TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT LÝ TỰ TRỌNG TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ


NHIỆT LUYỆN THÉP VÀ CÁC
KHUYẾT TẬT XẢY RA KHI NHIỆT
LUYỆN THÉP

SV THỰC HIỆN:TĂNG ĐỨC TÀI
LỚP:12CĐ-CK1

TP.HỒ CHÍ MINH,THÁNG 12 năm 2014
45222222220202014

1


NHẬN XÉT
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
......................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
......................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.........................................................................................................................................

2


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên,em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới quí thầy, cô trong khoa
Cơ khí đã trang bị cho em những hành trang kiến thức về các môn Chế tạo

máy.Sau đó, em cũng xin cảm ơn sự dìu dắt tận tình của quí thầy cô đã giúp em
hoàn thành bài này một cách nhanh và hiệu quả nhất.Trong quá trình tìm hiểu
em đã được tích luỹ đầy đủ những kiến thức cơ bản nhất của ngành, đồng thời
không ngừng trao dồi và nâng cao vốn kiến thức đó, quan trọng nhất là em đã
biết vận dụng những kiến thức đó Tuy nhiên với vốn kiến thức hạn hẹp cùng
những kinh nghiệm thực tế ít ỏi của mình, mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng bài
làm này vẫn không thể tránh khỏi những sai sót không đáng có. Vì vậy em rất
mong được góp ý của cô và các bạn để bài làm của em được hoàn thiện
Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã tận tình hướng dẫn
em Đặc biệt em xin cảm ơn đến cô PHƯƠNG HỒNG
Em xin cảm ơn!

3


MỤC LỤC
NỘI DUNG

Trang

I. KHÁI NIỆM VỀ NHIỆT LUYỆN THÉP :

1

1.1. Sơ lược về nhiệt luyện thép

1

1.2. Tác dụng của nhiệt luyện đối với sản xuất cơ khí.


1,2

II. CÁC TỔ CHỨC ĐẠT ĐƯỢC KHI NUNG NÓNG VÀ

2

LÀM NGUỘI THÉP :
2.1. Các chuyển biến xảy ra khi nung nóng thép - Sự

2

tạo thành austenite
2.2. Mục đích của giữ nhiệt
2.3. Các chuyển biến khi làm nguội
2.4. Chuyển biến của austenit khi làm nguội nhanh - Chuyển
7,8,9
biếmactenxit (khi tôi)

3
3,4,5,6,7

2.5. Chuyển biến khi nung nóng thép đã tôi (khi ram)

9,10

III. Ủ VÀ THƯỜNG HÓA THÉP
3.1. Ủ thép
3.2. Thường hóa thép

10

10,11
11,12

IV. TÔI THÉP
4.1. Định nghĩa và mục đích
4.2. Chọn nhiệt độ tôi thép
4.3. Tốc độ tôi tới hạn và độ thấm tôi
4.4. Các phương pháp tôi thể tích và công dụng. Các môi trường tôi
4.4.5.Gia công lạnh
4.4.6.Tôi tự ram

12
12,13
13
13,14,15
15,16,17
17
17

4.4.7. Cơ - nhiệt luyện thép:

17,18

5.RAM THÉP
5.1. Mục đích và định nghĩa
5.2. Các phương pháp ram thép cacbon

18
18,19
19,20,21


VI. CÁC KHUYẾT TẬT XẢY RA KHI NHIỆT LUYỆN THÉP

22,23

4


NHIỆT LUYỆN THÉP VÀ CÁC KHUYẾT TẬT XẢY RA
I. KHÁI NIỆM VỀ NHIỆT LUYỆN THÉP :
1.1. Sơ lược về nhiệt luyện thép:
1.1.1. Định nghĩa: là nung nóng thép đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt một thời
gian thích hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ xác định để nhận được tổ chức,
do đó tính chất theo yêu cầu.
Đặc điểm:
- Không làm nóng chảy và biến dạng sản phẩm thép
- Kết quả được đánh giá bằng biến đổi của tổ chức tế vi và tính chất.
1.1.2. Các yếu tố đặc trưng cho nhiệt luyện:
Ba thông số quan trọng nhất (hình 4.1):
0
- Nhiệt độ nung nóng: Tn

- Thời gian giữ nhiệt: Tgn
- Tốc độ nguội Vnguội sau khi giữ nhiệt
Các chỉ tiêu đánh giá kết quả:
+ Tổ chức tế vi bao gồm cấu tạo pha, kích
thước hạt,
chiều sâu lớp hóa bền...là chỉ tiêu gốc, cơ bản
nhất.
+ Độ cứng, độ bền, độ dẻo, độ dai.


Hình 1. Sơ đồ của quá trình
nhiệt luyện đơn giản nhất

+ Độ cong vênh, biến dạng.
1.1.3. Phân loại nhiệt luyện thép:
1. Nhiệt luyện: thường gặp nhất, chỉ có tác động nhiệt làm biến đổi tổ chức và tính chất
gồm nhiều phương pháp: ủ, thường hoá, tôi, ram.
2. Hóa - nhiệt luyện: Nhiệt luyện có kèm theo thay đổi thành phần hóa học ở bề mặt rồi
nhiệt luyện tiếp theo để cải thiện hơn nữa tính chất của vật liệu: Thấm đơn hoặc đa
nguyên tố: C,N,..
3. Cơ - nhiệt luyện: là biến dạng dẻo thép ở trạng thái γ sau đó tôi và ram để nhận được
tổ chức M nhỏ mịn có cơ tính tổng hợp cao nhất,
thường ở xưởng cán nóng thép, luyện kim.
1.2. Tác dụng của nhiệt luyện đối với sản xuất cơ khí:
1.2.1. Tăng độ cứng, tính chống mài mòn và độ bền của thép: phát huy triệt để các
tiềm năng của vật liệu: bền, cứng, dai… do đó giảm nhẹ kết cấu, tăng tuổi thọ,..
1.2.2. Cải thiện tính công nghệ:
Phù hợp với điều kiện gia công: cần đủ mềm để dễ cắt, cần dẻo để dễ biến dạng,…

