................................................................................................ 13
3.3.2 Q trình tơi.............................................................................................. 15

3.3.3 Q trình ram ........................................................................................... 17
3.3.4 Q trình thường hóa ................................................................................ 18
CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ NHIỆT LUYỆN ...................................... 19
4.1 Quy trình cơng nghệ ..................................................................................... 19
4.2 Lựa chọn thiết bị nhiệt luyện ....................................................................... 19
4.3 Tính tốn chế độ nhiệt luyện ........................................................................ 19
4.3.1 Hóa già ..................................................................................................... 19
4.3.2 Kiểm tra sau nhiệt luyện......................................................................................21
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG .................................................................... 22
5.1 Đặc tính chi tiết ............................................................................................. 22
5.2 Kế hoạch sản xuất của phân xưởng ............................................................. 22
5.3 Tính tốn thiết bị .......................................................................................... 22
CHƯƠNG 6: QUY HOẠCH MẶT BẰNG .................................................................... 24
6.1 Yêu cầu và diện tích mặt bằng phân xưởng ................................................ 24
6.1.1 Yêu cầu chung ........................................................................................... 24

iii


ĐỐ ÁN NHIỆT LUYỆN- CÁN KÉO

6.1.2 Tính tốn diện tích mặt bằng phân xưởng ........................................... 25
6.2 Cách bố trí mặt bằng phân xưởng ............................................................... 26
TÀI LIỆU THAM KHẢO…...........................................................................................27

iv


ĐỐ ÁN NHIỆT LUYỆN- CÁN KÉO


DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Hình ảnh piston ......................................................................................... 1
Hình 1. 2 Cấu tạo piston............................................................................................ 2
Hình 1. 3 Piston đỉnh bằng ........................................................................................ 2
Hình 1. 4 Piston đỉnh lồi ........................................................................................... 3
Hình 1. 5 Pison đỉnh lõm .......................................................................................... 3
Hình 1. 6 Các dạng buồng cháy đỉnh piston ............................................................. 4
Hình 1. 7 Đầu piston ................................................................................................. 4
Hình 1. 8 Kết cấu đầu piston ..................................................................................... 5
Hình 2. 1 Nhiệt độ hoạt động piston trong động cơ ô tô chịu tải [4] ........................ 8
Hình 2. 2 Tính chất cơ học của hợp kim nhôm ở các nhiệt độ khác nhau [5] .......... 9
Hình 3. 1 Giản đồ trạng thái Fe-C ........................................................................... 12
Hình 4. 1 Kích thước gá dạng sọt............................................................................27

v


ĐỐ ÁN NHIỆT LUYỆN- CÁN KÉO

DANH SÁCH BẢNG SỐ LIỆU
Bảng 2. 1 Thành phần hóa học của hợp kim AlSi12CuMgNi [6] .......................... 10
Bảng 2. 2 Cơ tính AlSi12CuMgNi ở 2 nhiệt độ khác nhau [6] .............................. 10
Bảng 2. 3 Cơ tính và điều kiện nhiệt luyện của AlSi12CuMgNi [6] ..................... 10
Bảng 2. 4 Thành phần hóa học của mác thép 38CrMoAl ...................................... 10
Bảng 2. 5 Cơ tính của 38CrMoAl [7] ..................................................................... 10
Bảng 2. 6 Cơ tính và điều kiện nhiệt luyện của 38CrMoAl ................................... 11
Bảng 4. 1 Piston động cơ 1985 Ford 210 HP 302 V8.............................................19
Bảng 4. 2 Kích thước lò II- H34 ............................................................................. 19

