4 phương pháp nhiệt luyện trong gia công cơ khí

Nhiệt luyện trong gia công cơ khí là công nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt tại đó trong một thời gian thích hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ quy định là để làm thay đổi tổ chức, do đó nhận được cơ tính và tính chất khác theo ý muốn. Tìm hiểu 4 phương pháp nhiệt luyện phổ biến trong gia công cơ khí gồm ủ, thường hóa, tôi và ram, cùng ứng dụng và ảnh hưởng đến gia công CNC.

1. Nhiệt luyện trong gia công cơ khí là gì?

Nhiệt luyện là quá trình xử lý vật liệu bằng cách kiểm soát nhiệt độ và chế độ làm nguội để thay đổi tổ chức bên trong vật liệu mà không làm thay đổi đáng kể hình dạng tổng thể của chi tiết.

Một quy trình nhiệt luyện thường bao gồm ba giai đoạn:

Nung nóng → giữ nhiệt → làm nguội.

Tùy theo phương pháp, tốc độ làm nguội có thể khác nhau và sử dụng các môi trường như:

• Không khí.
• Dầu.
• Nước.
• Dung dịch polymer.
• Muối nóng chảy.
• Khí bảo vệ hoặc các môi trường chuyên dụng.

Mục đích của nhiệt luyện có thể là:

• Tăng độ cứng.
• Tăng độ bền.
• Cải thiện độ dai.
• Giảm ứng suất bên trong.
• Cải thiện khả năng gia công.
• Tăng khả năng chống mài mòn.
• Ổn định kích thước.
• Chuẩn bị tổ chức vật liệu cho công đoạn tiếp theo.

2. Vì sao nhiệt luyện quan trọng trong gia công cơ khí?

Trong sản xuất cơ khí, chi tiết thường phải làm việc dưới các điều kiện như:

• Tải trọng lớn.
• Ma sát.
• Va đập.
• Nhiệt độ cao.
• Môi trường ăn mòn.
• Chu kỳ làm việc liên tục.

Nếu vật liệu không có cơ tính phù hợp, chi tiết có thể bị:

• Mài mòn nhanh.
• Biến dạng.
• Nứt.
• Gãy.
• Giảm tuổi thọ.

Nhiệt luyện giúp điều chỉnh tính chất của vật liệu theo yêu cầu sử dụng.

Ví dụ, một số chi tiết cần độ cứng cao ở bề mặt để chống mài mòn, trong khi phần lõi vẫn cần đủ độ dai để chịu tải và va đập.

Do đó, nhiệt luyện thường là một phần quan trọng trong chuỗi:

Đúc/rèn → gia công thô → nhiệt luyện → gia công tinh → xử lý bề mặt → kiểm tra.

Tùy loại sản phẩm, thứ tự các công đoạn có thể thay đổi.

 

CHIA SẺ 4 PHƯƠNG PHÁP NHIỆT LUYỆN TRONG GIA CÔNG CƠ KHÍ

Nhiệt luyện trong gia công cơ khí là công nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt tại đó trong một thời gian thích hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ quy định là để làm thay đổi tổ chức, do đó nhận được cơ tính và tính chất khác theo ý muốn.

Trong gia công cơ khí, có rất nhiều vật liệu các nhau như thép, gang, inox, nhôm .v.v.v. Và vật liệu kim loại thì có rất nhiều loại khác nhau với nhiều độ cứng khác nhau, đó là nhờ quá trình nhiệt luyện trong gia công cơ khí. Vậy trong gia công cơ khí có những phương pháp nhiệt luyện gì hãy cùng Shoptools tìm hiểu ở bài viết dưới đây.

1. Phương pháp nhiệt luyện Thường hóa

Định nghĩa: Thường hóa là phương pháp nhiệt luyện bao gồm nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn là austenit (cao hơn Ac3 hay Acm), giữ nhiệt rồi làm nguội trong không khí tĩnh để austenit phân hóa thành tổ chức gần ổn định.

 

Mục đích:

◾ Giúp thép có độ cứng cao hơn, độ dẻo thấp hơn so với ủ  để phù hợp cho gia công cắt gọt.

◾ Làm nhỏ hạt thép ( do nguội nhanh hơn ủ)

◾ Làm mất lưới XeII của thép sau cùng tích vì cơ tính rất xấu.