5


1.2.3. Nhiệt luyện trong nhà máy cơ khí:
- Nặng nhọc, độc → cơ khí hóa, tự động hóa, chống nóng, độc
- Phải được chuyên môn hóa cao → bảo đảm chất lượng sản phẩm và năng suất
- Tiêu phí nhiều năng lượng → phương án tiết kiệm được năng lượng
- Là khâu sau cùng, thường không thể bỏ qua, do đó quyết định tiến độ chung, chất
lượng và giá thành sản phẩm của cả xí nghiệp.
II. CÁC TỔ CHỨC ĐẠT ĐƯỢC KHI NUNG NÓNG VÀ LÀM NGUỘI THÉP :

2.1. Các chuyển biến xảy ra khi nung nóng thép - Sự tạo thành austenite:
2.1.1. Cơ sở xác định chuyển biến khi nung:
Dựa vào giản đồ pha Fe - C, hình 4.2: ở nhiệt độ thường mọi thép đều cấu tạo bởi hai
pha cơ bản: F và Xê (trong đó P =[F+Xê]).
-Thép cùng tích: có tổ chức đơn giản là P
-Thép trước và sau cùng tích: P+F và P+XêII
Khi nung nóng:
+ Khi T< A1 → chưa có chuyển biến gì;
+ Khi T= Ac1, P → γ theo phản ứng:
Thép CT: [Fea + Xê]0,80%C → γ 0,80%C
Thép TCT và SCT: F và XêII không thay
đổi:
+ Khi T> Ac1: F và XêII tan vào γ nhưng
không hoàn toàn;
+ Khi T> Ac3 và Acm: F và XêII tan hoàn
toàn vào γ
Trên đường GSE mọi thép đều có tổ chức γ
2.1.2. Đặc điểm của chuyển biến peclit
thành austenite:
Nhiệt độ & thời gian chuyển biến: (hình

Hình 2. Giản đồ pha Fe-C
(phần thép)

4.3) Vnung càng lớn thì T chuyển biến càng
cao.
Tnung càng cao, khoảng thời gian
chuyển biến càng ngắn.
Tốc độ nung V2 > V1, thì nhiệt độ bắt
đầu và kết thúc chuyển biến ở càng cao và

thời gian chuyển biến càng ngắn.
Kích thước hạt austenit:
Ý nghĩa:

Hình 3. Giản đồ chuyển biến đẳng 6
nhiệt P của thép cùng tích


Hạt γ càng nhỏ → M(hoặc tổ chức khác) có độ dẻo, dai cao hơn.
Cơ chế chuyển biến: P → γ : cũng tạo và phát triển mầm như kết tinh (hình 4.4), nhưng
do bề mặt phân chia giữa F-Xê rất nhiều nên số mầm rất lớn → hạt γ ban đầu rất nhỏ mịn
(chuyển biến peclit → austenit bao giờ cũng làm nhỏ hạt thép, phải tận dụng

Hì nh 4. Quá trình tạo mầm và phát triển mầm

Độ hạt austenit:
- peclit ban đầu: càng mịn → γ nhỏ
- Vnung càng lớn → hạt γ càng
nhỏ
- T& t giữ nhiệt lớn thì hạt lớn
- Theo bản chất thép: bản chất
hạt lớn và hạt nhỏ (hình 4.5).
Thép bản chất hạt nhỏ: thép
được khử ôxy triệt để bằng Al,
thép hợp kim Ti, Mo, V, Zr,
Nb,...
dễ tạo cacbit ngăn cản phát triển hạt.
Mn và P làm hạt phát triển nhanh
2.2. Mục đích của giữ nhiệt:

- Làm đều nhiệt độ trên tiết diện

Hình 5. Sơ đồ phát triển hạt austenit
I- di truyền hạt nhỏ, II- di truyền hạt lớn

- Để chuyển biến xảy ra hoàn toàn
- Làm đồng đều % của γ
2.3. Các chuyển biến khi làm nguội:
2.3.1. Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt austenit quá nguội (giản đồ T-T-T) của thép cùng
tích:
Giản đồ T-T-T: Nhiệt độ (T) - thời gian (T) và chuyển biến (T) Vì có dạng chữ "C") →
đường cong chữ “C”.
Khi γ bị nguội (tức thời) dưới 727oC nó

7


chưa chuyển biến ngay được gọi là γ quá nguội, không ổn định.

Giản đồ có 5 vùng:
o
- Trên 727 C là khu vực tồn tại của γ ổn định
- Bên trái chữ "C" đầu tiên - vùng γ quá nguội
- Giữa hai chữ "C" γ đang chuyển biến (tồn tại cả ba pha γ , F và Xe)
- Bên phải chữ "C" thứ hai - các sản phẩm phân hóa đẳng
nhiệt γ quá nguội là hỗn hợp: F - Xê vớ i mứ c đ ộ nhỏ mịn khác nhau
Giữ γ quá nguội ở sát A1: (T~ 700oC, DT0 nhỏ, ~25oC): Peclit (tấm), HRC 10 ÷ 15.
+ (T~ 650oC, DT0 ~ 75oC): Xoocbit tôi, HRC 25 ÷ 35.

8

o
+ T ~ đỉnh lồi chữ “C“ (khoảng 500 ÷ 600 C): Trôxtit, HRC 40.
Cả 3 chuyển biến trên đều là chuyển biến peclit, X, T là peclit phân tán.
+ Khi giữ austenit quá nguội ở nhiệt: ~450 ÷ 250oC: Bainit, HRC 50 ÷ 55, Được coi
là chuyển biến trung gian vì: F hơi quá bão hòa cacbon (0,10%),Xê là Fe2,4-3C,có một
lượng nhỏ γ (dư), trung gian (giữa P và M).
Từ peclit (tấm), xoocbit, trôxtit cho tới bainit độ quá nguội tăng lên → mầm càng