vi



ĐỐ ÁN NHIỆT LUYỆN- CÁN KÉO

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Nhiệm vụ đề tài
- Lựa chọn vật liệu phù hợp và xây dựng quy trình nhiệt luyện cho piston
- Quy hoạch và sắp xếp hợp lý mặt bằng phân xưởng.
- Hiểu được yêu cầu làm việc của chi tiết piston.
- Nắm được cơ sở lý thuyết của quá trình nhiệt luyện.
1.2 Giới thiệu về piston
Piston (cịn được gọi trong tiếng lóng là quả hay trái) là một bộ phận của động cơ,
máy bơm dạng piston, máy nén khí hoặc xi lanh hơi.
Đối với động cơ đốt trong, piston có nhiệm vụ cùng với xi lanh và nắp máy tạo
thành buồng đốt. Piston nhận áp suất do sự giãn nở của khí cháy rồi truyền lực cho
trục khuỷu để sinh công trong quá trình nổ và nhận lực từ trục khuỷu để thực hiện
các quá trình nạp, nén và thải (động cơ đốt trong 4 thì), ở động cơ đốt trong 2 thì
piston cịn thực hiện chức năng làm van đóng mở cửa hút và cửa xả.

Hình 1. 1 Hình ảnh piston
1.3 Cấu tạo piston
Piston có dạng hình trụ rỗng, một đầu kín, trong có nhiều gân hay gờ để tăng độ
bền, cấu tạo của piston được chia làm ba phần: đỉnh, đầu và thân

1


ĐỐ ÁN NHIỆT LUYỆN- CÁN KÉO

Hình 1. 2 Cấu tạo piston

1.3.1 Đỉnh piston
Dựa vào cấu tạo của buồng cháy, tỷ số nén, kích thước của xi lanh và phương pháp
phun nhiên liệu...mà đỉnh piston có các dạng khác như: bằng, lồi hoặc lõm.
- Đỉnh bằng: diện tích chịu nhiệt nhỏ, cấu tạo đơn giản, được sử dùng nhiều ở động
xăng, động cơ diezen buồng cháy xoáy lốc và buồng cháy dự bị, vì kết cấu buồng
cháy nằm ở nắp máy.

Hình 1. 3 Piston đỉnh bằng
- Đỉnh lồi :có sức bền lớn, đỉnh mỏng, nhẹ nhưng diện tích chịu nhiệt lớn. Loại này
thường được sử dụng trong động cơ xăng bốn kỳ xu páp treo.

2


ĐỐ ÁN NHIỆT LUYỆN- CÁN KÉO

Hình 1. 4 Piston đỉnh lồi
- Đỉnh lõm : có thể tạo ra xốy lốc nhẹ, tạo điều kiện cho việc hình thành hồ khí
và cháy. Tuy nhiên, diện tích chịu nhiệt lớn hơn so với đỉnh bằng. Loại này được
dùng nhiều trên cả động cơ xăng và động cơ diesel.

Hình 1. 5 Pison đỉnh lõm
Ngoài ra thường gặp trong động cơ diezen. Đối với động cơ diezen có buồng cháy
trên đỉnh piston, kết cấu buồng cháy phải thỏa mãn các yêu cầu sau đây tùy từng
trường hợp cụ thể:
– Phải phù hợp với hình dạng buồng cháy và hướng của chùm tia phun nhiên liệu
để tổ chức hình thành hỗn hợp tốt nhất (Hình e)

3



ĐỐ ÁN NHIỆT LUYỆN- CÁN KÉO

– Phải tận dụng được xốy lốc của khơng khí trong q trình nén. Có thể kể đến
các dạng buồng cháy: buồng cháy delta (Hình f), buồng cháy omega (Hình g),
buồng cháy MAN (Hình h)

Hình 1. 6 Các dạng buồng cháy đỉnh piston
1.3.2 Đầu piston
- Chứa các rãnh xéc măng, riêng xéc măng ở dưới cùng của xec măng dầu có
khoan những lỗ nhỏ xuyên thủng vào bên trong là để cho dầu bôi trơn từ xy lanh
được xéc măng gạt chảy vào trong piston vừa là để làm mát vừa là để bôi trơn giữa
chốt khuỷu với piston chốt khuỷu với thanh truyền, tạo điều kiện thoát dầu nhanh
hơn; ngược lại trong một số trường hợp dầu bôi trơn lại chảy từ piston chảy ra xy
lanh để bơi trơn do vịi phun phun vào thành xy lanh nhưng bị vướng thân đi
piston.