2. Phương pháp nhiệt luyện Tôi

Định nghĩa: Tôi thép là phương pháp nhiệt luyện nung thép đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn (Ac1) để làm xuất hiện Austenit, giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh để biến nó thành Mactenxit hay các tổ chức không ổn định khác có độ cứng cao.

Mục đích: Tăng độ bền, tăng khả năng chịu tải của chi tiết

3. Phương pháp nhiệt luyện Ram

Định nghĩa: Ram là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã qua tôi đến nhiệt độ thấp hơn Ac1 giữ nhiệt để Mactenxit và Austenit dư phân hoá thành các tổ chức có cơ tính phù hợp rồi làm nguội

Mục đích: 

◾ Làm giảm ứng suất bên trong để không gây ra nứt, cong vênh, gẫy và hư hỏng chi tiết khi làm việc

◾ Biến tổ chức Mactenxit và Austenit dư thành các tổ chức khác có cơ tính thích hợp với điều kiện làm việc của chi tiết

4. Phương pháp nhiệt luyện Ủ

Định nghĩa: Ủ thép là phương pháp nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt thời gian rồi làm nguội chậm( cùng lò) với tốc độ < 200độ/1h để đạt được tổ chức cân bằng, với độ cứng thấp nhất, độ dẻo cao nhất

 

Mục đích: 

◾ Làm giảm độ cứng của thép để phù hợp gia công cắt gọt.

◾ Làm tăng độ dẻo để dễ gia công áp lực.

◾ Khử ứng suất bên trong sau các nguyên công gia công cơ khí, đúc, hàn.

◾ Làm đồng đều về nồng độ trong thép.

◾ Làm nhỏ hạt thép.

 

Với những phương pháp trên thì vật liệu phôi sau quá trình nhiệt luyện sẽ có độ cứng khác nhau, dẫn đến sự lựa chọn về dụng cụ cắt gọt cũng khác nhau. Chính vì vậy bạn nên lựa chọ các loại dao phay, mũi koan, mũi taro... sao cho phù hợp để gia công tinh sau quá trình nhiệt luyện.

 

Các bạn cầ tư vấn về dụng cụ cắt gọt, thiết bị đo lường cơ khí xin vui lòng liên hệ gbtech.com.vn để được tư vấn và báo giá.

---

5. Phương pháp 3: Tôi thép – Hardening

Tôi là một trong những phương pháp nhiệt luyện quan trọng nhất khi cần tăng độ cứng và độ bền của thép.

Quy trình cơ bản:

Nung đến nhiệt độ thích hợp → giữ nhiệt → làm nguội nhanh trong môi trường phù hợp.

Môi trường làm nguội có thể là:

• Nước.
• Dầu.
• Dung dịch polymer.
• Khí.
• Các môi trường chuyên dụng khác.

Việc lựa chọn môi trường làm nguội phụ thuộc vào thành phần thép, kích thước chi tiết và yêu cầu cơ tính.

Mục đích của tôi

Tôi có thể giúp:

• Tăng độ cứng.
• Tăng độ bền.
• Tăng khả năng chống mài mòn.
• Tạo tổ chức phù hợp cho bước ram tiếp theo.

Tuy nhiên, nếu chỉ tôi mà không thực hiện các bước xử lý tiếp theo phù hợp, chi tiết có thể có độ giòn cao và ứng suất dư lớn.

Do đó, trong nhiều trường hợp, tôi và ram được thực hiện như một cặp công đoạn liên quan chặt chẽ với nhau.

6. Phương pháp 4: Ram – Tempering

Ram thường được thực hiện sau khi tôi nhằm điều chỉnh tổ chức và cơ tính của thép.

Sau khi tôi, vật liệu có thể đạt độ cứng cao nhưng đồng thời tồn tại ứng suất dư và có nguy cơ giòn hơn.

Ram giúp điều chỉnh trạng thái này theo yêu cầu sử dụng.

Quy trình cơ bản:

Thép sau tôi → nung lại đến nhiệt độ ram phù hợp → giữ nhiệt → làm nguội.

Nhiệt độ ram có thể thay đổi tùy theo mục tiêu về:

• Độ cứng.
• Độ bền.
• Độ dai.
• Khả năng chịu mài mòn.

