Xử lý nhiệt hay còn gọi là nhiệt luyện kim loại là một quá trình xử lý nhiệt phổ biến trong ngành công nghiệp sản xuất kim loại, đóng vai trò quan trọng trong ngành cơ khí chế tạo. Nó được sử dụng để cải thiện tính chất của kim loại bằng cách sử dụng nhiệt độ và thời gian để thay đổi cấu trúc và tính chất của kim loại. Từ đó giúp cho việc gia công cơ khí được theo ý muốn của khách hàng.
Vậy cụ thể xử lý nhiệt là gì? Có những phương pháp nhiệt luyện nào phổ biến hiện nay. Bạn đọc cùng VNJ Precision tìm hiểu trong bài viết này nhé !
Xử lý nhiệt trong gia công cơ khí là gì?
Xử lý nhiệt là một phương pháp tác động nhiệt độ lên vật chất nhằm làm thay đổi vi cấu trúc chất rắn, đôi khi tác động làm thay đổi thành phần hóa học, đặc tính của vật liệu. Bản chất của nhiệt luyện kim loại là làm thay đổi tính chất thông qua biến đổi tổ chức của vật liệu.
Nói một cách phổ thông, xử lý nhiệt là quá trình sử dụng nhiệt độ làm tăng độ cứng của kim loai, và ngược lại, tức là nếu kim loại được xử lý quá cao, thì có thể ủ nhiệt để hạ độ cứng của vật liệu. Đơn vị đo độ cứng là HRc.
Một quy trình nhiệt luyện bao gồm 3 giai đoạn sau:
Nung nóng vật liệu kim loại: Vật liệu kim loại, thép được nung nóng đến một độ cao phù hợp tùy thuộc vào vật liệu kim loại.
Giữ nhiệt độ: Sau quá trình nung nóng, vật liệu kim loại, vật liệu thép sẽ được giữ nhiệt độ ở 1 khoảng thời gian xác định để cho các phân tử vật liệu biến đổi theo ý muốn.
Làm nguội: Sau khi giữ nhiệt độ trong khoảng thời gian xác định chúng ta tiến hành làm nguội vật liệu, Tùy vào mỗi phương pháp nhiệt luyện chúng ta chọn một phương án làm nguội khác nhau. Có thể sử dụng nước hay là hóa chất để làm nguội vật liệu, tùy thuộc hoàn toàn vào cơ tính của mỗi loại sắt thép để chọn phương án làm nguội hiệu quả.
Để làm thay đổi mạnh hơn nữa các tính chất của kim loại và hợp kim, người ta còn kết hợp đồng thời các tác dụng của biến dạng dẻo và nhiệt luyện hay tác dụng hoá học và nhiệt luyện. Như vậy Nhiệt luyện (nói chung) bao gồm ba loại: Nhiệt luyện đơn giản, Cơ nhiệt luyện, Hoá nhiệt luyện.
Tác dụng của việc xử lý nhiệt
Giúp tăng độ cứng của kim loại
Xử lý nhiệt là một trong những phương pháp giúp tăng độ cứng của kim loại hiệu quả nhất. Bằng cách sử dụng nhiệt độ cao và thời gian thích hợp, cấu trúc của kim loại có thể được thay đổi để tăng độ cứng và tăng sức bền vật liệu.
Giúp tăng tính đàn hồi của kim loại
Khi kim loại được làm nóng đến một nhiệt độ nhất định, nó sẽ trở nên dẻo dai hơn, điều này cũng làm cho nó có thể chịu được tải trọng lớn hơn. Vì thế, có thể nói quá trình xử lý nhiệt cũng có thể cải thiện tính đàn hồi của kim loại.
Giúp tăng tính dẫn điện và dẫn nhiệt cho kim loại
Bằng cách thay đổi cấu trúc của kim loại, các electron có thể di chuyển dễ dàng hơn. Quá trình xử lý nhiệt có thể cải thiện tính dẫn điện và dẫn nhiệt của kim loại.
Giúp tăng độ bền cho kim loại
Bằng cách thay đổi cấu trúc của kim loại, khiến kim loại trở nên khó bị mài mòn hơn và có thể chịu được tải trọng lớn hơn, quá trình xử lý nhiệt đã giúp tăng độ bền của kim loại.
Giúp tăng tính ổn định cho kim loại
Khi kim loại được nung ở nhiệt độ cao, các phân tử sẽ di chuyển và tổ chức lại, điều này làm cho kim loại trở nên ổn định hơn và ít bị biến dạng trong quá trình sử dụng.