Hình 1. 7 Đầu piston

4


ĐỐ ÁN NHIỆT LUYỆN- CÁN KÉO

- Đầu piston được giới hạn từ đỉnh piston đến rãnh xéc măng dầu cuối cùng trên bệ
chốt piston.
- Đường kính đầu piston thường nhỏ hơn đường kính thân. Cấu tạo đầu piston phải
đảm bảo các u cầu sau:
• Bao kín buồng cháy: thơng thường người ta dùng xéc măng để bao kín. Vì
vây, đầu piston có các rãnh để lắp các xéc măng khí và xéc măng dầu. Số

rãnh xéc măng tuỳ thuộc vào loại động cơ.
• Tản nhiệt tốt cho piston: Phần lớn nhiệt của piston truyền qua xéc măng và
xi lanh đến môi chất làm mát.
- Để tản nhiệt tốt đầu piston thường có cấu tạo như sau:
• Phần chuyển tiếp giữa đỉnh và đầu có bán kính R lớn.
• Dùng rãnh ngăn nhiệt để giảm lượng nhiệt truyền cho xéc măng thứ nhất.
- Sức bền cao: Để tăng sức bền và độ cứng vững cho bệ chốt người ta chế tạo các
gân chịu lực.

Hình 1. 8 Kết cấu đầu piston
1.3.3 Thân piston
Thân piston có nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động trong xilanh.
Chiều cao của thân piston (H) được quyết định điều kiện áp suất tiếp xúc do lực
ngang N gây ra.
Thân piston động cơ diesel thường dài hơn thân piston của động cơ xăng và phần
đáy thường có thêm 1 - 2 xéc măng dầu. Thân piston của động cơ hai kỳ khơng có
xu páp thường làm khuyết hoặc có lỗ phía dưới để tạo điều kiện cho hồ khí từ bộ
chế hồ khí nạp vào các te của động cơ.

5


ĐỐ ÁN NHIỆT LUYỆN- CÁN KÉO

Vị trí tâm bệ chốt thường bố trí cao hơn trọng tâm của thân piston để chịu lực
ngang N và ma sát gây ra phân bố đều hơn, h = (0,6 - 0,7)H. Một số động cơ có
tâm lỗ chốt piston lệch với tâm xilanh một khoảng e về phía nào đó sao cho lực
ngang NMax giảm (hình 20 - 6) để hai bên của piston và xilanh mòn đều.
1.4 Chức năng của piston
-


Piston kết hợp với xi lanh và nắp máy tạo thành buồng cháy.

-

Nhận áp lực của khí cháy và truyền lực qua thanh truyền tới trục khuỷu ở kỳ cháy
giãn nở.

-

Tiếp nhận lực quán tính của bánh đà qua trục khuỷu, thanh truyền để thực hiện
hành trình hút, nén, xả.

-

Riêng đối với động cơ 2 kỳ piston cịn làm nhiệm vụ đóng mở các cửa hút, cửa xả.

6


ĐỐ ÁN NHIỆT LUYỆN- CÁN KÉO

CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC VÀ LỰA CHỌN VẬT LIỆU
2.1 Điều kiện làm việc
- Piston có điều kiện làm việc rất nặng nhọc vừa chịu tải trọng cơ học vừa chịu tải
trọng nhiệt, ngoài ra piston còn chịu ma sát và ăn mòn .
- Piston chịu tải trọng cơ và nhiệt cao. Tải trọng cơ học lên piston là kết quả của
chu kỳ áp suất cực đại với áp suất cực đại lên đến 200 bar trong buồng đốt và lực
quán tính rất lớn gây ra bởi gia tốc cực lớn trong quá trình chuyển động tịnh tiến
của piston.