9


→

nhiều

tấm càng nhỏ mịn hơn và độ

cứng càng cao hơn.
Tóm lại: chuyển biến ở sát A1 được
peclit, ở phần lồi được trôxtit, ở giữa hai
mức xoocbit, phí a dưới được bainit.
Làm nguội đẳng nhiệt nhận được tổ
chức đồng nhất trên tiết diện.
2.3.2. Sự phân hóa g khi làm nguội liên
tục :
Cũng xét giản đồ chữ “C” (hình 4.7)
như chuyển biến đẳng nhiệt.
Đặc đi

V1: trên hình 4.7,ở sát A1: gđ peclit
tấm,
V2: (làm nguội trong k/khí tĩnh) → xoocbit.
V3 (Làm nguội trong không khí nén),
cắt ở phần lồi: γ → trôxtit
V4:

Hình 6. Giản đồ T-T-T của thép
cùng tích với V1 < V2 < V3
(làm nguội trong dầu),trôxtit + mactenxit = bán mactenxit

V5: (làm nguội trong nước lạnh) V5 không cắt đường cong chữ "C" nào, tức g đ M
Kết luận: khi làm nguội liên tục, tổ chức tạo thành ∈ vào vị trí của vectơ tốc độ

10


nguội trên đường cong chữ "C
Đặc điểm 2: Tổ chức đạt được thường là không đồng nhất trên toàn tiết diện
Đặc điểm 3: Không đạt được tổ chức hoàn toàn bainit (B)
(chỉ có thể T+B hoặc T+B+M) vì nửa dưới chữ “C” lõm vào
Đặc điểm 4: Những điều trên chỉ đúng với thép cacbon,
thép hợp kim đường cong chữ "C" dịch sang phải do đó:
+ Vth có thể rất nhỏ. Ví dụ, thép gió tôi trong gió.
+ Tổ chức đồng nhất ngay cả đối với tiết diện lớn.
2.3.3. Giản đồ T - T - T của các thép khác cùng
tích:
+ Thép trước và sau cùng tích, có thêm nhánh phụ
(hình 4.9) biểu thị sự tiết ra F (TCT) hoặc XêII

(SCT), có thêm đường
3 điểm khác biệt so với thép cùng tích:
1- Đường cong (chữ "C" và nhánh phụ)
2- Khi làm nguội chậm liên tục (V2), γ quá nguội
sẽ tiết ra F (TCT) hoặc XêII (SCT) trước sau đó
mới phân hóa ra hỗn hợp F-Xê

Hình7. Giản đồ T-T-T của thép khác cùng tích

3- Khi làm nguội đủ nhanh V3 (hoặc >V3)
để Vng không cắt nhánh phụ, γ quá nguội → FXê dưới dạng X, T, B (B chỉ khi làm nguội đẳng nhiệt).
Thép không có thành phần đúng 0,80%C mà vẫn không tiết F hoặc Xê được gọi là
cùng tích giả.
Đối với thép hợp kim, ngoài ảnh hưởng của C, các nguyên tố hợp kim
(dịch chữ "C" sang phải) sẽ xét sau.
2.4. Chuyển biến của austenit khi làm nguội nhanh - Chuyển biếmactenxit (khi tôi):
Nếu Vng> Vth thì γ → M gọi đó là tôi thép.
Vth: là tốc độ làm nguội nhỏ nhất để gây ra chuyển biến mactenxit.
Vth =

A1 − Tm
τm

Hình8. Giản đồ T-T-T và tốc độ tôi tới
hạn Vth (tm và Tm - thời gian và nhiệt
độ ứng với g kém ổn định nhất).

11

7

2.4.1.Bản chất của mactenxit :
Định nghĩa: M là dung dịch rắn quá bão hòa của C trong Fea
Đ/điểm: vì quá bão hoà C → mạng chính phương tâm khối (hình 4.12).
Độ chính phương c/a = 1,001 ÷ 1,06 ( ∈ %C) → xô lệch mạng rất lớn → M rất cứng.

Hình9.ô cơ sở của động mạng tinh thể mactenx Hình 10. Đường cong học chuyển biến
mactenxit

2.4.2. Các đặc điểm của chuyển biến mactenxit :
1) Chỉ xảy ra khi làm nguội nhanh và liên tục g với tốc độ > Vth.
2) Chuyển biến không khuếch tán: C ~ giữ nguyên vị trí, Fe:
từ g (A1) → M (gần như A2)
3) Xảy ra với tốc độ rất lớn, tới hàng nghìn m/s
4) Chỉ xảy ra trong khoảng giữa Mđ và kết thúc MK. Mđ và MK giảm khi tăng %C và %
nguyên tố hợp kim (trừ Si, Co và Al), Mđ và MK không phụ thuộc vào Vnguội.
5) Chuyển biến xảy ra không hoàn toàn vì hiệu ứng tăng thể tích gây lực nén lên γ →
không thể chuyển biến, γ không chuyển biến được gọi là γ dư Điểm MK thường thấp
(<20oC) có khi rất thấp (ví dụ -100oC) → lượng γ dư có thể (20 ÷ 30%). Tỷ lệ γ dư : phụ
thuộc vào các yếu tố sau:
+ Điểm MK: MK càng thấp dưới 20oC lượng γ dư càng nhiều: MK giảm khi tăng
lượng nguyên tố hợp kim trong γ
+ %C tăng → ∆V ↑ → γ dư càng nhiều
2.4.3. Cơ tính của mactenxit :
Độ cứng: (hình 4.14): %C ↑→ cứng tăng do
đó: Thép ít cacbon: %C ≤ 0,25%,

Hình 11: Độ cứng tôi phụ thuộc vào%C 12

độ cứng

sau tôi ≤ HRC 40

Thép C trung bình: %C= 0,40 ÷ 0,50%, độ cứng sau tôi tương đối cao, HRC ≥ 50.
Thép C cao: %C ≥ 0,60%, độ cứng sau tôi cao, HRC ≥ 60.
Chỉ có thép ≥ 0,40%C tôi mới tăng tính chịu mài mòn.
Chú ý : phân biệt độ cứng của M và độ cứng của thép tôi: độ cứng của thép tôi là độ
cứng tổng hợp của M tôi+ γ dư + cacbit (XêII nếu có). Thường γ dư làm giảm độ cứng
của thép tôi:>10% làm giảm 3-5HRC (cá biệt tới 10HRC),vài % → không đáng kể.