Các mức ram thường được phân chia

Ram thấp

Thường nhằm duy trì độ cứng cao trong khi giảm một phần ứng suất và độ giòn.

Có thể được sử dụng cho một số dụng cụ hoặc chi tiết yêu cầu độ cứng cao.

Ram trung bình

Có thể tạo sự cân bằng giữa độ bền và độ dai.

Ram cao

Thường hướng tới sự kết hợp giữa độ bền và độ dai tốt hơn, tùy thành phần thép và chế độ xử lý.

Trong kỹ thuật cơ khí, lựa chọn chế độ ram phải dựa trên mác thép, yêu cầu cơ tính và điều kiện làm việc của chi tiết.

7. So sánh 4 phương pháp nhiệt luyện phổ biến

Phương pháp	Đặc điểm chính	Mục đích phổ biến
Ủ	Làm nguội chậm	Giảm độ cứng, cải thiện khả năng gia công
Thường hóa	Làm nguội trong không khí	Đồng đều tổ chức, cải thiện cơ tính
Tôi	Làm nguội nhanh	Tăng độ cứng, độ bền
Ram	Thực hiện thường sau tôi	Điều chỉnh độ cứng, giảm giòn và ứng suất

Bảng trên mang tính khái quát. Chế độ nhiệt luyện thực tế phải được xác định theo thành phần vật liệu và yêu cầu kỹ thuật.

8. Nhiệt luyện ảnh hưởng thế nào đến gia công CNC?

Nhiệt luyện có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình gia công cơ khí.

Sau nhiệt luyện, độ cứng vật liệu có thể thay đổi đáng kể. Điều này kéo theo sự thay đổi về:

• Lực cắt.
• Tuổi thọ dao.
• Tốc độ cắt.
• Lượng chạy dao.
• Khả năng thoát phoi.
• Chất lượng bề mặt.

Ví dụ, thép sau tôi có độ cứng cao sẽ khó gia công hơn trạng thái trước nhiệt luyện.

Trong trường hợp này, doanh nghiệp có thể cần sử dụng:

• Dao carbide chuyên dụng.
• Dao phủ.
• CBN trong những ứng dụng phù hợp.
• Máy CNC có độ cứng vững cao.
• Thông số cắt phù hợp.

9. Nhiệt luyện đối với gia công khuôn mẫu

Nhiệt luyện có vai trò đặc biệt quan trọng trong gia công khuôn mẫu.

Khuôn thường phải chịu:

• Áp lực cao.
• Ma sát.
• Chu kỳ làm việc lớn.
• Mài mòn.
• Nhiệt độ thay đổi.

Do đó, thép khuôn có thể được nhiệt luyện để đạt cơ tính phù hợp với điều kiện làm việc.

Sau khi nhiệt luyện, công đoạn gia công tinh có thể cần sử dụng:

• Dao carbide chuyên dụng.
• Dao phay cầu.
• Dao có lớp phủ phù hợp.
• CBN trong một số trường hợp.

Đồng thời cần kiểm soát rung động và độ cứng vững của hệ thống CNC.

10. Nhiệt luyện và gia công thép dụng cụ

Thép dụng cụ được sử dụng để chế tạo:

• Dao cắt.
• Khuôn dập.
• Khuôn ép.
• Chày.
• Cối.
• Dụng cụ gia công.

Những chi tiết này thường cần độ cứng và khả năng chống mài mòn cao.

Quy trình nhiệt luyện phù hợp giúp tạo ra sự cân bằng giữa:

Độ cứng + độ bền + độ dai + khả năng chống mài mòn.

Nếu xử lý không đúng, chi tiết có thể bị:

• Cong vênh.
• Nứt.
• Biến dạng.
• Sai kích thước.
• Thay đổi cơ tính không đạt yêu cầu.

11. Những vấn đề có thể xảy ra sau nhiệt luyện

Mặc dù nhiệt luyện mang lại nhiều lợi ích, quá trình này cũng có thể gây ra một số biến đổi cần kiểm soát.

Biến dạng

Chênh lệch nhiệt độ hoặc tốc độ làm nguội không đồng đều có thể gây biến dạng.

Nứt

Nếu ứng suất nhiệt hoặc ứng suất tổ chức quá lớn, chi tiết có thể bị nứt.