Các tải trọng cơ học này được xếp chồng lên nhau bởi các ứng suất nhiệt chủ yếu
được tạo ra bởi các gradient nhiệt độ cao trên đỉnh piston.
- Những yêu cầu ngày càng cao về mật độ cơng suất cũng như nhu cầu giảm lượng
khí thải, tiếng ồn thấp và tiêu thụ nhiên liệu và dầu hiệu quả hơn là những thách
thức kỹ thuật chính đối với động cơ. Đối với các piston, những thách thức này
chuyển thành các yêu cầu về độ bền tối đa trong phạm vi nhiệt độ nhất định kết
hợp với trọng lượng tối thiểu.
- Tải trọng nhiệt lên piston là kết quả của quá trình đốt cháy với nhiệt độ khí đỉnh
trong buồng đốt từ 1800 đến 2600 ° C tùy thuộc vào loại động cơ, nhiên liệu, trao
đổi khí, nén và tỷ lệ nhiên liệu / khí. Khí thải có nhiệt độ từ 500 đến 800 ° C.
Nhiệt đốt được truyền đến thành buồng và đỉnh piston chủ yếu bằng đối lưu. Sau
đó, nhiệt sẽ được tản ra nhờ nước làm mát thành buồng và bằng dầu làm mát
piston.
Một phần lớn nhiệt được hấp thụ bởi đỉnh piston được truyền bởi khu vực vành đai
piston. Phần còn lại về cơ bản được loại bỏ bởi chất bôi trơn dầu bám vào mặt
dưới của piston.

7


ĐỐ ÁN NHIỆT LUYỆN- CÁN KÉO

Hình 2. 1 Nhiệt độ hoạt động piston trong động cơ ô tô chịu tải [4]
2.2 Yêu cầu và vật liệu chế tạo
Vật liệu chế tạo piston phải đáp ứng điều kiện làm việc của nó là: Có sức bền cao
và độ bền nhiệt lớn , trọng lượng riêng nhỏ, hệ số ma sát nhỏ, hệ số dãn dài nhỏ, hệ
số dãn nhiệt thấp, chịu mịn tốt và chịu ăn mịn hóa học
Gang: C nằm trong khoảng từ 1.8- 4% và Si 1-3 % là các nguyên tố hợp
kim chính của gang. Thường dùng gang xám, gang dẻo, gang cầu. Gang có sức
bền nhiệt và sức bền cơ học khá cao. Hệ số giãn nở vì nhiệt nhỏ nên piston ít bị bó

kẹt trong xi lanh, dễ chế tạo và rẻ. Tuy nhiên gang nặng và có lực qn tính lơn, hệ
số dẫn nhiệt nhỏ nên nhiệt độ đỉnh piston rất cao, dễ xảy ra hiện tượng cháy nổ
Hợp kim nhôm: Ưu điểm hợp kim nhôm là nhẹ, hệ số dẫn nhiệt cao, dễ đúc,
dễ gia công nên được dùng phổ biến để chế tạo piston. Tuy nhiên hệ số giãn nở vì
nhiệt của nhơm lớn nên khe hở giữa piston và xi lanh phải lớn để tránh bó kẹt, do
đó lọt nhiều khí từ buồng cháy xuống cacte. Ở nhiệt độ cao sức bền hợp kim nhôm
giảm khá nhiều. Tuy vậy suốt hàng chục năm hợp kim nhôm vẫn là sự lựa chọn tối
ưu cho động cơ đốt trong.
Piston được sản xuất từ hợp kim nhơm-Si đúc hoặc rèn, chịu nhiệt độ cao.
Có ba loại hợp kim nhôm piston cơ bản. Hợp kim piston tiêu chuẩn là hợp kim
cùng tinh Al-12% Si có chứa thêm khoảng 1% mỗi loại Cu, Ni và Mg. Các hợp
kim cùng tinh đặc biệt đã được phát triển để cải thiện độ bền ở nhiệt độ cao. Các
hợp kim sau cùng tinh với 18 và 24% Si cung cấp độ giãn nở nhiệt và mài mịn
thấp hơn, nhưng có độ bền thấp hơn. Trên thực tế, piston nhôm được sử dụng
8