Các phương pháp xử lý nhiệt kim loại hiệu quả
Quá trình xử lý nhiệt diễn ra với nhiều bước khác nhau, đồng thời cũng có nhiều phương pháp nhiệt luyện khác nhau phù hợp với từng loại kim loại khác nhau. Hoặc trong cùng một trình, có thể áp dụng nhiều phương pháp xử lý nhiệt kim loại để đảm bảo hiệu quả cho sản phẩm.
Xử lý nhiệt gia nhiệt kết hợp ủ
Hiện nay, phương pháp gia nhiệt và ủ cho kim loại là phương pháp được đánh giá cao bởi tính hiệu quả. Thay vì chỉ nung nóng và làm lạnh đột ngột kim loại thì sau quá trình gia nhiệt, vật liệu còn được ủ.
Mặc dù phương pháp này làm độ cứng của kim loại giảm xuống tuy nhiên bù lại thì kim loại có độ bền cao hơn, cùng với đó là độ dẻo dai, tính chất cơ học được cải thiện giúp cho kim loại, đặc biệt là thép có được độ dẻo và độ cứng như mong muốn.
Xử lý nhiệt chân không
Xử lý nhiệt chân không hay còn gọi nhiệt luyện chân không, gia nhiệt chân không…là quá trình sử dụng các lò xử lý nhiệt ở trạng thái chân không để nung nóng kim loại.
Sau đó, sẽ dùng khí Ni tơ để làm lạnh cho kim loại. Tác dụng của phương pháp này đó chính là giúp kim loại đạt được độ cứng nhanh chóng.
Xử lý nhiệt kết tụ làm cứng
Phương pháp xử lý nhiệt bằng cách kết tụ hay chiết suất làm cứng thường được sử dụng trong việc xử lý nhiệt cho vật liệu làm bằng inox. Từ đó giúp cho inox trở lên cứng cáp hơn. Điểm nổi bật của phương pháp này là làm tan chảy, sau đó hòa trộn nguyên tố carbon vào trong vật liệu. Giúp inox đạt được độ cứng và tính chất cơ khí như mong muốn.
Xử lý nhiệt bề mặt
Phương pháp này cũng giống với đa số các phương pháp nhiệt luyện kim loại khác. Gia nhiệt bề mặt hay nhiệt luyện bề mặt là cách xử lý nhiệt cho kim loại dưới tác dụng của dòng điện môi khiến cho bề mặt vật liệu kim loại được làm nóng liên tục, sau đó làm lạnh đột ngột giúp tăng độ cứng cáp hiệu quả, chiều sâu tăng độ cứng khoảng từ 0.5 đến 2.0 mm.
Điều này áp dụng khi một chi tiết kim loại chỉ cần tôi cao tần lớp bề mặt, hay một phần của chi tiết đó mà thôi.
Xử lý nhiệt giảm căng thẳng
Mục đích của phương pháp này là dùng để loại bỏ các căng thẳng còn lại, thép nóng đến nhiệt độ dưới nhiệt độ tới hạn (thường là 500 ~ 650 ℃) sau khi bảo quản nhiệt, sẽ được làm nguội trong lò. Khử áp lực không làm thay đổi cấu trúc kim loại.
Xử lý nhiệt thấm ni tơ
Đây là phương pháp xử lý nhiệt kim loại sử dụng chất Ni tơ ở dạng lỏng hoặc dạng khí để tẩm vào bề mặt kim loại trong quá trình luyện kim hay gia công cơ khí với điều kiện nhiệt độ khoảng từ 500 đến 600 độ C.
Xử lý nhiệt Carbon
Phương pháp này khác với phương pháp gia nhiệt bằng Ni tơ. Quá trình nhiệt luyện cho kim loại sẽ lại được thực hiện trong điều kiện bầu không khí có thấm carbon. Khiến cho carbon thẩm thấu vào bề mặt vật liệu giúp vật liệu kim loại trở lên cứng hơn. Quá trình này thường được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ khoảng 150 đến 200 độ C.
Xử lý nhiệt thể tích
Một phương pháp nhiệt luyện kim loại khác được ứng dụng phổ biến, đó là nhiệt luyện thể tích hay gia nhiệt thể tích. Đặc biệt, trong việc xử lý nhiệt cho vật liệu thép. Thép sau khi đun nóng đến nhiệt độ nhất định được làm lạnh đột ngột. Để thay đổi trạng thái cố định carbon bên trong thành phần của thép.