Tính giòn: là nhược điểm của M làm hạn chế sử dụng, tính giòn phụ thuộc vào:
+ Kim M càng nhỏ tính giòn càng thấp → làm nhỏ hạt γ khi nung thì tính giòn
+ ứng suất bên trong càng nhỏ tính giòn càng thấp
Dùng thép bản chất hạt nhỏ, nhiệt độ tôi và phương pháp tôi thích hợp để giảm ứng
suất bên trong như tôi phân cấp, đẳng nhiệt và ram ngay tiếp theo.
2.5. Chuyển biến khi nung nóng thép đã tôi (khi ram) :
Đ/n: ram nung nóng thép sau khi tôi để điều chỉnh độ cứng và tính chất phù hợp với
yêu cầu.
2.5. 1. Tí nh không ổn định của mactenxit và austenit :
Tổ chức thép tôi=M+ γ dư : khi nung nóng M → F+Xê theo: Fea(C) → Fe3C + Fea

γ dư → F+Xê theo: Feg(C) → Fe3C + Fea
M và γ dư không chuyển biến ngay thành hỗn hợp F-Xê mà phải qua tổ chức trung gian là
M ram theo sơ đồ: (M + γ dư) → M ram → F-Xê
4.2.5.2. Các chuyển biến xảy ra khi ram
Thép cùng tích (0,80%C): tổ chức M và γ dư, quá trình chuyển biến khi ram:
Giai đoạn I :(T < 200oC)
- < 80oC trong thép tôi chưa có chuyển biến gì, tức vẫn có M và γ dư.

- Từ 80-200oC: γ dư chưa chuyển biến, M có tiết C dưới dạng cacbit e FexC (x=2,0 ÷ 2,4),
hình tấm mỏng, phân tán, %C trong M giảm xuống còn khoảng 0,25 ÷ 0,40%, c/a giảm
đi. Hỗn hợp M ít cacbon và cacbit e đó được gọi là M ram (vẫn liền mạng):
(M tôi) Fea(C)0,8 → [Fea(C)0,25 ÷ 0,40 + Fe2 ÷ 2,4C] (M ram)
Giai đoạn II: (T= 200 ÷ 260oC)
Tiếp tục tiết C khỏi M xuống còn khoảng 0,15 ÷ 0,20%:
Fea(C)0,25-0,4 → [Fea(C)0,15 ÷ 0,20+Fe2 ÷ 2,4C]
γ dư thành M ram: ( γ dư) Feg(C)
0,8 → [Fea(C)0,15 ÷ 0,20 + Fe2 ÷ 2,4C] (M ram)
M ram là tổ chức có độ cứng thấp hơn M tôi, song lại ít giòn hơn do giảm được ứng

13


suất.
Độ cứng thứ II: Một số thép sau khi tôi có lượng γ dư lớn (hàng chục %), khi ram γ dư
thành M ram mạnh hơn hiệu ứng giảm độ cứng do C tiết ra khỏi dung dung dịch rắn → độ
cứng thứ II.
o
Giai đoạn III : (T= 260 ÷ 400 C)
Sau giai đoạn II thép tôi có tổ chức M ram gồm hai pha: M nghèo C (0,15 ÷ 0,20%) và
cacbit ε (Fe2 ÷ 2,4C), đến giai đoạn III này cả hai pha đều chuyển biến:
- M nghèo cacbon trở thành ferit, cacbit e (Fe2 ÷ 2,4C) → Xê (Fe3C) ở dạng hạt
Sơ đồ chuyển biến: Fea (C)0,15 ÷ 0,20 → Fea + Fe3Chạt ,
cac bit Fe2 ÷ 2,4C → F+Xê hạt = T ram
- Độ cứng: giảm còn (HRC 45 với thép cùng tích).
- Mất hoàn toàn ứng suất bên trong, tăng mạnh tính đàn hồi.
Giai đoạn IV : (T > 400oC)
T > 400OC xảy ra quá trình kết tụ (sát nhập, lớn lên) của Xê hạt.
- ở 500 ÷ 650oC: được hỗn hợp F-Xê = X ram, có giới hạn chảy cao và độ dai va đập tốt

nhất.
- ở gần A1 (727oC): được hỗn hợp F-Xê hạt thô hơn = peclit hạt.
Kết luận: ram là quá trình phân hủy M, làm giảm độ cứng, giảm ứng suất bên trong sau
khi tôi, tùy thuộc vào nhiệt độ ram có thể đạt được cơ tính khác nhau phù hợp với yêu cầu
sử dụng.
III. Ủ VÀ THƯỜNG HÓA THÉP :
Định nghĩa: là các phương pháp thuộc nhóm nhiệt luyện sơ bộ, tạo độ cứng,
tổ chức thích hợp cho gia công (cắt, dập nguội, nhiệt luyện) tiếp theo.
3.1. Ủ thép :
3.1.1. Định nghĩa và mục đích :
Định nghĩa: là phương pháp nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định (từ 200 ÷ trên 1000oC),
giữ nhiệt lâu rồi làm nguội chậm cùng lò để đạt được tổ chức cân bằng ổn định (theo giản đồ
pha Fe - C) với độ cứng thấp nhất và độ dẻo cao.
Hai nét đặc trưng của ủ: nhiệt độ không có quy luật tổng quát và
làm nguội với tốc độ chậm để đạt tổ chức cân bằng.
Mục đích : được một số trong 5 mục đích sau:
1) làm mềm thép để dễ tiến hành gia công cắt,
2) tăng độ dẻo để dễ biến dạng (dập, cán, kéo) nguội.
3) giảm hay làm mất ứng suất gây nên bởi gia công cắt, đúc, hàn, biến dạng dẻo,

14


4) đồng đều thành phần hóa học trên vật đúc loại bị thiên tích.
5) Làm nhỏ hạt thép.
Phân loại ủ: 2 nhóm: ủ có chuyển pha và ủ không có chuyển biến pha.
3.1.2. Các phương pháp ủ không có chuyển biến pha :
Đặc điểm:
T ủ thấp hơn A1 nên không có chuyển biến P → γ . Chia thành 2 phương pháp:
Ủ thấp: T= 200 ÷ 600oC, mục đích làm giảm hay khử bỏ ứng suất,

