Xử lý nhiệt thép công cụ: Hướng dẫn quy trình

Thép công cụ là vật liệu thiết yếu trong sản xuất, được biết đến với độ cứng, khả năng chống mài mòn và khả năng chịu được môi trường có ứng suất cao. Từ dụng cụ cắt đến máy móc công nghiệp, hiệu suất của nó phụ thuộc vào một quy trình quan trọng: xử lý nhiệt.

Tại SteelPro Group, chúng tôi cung cấp thép công cụ ở cả trạng thái ủ và đã tôi trước. Các chuyên gia của chúng tôi cũng có thể cung cấp lời khuyên xử lý nhiệt chi tiết để đảm bảo độ cứng, độ dẻo dai và độ bền tối ưu.

Xử lý nhiệt thép công cụ

Xử lý nhiệt là một quy trình thiết yếu liên quan đến việc nung nóng và làm nguội hợp kim để đạt được các đặc tính cơ học mong muốn. Quy trình này đối với thép công cụ thường bao gồm một số bước chính: ủ, nung nóng trước, austenit hóa, làm nguội và ram.

Làm thế nào để xử lý nhiệt thép công cụ?

• Rèn thường được thực hiện trên thép công cụ trước khi xử lý nhiệt. Quá trình này căn chỉnh cấu trúc hạt, giảm ứng suất bên trong và đảm bảo tính đồng nhất, mang lại hiệu suất tốt hơn sau khi xử lý nhiệt.

Ủ — Làm mềm thép công cụ

Quá trình:

1. Nung nóng thép đến nhiệt độ cụ thể, thường là từ 700°C đến 900°C, tùy thuộc vào loại thép. 
2. Thép được duy trì ở nhiệt độ này trong một thời gian để có thể chuyển đổi hoàn toàn. 
3. Cuối cùng, thép được làm nguội dần, thường là ngay trong lò, để tránh sốc nhiệt và đạt được hiệu quả làm mềm mong muốn.

Bằng cách giảm độ cứng và độ giòn, quá trình ủ giúp thép dễ gia công hoặc tạo hình hơn. Nó cũng giúp đạt được sự đồng đều trong cấu trúc vi mô, điều này rất cần thiết cho quá trình xử lý nhiệt tiếp theo.

Làm cứng — Tăng cường độ bền và khả năng chống mài mòn

1. Làm nóng trước

Làm nóng trước không phải là một phần của phản ứng làm cứng thực tế nhưng có tác dụng giảm thiểu sốc nhiệt, giảm nguy cơ biến dạng, cong vênh hoặc nứt. Các công cụ phức tạp và thép tốc độ cao thường được làm nóng trước theo hai bước.

2. Austenit hóa

Làm nóng thép công cụ đến nhiệt độ austenit hóa từ 760°C đến 1300°C (1400°F đến 2400°F). Nhiệt độ mục tiêu thay đổi tùy thuộc vào loại thép công cụ.

Việc đạt được nhiệt độ austenit hóa chính xác là rất quan trọng. Bởi vì nhiệt độ quá thấp sẽ dẫn đến sự chuyển đổi không hoàn toàn thành austenit, trong khi nhiệt độ quá cao có thể dẫn đến sự phát triển của hạt, làm giảm độ dẻo dai của vật liệu.

3. Làm nguội

Sau khi austenit hóa, thép được làm nguội nhanh trong môi trường làm nguội—thường là dầu, nước hoặc không khí. Tốc độ làm mát phải được kiểm soát cẩn thận, vì làm nguội không đủ có thể dẫn đến biến đổi hoặc cong vênh không hoàn toàn. 

• Làm nguội dầu

Làm nguội bằng dầu bao gồm việc nhúng thép đã đun nóng vào dầu để làm nguội nhanh với tốc độ vừa phải. Phương pháp này thường được sử dụng cho thép công cụ để giảm thiểu biến dạng và nứt, vì dầu nguội chậm hơn nước, tạo ra quá trình đông đặc được kiểm soát tốt hơn.

• Làm nguội bằng nước

Làm nguội bằng nước làm nguội thép nhanh hơn nhiều so với dầu, làm cho nó phù hợp với các loại thép có thể chịu được quá trình làm nguội nhanh. Nó có độ cứng cao nhưng làm tăng nguy cơ nứt hoặc cong vênh do tốc độ làm nguội mạnh hơn.

• Làm nguội bằng không khí

Làm nguội bằng không khí là phương pháp làm nguội chậm hơn, trong đó thép được làm nguội trong không khí xung quanh hoặc không khí cưỡng bức. Quy trình này được sử dụng cho các hợp kim được thiết kế cho mục đích này, như một số loại thép tốc độ cao, cần làm nguội chậm hơn để tránh biến dạng trong khi vẫn đạt được độ cứng tối ưu.