Điều này giúp cho các sản phẩm làm từ thép hoặc các kim loại khác gia tăng độ cứng. Tránh bị bào mòn trong quá trình sử dụng.
Xử lý nhiệt tôi cao tần
Xử lý nhiệt tôi cao tần là quá trình làm giảm độ cứng dư thừa, giảm độ giòn gây ra trong quá trình làm cứng. Những căng thẳng bên trong cũng được giải toả. Từ đó có thể tạo ra một kim loại phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau. Nhiệt độ càng cao, phôi càng mềm hơn, kim loại sẽ dần nguội đi trong không khí tĩnh.
Những kim loại phổ biến phù hợp xử lý nhiệt
Các kim loại màu, kim loại đen như: thép, magiê, nhôm, niken, titan, đồng thau, hợp kim đồng, gang và nhiều hợp kim khác…đều có thể xử lý nhiệt.
Xử lý nhiệt cho thép
Thép là kim loại màu được xử lý nhiệt nhiều. Việc điều chỉnh hàm lượng carbon của thép là quá trình xử lý nhiệt đơn giản nhất của thép. Bằng quá trình xử lý nhiệt sẽ giúp thay đổi cơ tính của thép.
Phương pháp xử lý nhiệt thường được sử dụng cho thép bao gồm: ủ, làm nguội, ủ, thấm cacbon, làm cứng, thấm nitơ, khử cacbon…Tuy nhiên, không phải mọi loại thép đều phải trải qua tất cả các quá trình xử lý nhiệt.
Xử lý nhiệt thép không gỉ
Một kim loại có thể xử lý nhiệt khác là thép không gỉ hay vật liệu inox. Đối với thép không gỉ, chúng thường được xử lý dựa trên loại hoặc loại hợp kim. Các phương pháp xử lý nhiệt bao gồm làm cứng, giảm ứng suất và ủ giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn và tính dẻo của thép không gỉ trong quá trình chế tạo. Nó cũng giúp tạo ra một cấu trúc cứng có thể chống mài mòn và ứng suất cơ học cao.
Việc xử lý nhiệt thép không gỉ hầu hết được thực hiện trong các điều kiện được kiểm soát để ngăn chặn quá trình khử cacbon, cacbon hóa và đóng cặn trên bề mặt thép không gỉ. Các phương pháp xử lý nhiệt thép không gỉ thường được sử dụng bao gồm ủ (ủ nhiệt, ủ quy trình và ủ ổn định), làm cứng, giảm căng thẳng…
Xử lý nhiệt cho Nhôm
Xử lý nhiệt vật liệu nhôm giúp tăng cường và làm cứng một tập hợp con cụ thể của hợp kim nhôm. Điều này bao gồm các hợp kim rèn và đúc có khả năng làm cứng kết tủa.
Xử lý nhiệt cho Titan
Titan và các hợp kim của nó trải qua quá trình xử lý nhiệt để giảm ứng suất dư sinh ra trong quá trình chế tạo (giảm ứng suất). Bên cạnh đó, nó dẫn đến việc sản xuất một sự kết hợp tối ưu giữa độ ổn định kích thước và khả năng gia công (Ủ).
Xử lý nhiệt cho Đồng
Đồng là kim loại có màu sắc dễ chịu, nhưng các tính năng quan trọng nhất của đồng là tính dẫn nhiệt và điện cao, độ bền, khả năng gia công, khả năng chống ăn mòn tốt, không nhiễm từ và dễ chế tạo. Các phương pháp xử lý nhiệt được sử dụng phổ biến nhất cho đồng bao gồm đồng nhất hóa, giảm căng thẳng, ủ, làm cứng kết tủa…
Tóm lại, xử lý nhiệt chính là một quy trình sử dụng các kỹ thuật làm nóng và làm mát một cách có kiểm soát để thay đổi tính chất vật lý của kim loại nhằm cải thiện kim loại theo mong muốn. Kết quả là, những kim loại sau khi được xử lý nhiệt có khả năng được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.
Trên thị trường, có rất nhiều loại vật liệu khác nhau, nên phương pháp nhiệt luyện cũng khác nhàu và còn tùy thuộc theo mục đích của từng loại. Các kim loại được tạo ra từ quá trình nhiệt luyện cũng được ứng dụng rộng rãi trong việc chế tạo máy như khuôn mẫu, trục xi lanh, bánh răng….Quý khách có nhu cầu tìm hiểu, tư vấn về các phương pháp xử lý nhiệt kim loại vui lòng liên hệ với công ty gia công cơ khí chính xác VNJ Precision để được tư vấn ngay nhé !