Ủ kết tinh lại: T> Tktl để khôi phục tính chất sau biến dạng.
3.1.3. Các phương pháp ủ có chuyển biến pha :
Thường gặp, T> A1 , P → γ , nhỏ hạt. Chia thành 3 phương pháp:
0
-Ủ hoàn toàn: áp dụng cho thép trước cùng tích %C= 0,30 ÷ 0,65%, Tu =A3+(20 ÷ 300C)

Mục đích: làm nhỏ hạt, giảm độ cứng và tăng độ dẻo để dễ cắt gọt và dập nguội (160 ÷
200HB).
-Ủ không hoàn toàn và ủ cầu hóa:
- áp dụng cho thép dụng cụ %C= 0,70%, A1+ (20 ÷ 30 C) = 750 ÷ 760 C, T/c: peclit hạt , HB < 220 dễ gia công cắt hơn, không áp
dụng cho thép trước cùng tích có C Ê 0,65% vì ảnh hưởng xấu đến độ dai.
o
- Ủ cầu hóa: là dạng đặc biệt của ủ không hoàn toàn, T= 750 ÷ 760 C-5min (phút) rồi
T= 650 ÷ 660oC- 5min..., với lặp đi lặp lại → cầu hóa xêmentit để tạo thành peclit hạt.
- Ủ đẳng nhiệt: dùng cho thép hợp kim cao do γ quá nguội có tính ổn định quá lớn nên dù
làm nguội chậm cùng lò cũng không đạt được tổ chức peclit mà là P-X, X, X-T... nên không
đủ mềm để gia công cắt → ủ đẳng nhiệt: T= A1- 50oC (xác định theo giản đồ T - T - T của
chính thép đó) để nhận được tổ chức peclit.
- Ủ khuếch tán: T rất cao 1100 ÷ 1150oC - (10 ÷ 15h) để khuếch tán làm đều thành phần.
Lĩnh vực áp dụng: thép hợp kim cao khi đúc bị thiên tích đ hạt to → cán nóng
hoặc ủ nhỏ hạt
o
Chú ý : ủ có chuyển biến pha, chỉ cần làm nguội trong lò đến 600 ÷ 650 C, lúc đó sự
tạo thành peclit đã hoàn thành, cho ra nguội ngoài không khí và nạp mẻ khác vào ủ tiếp.
3.2. Thường hóa thép:
3.2.1. Định nghĩa: là nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn là austenit
(> A3 hay Acm), giữ nhiệt rồi làm nguội tiếp theo trong không khí tĩnh, độ cứng tương đối
thấp (nhưng cao hơn ủ một chút).
- Nhiệt độ: giống như ủ hoàn toàn toàn nhưng được áp dụng cho cả thép sau cùng tích:

15


TCT : Tth0 = Ac3 + (30 ÷ 50 0 C )

SCT : Tth0 = Ac m + (30 ÷ 50)

- Tốc độ nguội: nhanh hơn đôi chút nên kinh tế hơn ủ.
- Tổ chức và cơ tính: tổ chức đạt được là gần cân bằng với độ cứng cao hơn ủ đôi chút.
3.2.2. Mục đích và lĩnh vực áp dụng:
3.2.2.1) Đạ t đ ộ cứng thí ch hợ p cho gia cô ng cơ :
+ thép <0,25%C - phả i thư ờ ng hó a,
+ thép 0,30 ÷ 0,65%Cphả i ủ hoà n toà n,
+ thép ≥ 0,70%C- phải ủ khô ng hoàn toà n
(ủ cầ u hó a).
3.2.2.2) Làm nhỏ xêmentit: chuẩn bị cho nhiệt
luyện kết thúc. Thường áp dụng cho các thép
kết cấu trước khi tôi (thể tích và bề mặt).
3.2.2.3) Làm mất lưới xêmentit II: của thép
sau cùng tích → thép đỡ giòn, gia công được
bóng hơn.

Hình12. Khoảng nhiệt độ ủ,
thường hóa và tôi cho thép cacbon

IV. TÔI THÉP:
Là nguyên công quan trọng nhất của nhiệt luyện.

4.1. Định nghĩa và mục đích:

16


4.1.1. Đ ị n h n g hĩ a : là phương pháp nung thép lên cao quá nhiệt độ tới hạn A1 để đạt
pha γ , giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh thích hợp để tạo thành M hay các tổ chức không ổn
định khác với độ cứng cao.
Đặc trưng của tôi: - Nhiệt độ tôi > A1 để có g (có thể giống ủ hoặc thường hóa).
- Tốc độ làm nguội nhanh dễ gây ứng suất nhiệt, pha → dễ gây nứt, biến dạng, cong
vênh.
- Tổ chức tạo thành cứng và không ổn định. 2 điểm sau khác hẳn ủ và thường hóa.
4.1.2. Mục đích:
1) Tăng độ cứng để chống mài mòn tốt nhất (ram thấp):
dụng cụ (cắt, biến dạng nguội), ∈ %C:
%C < 0,35%C-≤ HRC 50,

%C = 0,40 ÷ 0,65%C- HRC 52 ÷ 58,

%C = 0,70 ÷ 1,00%C- HRC 60 ÷ 64,%C = 1,00 ÷ 1,50%C- HRC 65 ÷ 66
2) Nâng cao độ bền và sức chịu tải của chi tiết máy, áp dụng cho thép có
%C=0,15-0,65:
tôi + ram trung bình thép đàn hồi (0,55-0,65)%C
Tôi+ram cao → thép có cơ tính tổng hợp cao nhất (thép 0,3-0,5)%C
4.2. Chọn nhiệt độ tôi thép:
o
4.2.1. Đối với thép TCT: (< 0,80%C): Ttôi = A3 + (30 ÷ 50 C) → M+ít γ dư
4 .2 .2 . Đối với thép CT và SCT :(³ 0,80%C): Ttôi =A1+(30 ÷ 50oC) ≈ 760 ÷ 780oC →
M+ít γ dư + XêII
4.2.3. Lý do để chọn nhiệt độ tôi:
+ Thép TCT, T< A3 còn F là pha mềm gây ra điểm mềm ảnh hưởng xấu tới độ bền,