Làm nguội — Giảm độ giòn và cải thiện độ dai

Quá trình:

1. Làm nóng lại thép đã tôi đến nhiệt độ cụ thể, thường là từ 150°C đến 700°C (300°F đến 1300°F).
2. Giữ ở nhiệt độ mục tiêu trong một khoảng thời gian cụ thể, có thể từ 30 phút đến vài giờ.
3. Làm nguội thép ở tốc độ được kiểm soát, thường là trong không khí hoặc dầu, để đạt được các tính chất cơ học mong muốn.

Nhiệt độ tôi luyện ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất cơ học cuối cùng của thép. Nhiệt độ tôi luyện thấp hơn làm cho vật liệu cứng hơn nhưng kém dẻo dai hơn, trong khi nhiệt độ cao hơn làm cho vật liệu dẻo dai hơn, mặc dù hơi mềm hơn.

Những cân nhắc khi xử lý nhiệt thép công cụ

Bảo vệ bề mặt trong quá trình austenitizing

Tiếp xúc với oxy trong quá trình austenit hóa có thể gây ra tỉ lệ Và khử cacbon, dẫn đến mất độ cứng vĩnh viễn ở bề mặt dụng cụ. Để tránh những vấn đề này, điều quan trọng là phải cung cấp bảo vệ bề mặt. 

Các phương pháp phổ biến bao gồm sử dụng lò chân không, lò nung có kiểm soát khí quyển, hoặc lò tắm muối trung tính. Một lựa chọn khác là bọc thép công cụ trong lá thép không gỉ để giảm thiểu sự tiếp xúc với oxy.

Thay đổi kích thước trong quá trình xử lý nhiệt

Xử lý nhiệt chắc chắn gây ra những thay đổi về kích thước trong thép công cụ do những thay đổi trong cấu trúc vi mô của chúng. Hầu hết các loại thép công cụ đều trải qua quá trình tăng trưởng từ 0,0005 đến 0,002 inch trên một inch chiều dài ban đầu của chúng trong suốt quá trình. 

Austenit còn lại

Trong quá trình tôi, quá trình chuyển đổi austenite thành martensite có thể không hoàn tất. Ví dụ, thép công cụ D2 có thể giữ lại hơn 20% austenite sau khi tôi. Điều này có thể gây ra ứng suất bên trong hoặc biến dạng. Để giải quyết vấn đề này, các kỹ thuật như xử lý nhiệt độ thấp có thể được sử dụng để chuyển đổi austenite còn lại thành martensite ổn định.

Xử lý nhiệt độ thấp, còn được gọi là xử lý dưới 0 hoặc xử lý đông lạnh, được sử dụng để cải thiện các đặc tính của thép công cụ. Quá trình này làm nguội thép xuống nhiệt độ rất thấp, thường là dưới -70°C (-94°F). Nó giúp giảm austenit còn sót lại, làm cho thép cứng hơn, chống mài mòn tốt hơn và ổn định hơn theo thời gian.

Xử lý nhiệt làm thay đổi cấu trúc vi mô của thép công cụ như thế nào?

Xử lý nhiệt hoạt động bằng cách thay đổi cấu trúc vi mô của thép công cụ ở cấp độ nguyên tử. Trong quá trình này, nó tạo ra các pha như austenite và martensite giúp tăng cường hiệu suất của nó trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Austenit hóa

Khi thép công cụ được nung nóng đến nhiệt độ austenit hóa, thép chuyển đổi cấu trúc tinh thể ban đầu (ferit hoặc perlit) thành austenit. Trong giai đoạn này, các nguyên tử cacbon hòa tan vào sắt, cho phép thép đạt được độ cứng cao hơn khi làm mát.

Sự hình thành Martensit

Khi làm nguội nhanh (làm nguội nhanh), austenit chuyển thành mactensit. Quá trình làm mát ngăn không cho cacbon khuếch tán ra ngoài, khiến các nguyên tử sắt sắp xếp theo cấu trúc tứ giác tâm khối (BCT), cứng và bền hơn nhiều so với austenit.

Pha martensitic làm tăng đáng kể độ cứng và khả năng chống mài mòn, khiến thép phù hợp cho các công cụ cắt và ứng dụng chịu ứng suất cao.

Tinh chế Martensit

Trong quá trình tôi luyện, thép được nung nóng trở lại ở nhiệt độ thấp hơn. Nó cho phép một số nguyên tử carbon kết tủa ra ngoài và ổn định cấu trúc. Quy trình này giảm thiểu các ứng suất bên trong, làm cho thép ít giòn hơn trong khi vẫn duy trì được nhiều độ dẻo dai và độ bền của nó.

Giải pháp thép công cụ với các tùy chọn ủ và làm cứng trước

Tại SteelPro Group, chúng tôi cung cấp chất lượng cao Ngày 2, H13, Và Thép dụng cụ T1 tấm, thanh và thanh ở cả trạng thái ủ và trạng thái tôi trước. Đội ngũ chuyên gia của chúng tôi sẵn sàng cung cấp hướng dẫn chuyên nghiệp để đáp ứng nhu cầu cụ thể của dự án của bạn, đảm bảo lựa chọn vật liệu và hiệu suất tối ưu.