ĐỐ ÁN NHIỆT LUYỆN- CÁN KÉO

nhiều thành phần hơn nữa, nhưng nhìn chung dựa trên các loại hợp kim cơ bản
này.
Vì các đặc tính hạn chế như trên, hiện nay người ta đang thử nghiệm piston
làm bằng thép và đã đạt được các kết quả với các mẫu đúc micro và luyện kim bột.
Các tinh chỉnh về kết cấu đã giúp tăng độ chống mài mòn và tổn hao ma sát, thể
hiện ưu thế về sức bền kéo, uốn và làm việc dưới nhiệt độ cao. Tuy nhiên, khi làm
việc ở nhiệt độ cao, thép tản nhiệt kém hơn nhôm. Do đó muốn dùng piston thép
cần phải thay đổi hệ thống làm mát phức tạp hơn nên nó chỉ áp dụng nên các mẫu
xe đua chun dụng

Hình 2. 2 Tính chất cơ học của hợp kim nhôm ở các nhiệt độ khác nhau [5]


9


ĐỐ ÁN NHIỆT LUYỆN- CÁN KÉO

Ta chọn vật liệu chế tạo piston nhơm hợp kim AlSi12CuMgNi có :
Ngun tố

Si

Fe

Mg

Zn

Ni

Cu

Mn

Al
Ti
0.06 84.62

Thành
12
0.4

0.7
0.09
1
1
0.13
phần(%)
Bảng 2. 1 Thành phần hóa học của hợp kim AlSi12CuMgNi [6]
Nhiệt độ

200C
1500C

Tính chất cơ học
Độ bền kéo
Giới hạn
Độ dãn dài
Độ cứng (HB)
(Mpa)
chảy(Mpa)
tương đối ( %)
200-250
190-230
0.3-1.5
90-125
180-230
170-220
80-90
Bảng 2. 2 Cơ tính AlSi12CuMgNi ở 2 nhiệt độ khác nhau [6]

Nhiệt độ

Tính chất cơ học
nhiệt
Độ bền kéo
Giới hạn
luyện
(Mpa)
chảy(Mpa)
Hóa già
230
190
0
180-220 C
8h

Độ dãn dài
tương đối ( %)
-

Độ cứng (HB)
50

Bảng 2. 3 Cơ tính và điều kiện nhiệt luyện của AlSi12CuMgNi [6]
Nguyên
tố

Mác thép thay thế: 38CrMoAl
C
Si
Mn
S


035÷
Thành
0.42
phần(%)

P

Al

Ni

1.35
0.7÷1.1
≤0.03
÷1.6
5
Bảng 2. 4 Thành phần hóa học của mác thép 38CrMoAl

0.2÷0.4
5

Độ bền kéo
(Mpa)
≥ 321

0.3÷0.6

≤0.0
35


Cr

≤0.035

Tính chất cơ học
Giới hạn chảy(Mpa) Độ dãn dài tương đối
( %)
44
≥117

Tơi: 930- 950
0
C

1000

341

Tính chất cơ học
Giới hạn
Độ dãn dài Độ cứng
chảy (Mpa) tương
đối(%)
850
15
269 HB

10


Mo

≤0.03

0.15÷
0.25

Độ cứng (HB)

Bảng 2. 5 Cơ tính của 38CrMoAl [7]
Nhiệt độ nhiệt
luyện
Độ bền
kéo(Mpa)

Cu


ĐỐ ÁN NHIỆT LUYỆN- CÁN KÉO

1050
900
Ram: 6506700C
18
850- 1050 HV
Thấm Nito:
500-530 0C
Bảng 2. 6 Cơ tính và điều kiện nhiệt luyện của 38CrMoAl
Dựa vào phân tích điều kiện làm việc cũng như cơ tính của 2 loại vật liệu nêu trên.
Vật liệu được chọn: AlSi12CuMgNi