độ bền mỏi và tính chống mài mòn.
+ Thép SCT, T> Acm → hàm lượng C trong γ cao quá dễ sinh γ dư nhiều,
hạt lớn (vì T >950oC)
A14.2.4.Đối với thép hợp kim:
Cũng dựa vào GĐP Fe-C để tham khảo nhiệt độ tôi, 2 trường hợp:
+ Thép hợp kim thấp (ví dụ 0,40%C + 1,00%Cr), Ttôi ~ thép 0,40%C,
có lấy tăng lên 1,1-1,2 lần
+ Thép hợp kim trung bình và cao: tra trong các sách tra cứu và sổ tay kỹ thuật.
4.3. Tốc độ tôi tới hạn và độ thấm tôi:
Tốc độ tôi tới hạn của thép càng nhỏ càng dễ tôi, tạo ra độ cứng cao (cả sâu trong lõi)
đồng thời với biến dạng nhỏ và không bị nứt.
4.3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ tôi tới hạn:

17


- Thành phần hợp okim của γ : quan trọng nhất, γ càng giàu nguyên tố hợp kim (trừ Co)
đường "C" càng dịch sang phải, Vth càng nhỏ: (2 ÷ 3)% nthk Vth ≈ 100oC/s, (5 ÷ 7)%
nthk Vth ≈ 25 C/s.
- Sự đồng nhất của γ : γ càng đồng nhất càng dễ biến thành M ( γ không đồng nhất,
vùng giàu C dễ biến thành Xê, vùng nghèo C dễ biến thành F) → Ttôi ↑ → γ đồng
nhất → Vth ↓
- Các phần tử rắn chưa tan hết vào g: thúc đẩy tạo thành hỗn hợp F-Xê,
làm tăng Vth.
- Kích thước hạt γ : càng lớn, biên giới hạt càng ít,
càng khó tạo thành hỗn hợp F- Xê , Vth ↓
4.3.2. Độ thấm tôi:
Định nghĩa: là chiều sâu lớp tôi cứng có tổ chức 1/2M + 1/2T Cách xác định:
bằng thí nghiệm tôi đầu mút

Các yếu tố ảnh hưởng:
Vth: càng nhỏ độ thấm tôi càng cao, Vth < Vlõi tôi thấu,
các yếu tố làm giảm Vth → ↑ δ
Tốc độ làm nguội: nhanh → ↑ δ nhưng dễ gây nứt, biến dạng.
Ý nghĩa: biểu thị khả năng hóa bền của thép bằng tôi + ram,
đúng hơn là biểu thị tỷ lệ tiết diện của chi tiết được hóa bền nhờ tôi + ram.
- Thép có độ thấm tôi càng cao được coi là chất lượng càng tốt,
- Mỗi mác thép có d xác định do đó nên dùng cho các chi tiết có kích thước nhất định để
có thể tôi thấu
4.3.3.Đánh giá độ thấm tôi:
Hình 4.17 trình bày dải thấm tôi của các thép với cùng lượng cacbon là 0,40%,
ở đây độ thấm tôi được tính tới vùng nửa 1/2M+1/2T.
+ Thép cacbon, d trung bình chỉ khoảng 7mm, nếu thêm 1,00%Cr là 12mm,
còn thêm 0,18%Mo nữa tăng lên đến 30mm.
+ Để tăng mức độ đồng đều cơ tính trên tiết diện, trước khi đem chế tạo các bánh răng
quan trọng người ta phải kiểm tra lại d của mác thép mới định dùng.
+ Ngược lại: còn có yêu cầu hạn chế độ thấm tôi để bảo đảm cứng bề mặt lõi vẫn dẻo dai.
4.3.4. Tính thấm tôi và tính tôi cứng:
Tính tôi cứng là khả năng đạt độ cứng cao nhất khi tôi,
%C càng cao tính tôi cứng càng lớn.
Tính thấm tôi là khả năng đạt chiều dày lớp tôi cứng lớn nhất,
%nthk càng cao thì tính thấm tôi càng lớn.

18


Hình 13. Khả năng tôi cứng của một số loại thép:
(a): 0,40%C; (b): 0,40%C + 1,00%Cr, (c): 0,40%C + 1,00%Cr + 0,18%Mo,
4.4. Các phương pháp tôi thể tích và công dụng. Các môi trường tôi:
Các cách phân loại tôi: Theo T tôi: tôi hoàn toàn và không hoàn toàn, theo phạm vi:

tôi thể tích và tôi bề mặt, theo phương thức và môi trường làm nguội (hình 4.18) ta có:
4.4.1 Tôi trong một môi trường:

Hình.14. Phương pháp tôi

Hình15. Đường nguội lý tưởng khi tôi

Trong đó: a. trong 1 môi trường, b. trong 2 môi trường, c. tôi phân cấp, d. tôi đẳng nhiệt.
Yêu cầu đối với môi trường tôi:
- Làm nguội nhanh thép để đạt được tổ chức M,
- không làm thép bị nứt hay biến dạng
- Rẻ, sẵn, an toàn và bảo vệ môi trường.
Để đạt được hai yêu cầu đầu tiên, môi trường tôi lý tưởng hình 4.19:
o
1) Làm nguội nhanh thép ở trong khoảng γ kém ổn định nhất 500 ÷ 600 C
để γ không kịp phân hóa thành hỗn hợp F-Xê. Vnguội> Vth.
2) Làm nguội chậm thép ở ngoài khoảng nhiệt độ trên vì
Ơ đó γ quá nguội có tính ổn định cao, không sợ bị chuyển biến thành hỗn hợp F-Xê
có độ cứng thấp.
Đặc biệt trong khoảng chuyển biến M (300 ÷ 200oC),