Thay đổi kích thước

Một số vật liệu có thể thay đổi kích thước sau nhiệt luyện.

Ứng suất dư

Ứng suất dư có thể ảnh hưởng đến độ ổn định kích thước của chi tiết.

Do đó, với các chi tiết yêu cầu độ chính xác cao, cần tính đến biến đổi sau nhiệt luyện trong quá trình thiết kế và gia công.

12. Nhiệt luyện kết hợp với gia công chính xác

Trong sản xuất hiện đại, nhiệt luyện thường không được xem là một công đoạn độc lập mà được tích hợp vào toàn bộ quy trình sản xuất.

Một quy trình có thể được xây dựng theo hướng:

Phôi → gia công thô → nhiệt luyện → gia công bán tinh → gia công tinh → đo kiểm.

Việc để lại lượng dư phù hợp trước nhiệt luyện giúp bù trừ cho những thay đổi kích thước có thể xảy ra.

Tùy loại chi tiết, một số công đoạn mài hoặc gia công tinh khác có thể được thực hiện sau nhiệt luyện để đạt kích thước cuối cùng.

13. Những yếu tố quyết định chất lượng nhiệt luyện

Để đạt kết quả ổn định, cần kiểm soát nhiều yếu tố:

Thành phần vật liệu

Mác thép và thành phần hóa học quyết định đáng kể đến khả năng nhiệt luyện.

Nhiệt độ

Nhiệt độ nung phải phù hợp với vật liệu và mục tiêu xử lý.

Thời gian giữ nhiệt

Cần đảm bảo chi tiết đạt trạng thái nhiệt cần thiết.

Tốc độ làm nguội

Có ảnh hưởng trực tiếp đến tổ chức và cơ tính.

Môi trường nhiệt luyện

Nước, dầu, polymer, không khí hoặc khí bảo vệ có thể cho kết quả khác nhau.

Kích thước và hình dạng chi tiết

Chi tiết càng phức tạp càng cần chú ý đến sự phân bố nhiệt và nguy cơ biến dạng.

14. Công nghệ nhiệt luyện hiện đại

Bên cạnh bốn phương pháp cơ bản, ngành cơ khí hiện đại còn phát triển nhiều phương pháp xử lý chuyên sâu như:

• Nhiệt luyện chân không.
• Tôi cao tần.
• Thấm cacbon.
• Thấm nitơ.
• Carbonitriding.
• Nhiệt luyện trong khí bảo vệ.
• Tôi laser.
• Xử lý nhiệt kết hợp hóa nhiệt.

Các phương pháp này được lựa chọn tùy vào vật liệu và yêu cầu của sản phẩm.

Ví dụ, tôi cao tần có thể được sử dụng để xử lý nhanh một vùng bề mặt, trong khi lõi chi tiết vẫn giữ được độ dai tương đối.

Thấm nitơ có thể được sử dụng để cải thiện độ cứng bề mặt và khả năng chống mài mòn trong những ứng dụng phù hợp.

Do đó, khi nói đến “công nghệ mới” trong nhiệt luyện, cần phân biệt giữa bốn phương pháp nhiệt luyện cơ bản và các công nghệ xử lý nhiệt – hóa nhiệt chuyên sâu.

15. GBTECH và dụng cụ phục vụ gia công cơ khí chính xác

Sau nhiệt luyện, nhiều chi tiết có thể yêu cầu gia công tinh bằng máy CNC để đạt kích thước và chất lượng bề mặt theo thiết kế.

GBTECH cung cấp các nhóm dụng cụ cắt gọt và phụ kiện CNC phục vụ ngành gia công cơ khí, bao gồm:

• Dao phay CNC.
• Dao phay ngón.
• Dao phay cầu.
• Dao phay gắn mảnh.
• Mảnh Insert.
• Bầu kẹp dao.
• Collet.
• Chìa mở.
• Cán nối.
• Chuôi rút.
• Ê tô máy phay CNC.
• Bàn từ.
• Các dụng cụ và phụ kiện hỗ trợ gia công.

Đối với chi tiết đã qua nhiệt luyện, việc lựa chọn dao cần dựa trên độ cứng vật liệu, nguyên công, kích thước dao, máy CNC và yêu cầu bề mặt.

 

---