2.4 Quy trình nhiệt luyện dự kiến
Hóa già ở 180- 220 0C

Kiểm tra sau nhiệt luyện
Hình 2.3 Sơ đồ khối các công đoạn nhiệt luyện piston

11


ĐỐ ÁN NHIỆT LUYỆN- CÁN KÉO

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÍ THUYẾT NHIỆT LUYỆN
3.1 Giản đồ trạng thái Fe-C
Giản đồ trang thái Fe- C là công cụ quan trọng nhất đối với ngành kim loại và hợp
kim nói chung cũng như nhiệt luyện nói riêng. Dựa vào giản đồ Fe-C, ta có thể xác
định được các tổ chức của thép ở những nhiệt độ khác nhau để có thể đưa ra nhiệt
độ thích hợp cho q trình nhiệt luyện

Hình 3. 1 Giản đồ trạng thái Fe-C
 Tổ chức một pha:
- Ferit(𝛼 )là dung dịch rắn xen kẽ của C trong 𝛼-Fe với mạng lập phương tâm khối
- Austenit (𝛾) là dung dịch rắn xen kẽ của C trong 𝛾-Fe với mạng lập phương tâm
mặt, với lượng hòa tan đáng kể ( tới 2.14%C ở 11470C, ở 7270C cịn 0.8%C), có
tính thuận từ. Với tính dẻo và biến dạng tốt, nó là tổ chức của thép khi biến dạng
nung nóng, đóng vai trị chủ yếu trong gia cơng và nhiệt luyện.
- Xementit (Fe3C): Là pha rắn xen kẽ có kiểu mạng phức tạp và có thành phần
6.67%C. Đặc tính của pha Xementit là cứng và giịn, cùng với ferit nó tạo nên tổ
chức hợp kim Fe-C
 Tổ chức 2 pha:


12


ĐỐ ÁN NHIỆT LUYỆN- CÁN KÉO

- Peclit(P): là hỗn hợp cùng tích của Ferit và Xementit tạo thành từ dung dịch rắn
Austenit với 0.8%C ở 7270C. Trong Peclit, 𝛼 và Fe3C phân bố đều trong nhau do
đó có thể kết hợp được các đặc tính của hai thành phần nên khá bền cứng, đủ dẻo
dai, đáp ứng các yêu cầu của vật liệu kết cấu.
- Lêđêburit (Lê): là hỗn hợp cùng tinh của Austenit và Xementit tạo thành từ pha
lỏng với 4.3%C ở 11470C, tuy nhiên khi làm nguội tiếp tụ austenit lại chuyển biến
thành Peclit nên tổ chức tể vi cuối cùng là Peclit tấm và Xementit
3.2 Giản đồ phân hóa đẳng nhiệt của thép
Hình 3.2 biểu diển giản đồ phân hóa 𝛾 → P khi làm nguội đẳng nhiệt của thép
cùng tích (0.8%C)
Vùng giản đồ từ đường bắt đầu chuyển biến đến trục tung là vùng cua3O6stenit
quá nguội, vùng ngoài đường kết thúc chuyển biến là vùng sản phầm ứng với các
độ quá nguội khác nhau: Từ AC1 đến 5500C ta có sản phẩm phân hóa là Peclit,
gồm Peclit, Xoocbit và Trustit
Từ 5500C đến Mđ ta có sản phẩm phân hóa của ơstenit là bainit bao gồm bainit
trên và bainit dưới. Từ Mđ đến Mk sản phẩm phân hóa ơstenit là mactenxit. Giữa
đường cong chữ “C” là sản phẩm phân hóa ơstenit khơng hồn tồn 𝛾 + 𝑃 hoặc
𝛾+𝐵
❖ Ý nghĩa của đường cong chữ “C”:
• Dựa vào giản đồ có thể biết được các sản phẩm phân hóa của ơstenit ở mỗi nhiệt
độ và thời gian xác định
• Dựa vào giản đồ có thể xác định được vận tốc nguội tới hạn Vth làm cơ sở cho
việc chọn các mơi trường tơi khác nhau
• Dựa vào giản đồ có thể xác định được thời gian giữ nhiệt khi nhiệt luyện phân
cấp hay đẳng nhiệt