19


nguội chậm sẽ làm giảm ứng suất pha do đó ít bị nứt và ít cong vênh.
Các môi trường tôi thường dùng: (bảng 4.1)
Bảng 1. Đặc tính làm nguội của các môi trường tôi:
Môi trường tôi

Tốc độ nguội, [độ/s], ở các khoảng

nhiệt
độ ÷ 5000C
600

0
Nước lạnh, 10 ÷ 30 C

600-500

0
Nước nóng, 50 C
Nước hòa tan 10%NaCl,

100
1100-1200

0
300 ÷ 200 C
27
0

27

0 30

0
0
Dầu khoáng
vật
100-150

20NaOH,20
C
Tấm thép, không khí nén
35-30
25 15Nước: là môi trường tôi mạnh, an toàn, rẻ, dễ kiếm nên rất thông dụng nhưng
10 cũng dễ gây
ra nứt, biến dạng, không gây cháy hay bốc mùi khó chịu, khi nhiệt độ nước bể tôi > 40oC
tốc độ nguội giảm, (khi To nước = 50oC, tốc độ nguội thép chậm hơn cả trong dầu mà
không làm giảm khả năng bị biến dạng và nứt (do không làm giảm tốc độ nguội ở nhiệt độ
thấp) phải lưu ý tránh: bằng cách cấp nước lạnh mới vào và thải lớp nước nóng ở bề mặt
đi.
Nước (lạnh) là môi trường tôi cho thép cacbon (là loại có Vth lớn, 400 ÷
800oC/s), song không thích hợp cho chi tiết có hình dạng phức tạp.
Nước được hoà tan 10% các muối (NaCl hoặc Na2CO3) hay (NaOH): nguội rất nhanh ở
nhiệt độ cao song không tăng khả năng gây nứt (vì hầu như không tăng tốc độ nguội ở
nhiệt độ thấp) so với nước, được dùng để tôi thép dụng cụ cacbon (cần độ cứng cao).
Dầu : làm nguội chậm thép ở cả hai khoảng nhiệt độ do đó ít gây biến dạng, nứt nhưng
khả năng tôi cứng lại kém. Dầu nóng, 60 ÷ 80oC, có khả năng tôi tốt hơn vì có độ loãng
(linh động) tốt không bám nhiều vào bề mặt thép sau khi tôi. Nhược điểm dễ bốc cháy
phải có hệ thống ống xoắn có nước lưu thông làm nguội dầu, bốc mùi gây ô nhiễm và hại
cho sức khỏe.
Dầu là môi trường tôi cho thép hợp kim (loại có Vth nhỏ, < 1500 C / s),

o

các chi tiết có hình dạng phức tạp, là môi trường tôi thứ 2 (thép CD)
Quy tắc chọn môi trường tôi ngoại lệ:
- Thép C tiết diện nhỏ (f < 10), hình dạng đơn giản, dài (như trục trơn) nên tôi dầu Chi tiết
có hình dạng phức tạp về độ bền có thể chọn thép C nhưng phải làm bằng thép hợp kim
để tôi dầu.

- Chi tiết bằng thép hợp kim, có tiết diện lớn, hình dạng đơn giản phải tôi nước.
Các vật mỏng, hình dạng phức tạp dễ bị cong vênh khi làm nguội tự do cần tôi trong
khuôn ép, trong khung giữ chống cong vênh hoặc bó chặt nhiều thanh dài lại,....
Tôi trong một môi trường rất phổ biến do dễ áp dụng cơ khí hóa, tự động hóa,
giảm nhẹ điều kiện lao động nặng nhọc.

20


4.4.2.Tôi trong hai môi trường: (nước qua dầu) Đường b trên hình 4.18
Tận dụng được ưu điểm của cả nước lẫn dầu: nước, nước pha muối,
xút qua dầu (hay không khí) cho đến khi nguội hẳn.
Như vậy vừa bảo đảm độ cứng cao cho thép vừa ít gây biến dạng, nứt.
Nhược điểm: khó, đòi hỏi kinh nghiệm, khó cơ khí hóa,
chỉ áp dụng cho tôi đơn chiếc thép C cao.
4. 4.3.Tôi phân cấp: đường c trên hình 14
o
Muối nóng chảy có nhiệt độ cao hơn điểm Mđ khoảng 50 ÷ 1000 C, 3 ÷ 5min

để đồng đều nhiệt độ trên tiết diện rồi nhấc ra làm nguội trong không khí để chuyển
biến M.
Ưu điểm: khắc phục được khó khăn về xác định thời điểm chuyển môi trường của cách b.
Đạt độ cứng cao song có ứng suất bên trong rất nhỏ, độ biến dạng thấp nhất, thậm chí có
thể sửa, nắn sau khi giữ đẳng nhiệt khi thép ở trạng thái γ quá nguội vẫn còn dẻo.
Nhược điểm: năng suất thấp, chỉ áp dụng được cho các thép có Vth nhỏ
(thép hợp kim cao như thép gió) và với tiết diện nhỏ như mũi khoan, dao phay...
Cả ba phương pháp tôi kể trên đều đạt được tổ chức mactenxit.
4.4.4. Tôi đẳng nhiệt: đường d trên hình 14
Khác tôi phân cấp ở chỗ giữ đẳng nhiệt lâu hơn (hàng giờ) cũng trong môi trường lỏng
(muối nóng chảy) để austenit quá nguội phân hóa hoàn toàn thành hỗn hợp

F-Xê nhỏ mịn có độ cứng tương đối cao, độ dai tốt. Tùy theo nhiệt độ giữ đẳng nhiệt
sẽ được các tổ chức khác nhau: 250 ÷ 400oC - bainit, 500 ÷ 600oC - trôxtit.
Sau khi tôi dẳng nhiệt không phải ram.
Tôi đẳng nhiệt có mọi ưu, nhược điểm của tôi phân cấp, nhưng độ cứng thấp hơn
và độ dai cao hơn, năng suất thấp í t được áp dụng cách tôi này.
Một phương pháp tôi đẳng nhiệt đặc biệt là tôi chì (patenting) - tôi đẳng nhiệt trong bể
Pb nóng chảy ở 500 ÷ 520oC đ X mịn, qua khuôn kéo sợi nhiều lần ( ε tổng= 90%),
đạt δ E và δ max.
4.4.5.Gia công lạnh:
áp dụng cho thép dụng cụ hợp kim, %C cao và được hợp kim hóa, các điểm Mđ và MK
quá thấp nên khi tôi lượng g dư quá lớn, làm giảm độ cứng. Đem gia công lạnh (-50
hay -70oC) để γ dư → M, độ cứng có thể tăng thêm 1 ÷ 10 đơn vị HRC.
4.4.6.Tôi tự ram:
Là cách tôi với làm nguội không triệt để, nhằm lợi dụng nhiệt của lõi hay các phần khác
truyền đến, nung nóng tức ram ngay phần vừa được tôi: đục, chạm, tôi cảm ứng băng
máy, trục dài...

21


4.4.7. Cơ - nhiệt luyện thép:
4. 7.1.Bản chất: đồng thời: biến dạng dẻo (cán nóng) γ đem tôi ngay rồi ram thấp ở 150 ÷
200oC. Kết quả: M nhỏ mịn với xô lệch cao, nhờ đó kết hợp cao nhất giữa độ bền, độ dẻo
và độ dai mà chưa có phương pháp hóa bền nào sánh kịp.
So với nhiệt luyện tôi + ram thấp thông thường: bền kéo cao tăng 10 ÷ 20%,
độ dẻo, độ dai tăng từ 1,5 đến 2 lần. Gồm 2 loại:
4.7.2. Cơ - nhiệt luyện nhiệt độ cao: hình 4.20a, biến dạng dẻo ở trên A3 rồi tôi ngay,
đặc điểm:
- có thể áp dụng cho mọi thép kể cả thép cacbon,
- dễ tiến hành vì ở nhiệt độ cao austenit dẻo, ổn định, lực ép nhỏ,

độ biến dạng ε = 20 ÷ 30%.
- độ bền khá cao: σ b = 2200 ÷ 2400MPa, δ = 6 ÷ 8%, ak= 300kJ/m2
4.7.3.Cơ – nhiệt luyện nhiệt độ thấp: (hình 4.20b): Sau khi γ hóa ở trên A3 làm
nguội nhanh thép xuống 400 ÷ 600oC là vùng γ quá nguội có tính ổn định tương đối cao và
thấp hơn nhiệt độ kết tinh lại, rồi biến dạng dẻo và tôi ngay.
Đ/điểm: - chỉ áp dụng được cho thép hợp kim
- khó tiến hành vì ở nhiệt độ thấp (400 ÷ 600oC) γ kém dẻo hơn, máy cán lớn,
o
phôi thép phải nhỏ để kịp nguội nhanh xuống 400 ÷ 600 C
- đạt được độ bền rất cao sb = 2600 ÷ 2800MPa, song độ dẻo,
độ dai thấp hơn loại trên: d = 3%, aK = 200kJ /m2.

Hình 16. Sơ đồ cơ - nhiệt luyện: nhiệt độ cao (a) và nhiệt độ thấp (b).
5.RAM THÉP:
Ram thép là nguyên công bắt buộc khi tôi thép thành M.

22


5.1. Mục đích và định nghĩa:
5 . 1 . 1 Trạng thái của thép tôi thành M:
cứng, rất giòn, kém dẻo, dai với ứng suất bên trong lớn
Mục đích của ram: - giảm ứng suất,
điều chỉnh cơ tính cho phù hợp với điều kiện làm việc.
5.1.2.Định nghĩa: là nung nóng thép đã tôi đến các nhiệt độ thấp hơn Ac1, để M và γ dư
phân hóa thành các tổ chức có cơ tính phù hợp với điều kiện làm việc quy định.
5.2. Các phương pháp ram thép cacbon:
5.2.1.Ram thấp (150 ÷ 250oC): tổ chức đạt được là M ram, độ cứng cao, tính dẻo,
dai tốt hơn, áp dụng cho dụng cụ, các chi tiết cần độ cứng và tính chống mài mòn cao như:
dao cắt, khuôn dập nguội, bánh răng, chi tiết thấm cacbon, ổ lăn, trục, chốt...

23


5.2.2. Ram trung bình (300 ÷ 450oC): tổ chức đạt được là T ram.
Sau khi ram trung bình độ cứng giảm đi rõ rệt, nhưng vẫn còn khá cao, giới hạn đàn hồi
max, áp dụng cho chi tiết máy, dụng cụ cần độ cứng tương đối cao và đàn hồi như
khuôn dập nóng, khuôn rèn, lòxo, nhíp...

5.2.3. Ram cao (500 ÷ 650oC): tổ chức đạt được là X ram.
* Cơ tính tổng hợp cao nhất, nhiệt luyện hoá tốt
So sáng cơ tính của thép sau ram cao với các dạng nhiệt luyện khác bảng 4.2.

24


* áp dụng cho các chi tiết máy cần giới hạn bền, đặc biệt là giới hạn chảy và độ dai va
đập cao như các loại trục, bánh răng làm bằng thép chứa 0,30 ÷ 050%C, đạt độ bóng
cao khi gia công.
* Giới hạn nhiệt độ phân chia các loại ram trên chỉ là tương đối,
chỉ phù hợp cho thép cacbon và với thời gian giữ nhiệt khoảng 1h.

Ngoài ba phương pháp ram trên còn phải phân biệt ram màu và tự ram.
Bảng 2. Cơ tính của thép có 0,45%C ở các dạng nhiệt luyện khác nhau
Dạng nhiệt luyện

Cơ tí nh
sb,

s0,2,

MPa

MPa

0
ủ 840 C

530

280

0
Thường hóa 850 C

650

0
0
Tôi 850 C + ram 200 C
Tôi 8500C + ram 6500C

d, %

y, %

aK,

32,5

50

kJ/m2
900

320

15

40

500

1100

720

8

12

300

720

450

22

55

1400

5.2.4. Ram màu và tôi tự ram:
Ram ở 200 ÷ 350oC, trên mặt thép xuất hiện lớp ôxit mỏng với chiều dày khác nhau có

25