3.3 Các quá trình nhiệt luyện
3.3.1 Q trình ủ
3.3.1.1 Khái niệm
Ủ là một cơng nghệ bao gồm nung thép lên trên nhiệt độ tới hạn và giữ nhiệt một
thời gian sau đó làm nguội chậm cùng lò

13


ĐỐ ÁN NHIỆT LUYỆN- CÁN KÉO

Khi nung và giữ nhiệt, thép có chuyển biến peclit thành ơstenit, cịn khi làm nguội
chậm cùng lị sẽ có chuyển biến ơstenit thành peclit. Tuy nhiên, vấn đề tốc độ làm
nguội cùng lò chỉ đung sẽ chuyển biến ôstenit thành peclit. Tuy nhiên, vấn đề tốc
độ làm nguội cùng lò chỉ đúng với thép cacbon và thép hợp kim thấp, đối với thép
hợp kim trung bình và cao, vận tốc làm nguội cịn chậm hơn nữa
3.3.3.2 Mục đích
- Giảm độ cứng thép để dễ gia công cắt gọt, tăng độ dẻo để dễ cán, kéo, dập ở
trạng thái nguội
- Khử biến trắng trên bề mặt gang xám đúc, khử lớp chai cứng trên bề mặt thép do
biến dạng dẻo
- Làm đồng đều thành phần hóa học phơi đúc do bị thiên tích
- Chuẩn bị tổ chức cho nguyên công xử lý nhiệt kết thúc ( tơi + ram)
3.3.3.3 Các phương pháp
Ủ hồn tồn: Ủ hoàn toàn được tiến hành ở nhiệt độ AC3 + 500C và được áp dụng
cho các loại thép trước cùng tích với thành phần ≥ 0.3%𝐶
Ủ khơng hồn tồn: ủ khơng hồn tồn được thực hiện ở nhiệt độ AC1 + 500C
và được áp dụng cho thép cùng tích và sau cùng tích
Ủ cầu hóa: Ủ cầu hóa được tiến hành ở nhiệt độ AC1 ± 500C theo quy trình dao
động nhiệt: nung nóng lên AC1 + 500C rồi lại làm nguội xuống AC1 −500C, lặp đi

lặp lại nhiều lần cho tới khi tổ chức thép đạt tổ chức peclit hạt. Ủ cầu hóa áp dụng
cho các loại thép sau cùng tích nhằm chuẩn bị tổ chức cho cắt gọt và xử lý nhiệt
kết thúc
Ủ đẳng nhiệt: như đã trình bày ở trên, một số loại thép hợp kim cao có tính ổn
định ơstenit cao nên khi làm nguội cùng lị, thép vẫn cịn q cứng, gây khó khăn
cho gia công cắt gọt. Biện pháp hiệu quả là ủ đẳng nhiệt cho các loại thép này.
Thép sau khi nung tới nhiệt độ ủ, ủ nhiệt một thời gian, sau đó đưa vào một thiết bị
nung khác có nhiệt độ thấp hơn AC1 khoảng 50-100 0C, giữ ở nhiệt độ này cho tới
khi kết thúc chuyển biến 𝛾 → Peclit. Thời gian giữ đẳng nhiệt được xác định nhờ
giản đồ chữ “C” của loại thép đó.
Ủ khuếch tán: ủ khuếch tán cho các thỏi thép đúc được tiến hành ở nhiệt độ cao
1100-1500 0C, giữ nhiệt lâu (10-15h) nhằm đồng đều hoá thành phần hoá học của

14