09/2010
1
Chương 4. Nhiệt luyện thép
Chương 3. Hợp kim và giản đồ pha
4.1 Khái niệm về nhiệt luyện thép
4.2 Các tổ chức đạt được khi nung nóng
và làm nguội thép
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.4. Hóa bền vật liệu kim loại
09/2010
2
4.1 Khái niệm về nhiệt luyện thép
4.1.1 Sơ đồ nhiệt luyện thép
a) Định nghĩa: Nhiệt luyện thép là nung nóng thép đến nhiệt độ xác
định, giữ nhiệt và làm nguội với tốc độ thích hợp để thay đổi tổ chức
→ biến đổi tính chất theo yêu cầu
Đặc điểm:
- Không làm nóng chảy, biến dạng chi tiết
- Đánh giá bằng kết quả biến đổi tổ chức tế
vi và cơ tính
b) Các yếu tố đặc trưng
- Các thông số chính:
+Nhiệt độ nung, T
+Thời gian giữ nhiệt, τ
gn
+Tốc độ nguội, V
ng
- Các chỉ tiêu đánh giá kết quả
+Tổ chức tế vi (cấu tạo pha,
chiều sâu lớp hóa bền…)
+ Độ cứng, độ bền, độ dẻo, độ dai

: chuyển biến P →γ
[Fe
α
+ Xe]
0,8%C
→ Fe
γ
(C)
0,8%C
- Trên đường GSE: tổ chức một pha γ
Đặc điểm chuyển biến P →γ
-V
nung
lớn : T
nung
cao
-T
nung
cao: τ
cb
ngắn
-V
2
> V
1
: T bắt đầu và kết thúc
chuyển biến cao hơn, thời gian
chuyển biến ngắn hơn
4.2 Các tổ chức đạt được khi nung nóng và làm nguội
4.2.1 Chuyển biến khi nung nóng – sự tạo thành austenit

Giản đồ T-T-T của thép cùng tích
[1]: aunstenit ổn định, [2]: austenit quá nguội
[3]: austenit đang chuyển biến
[4]: Hỗn hợp F+Xe, [5]: mactenxit + γ
dư
- Chuyển biến đẳng nhiệt austenit quá nguội:
+ T = 700
0
C: Peclit, 10-15HRC
+ T = 650
0
C: Xoocbit, 25-35HRC
+ T = 500-600
0
C: Trôxtit, 40HRC
+ T = 250-450
0
C: Bainit, 50-55HRC
- Đặc điểm:
+ P, X, T, B có bản chất giống nhau là hỗn hợp
cơ học cùng tích của ferit và xemantit tấm: độ
quá nguội tăng, số lượng mầm tăng, tấm càng
nhỏ mịn, độ cứng càng cao
+Nguội đẳng nhiệt nhận được
tổ chức đồng đều trên toàn
bộ tiết diện
09/2010
5
4.2 Các tổ chức đạt được khi nung nóng và làm nguội
4.2.3 Các chuyển biến xảy ra khi nguội chậm austenit

) tổ
chức cuối vẫn nhận được xoocbit,
trôxtit, bainit
09/2010
6
4.2 Các tổ chức đạt được khi nung nóng và làm nguội
4.2.4 Chuyển biến (CB) xảy ra khi nhanh austenit-CB M
V > V
th
: γ→M
a) Bản chất của mactenxit
- Dung dịch rắn quá bão hòa C trong Fe
α
-Kiểu mạng chính phương tâm khối, c/a =
1,002-1,06
-Xô lệch mạng lớn nên M có độ cứng cao
b) Đặc điểm chuyển biến M:
-Xảy ra khi nguội nhanh và liên tục austenit, V
> V
th
-Chuyển biến không khuếch tán
-Chỉ xảy ra trong khoảng nhiệt độ bắt đầu M
đ
và kết thúc M
f
-Chuyển biến xảy ra không hoàn toàn
4.2 Các tổ chức đạt được khi nung nóng và làm nguội
4.2.4 Chuyển biến (CB) xảy ra khi nhanh austenit-CB M
c) Cơ tính mactenxit
- Độ cứng: %C tăng, độ cứng tăng

- 80 < T < 200
0
C: M tiết ra cacbit ε Fe
2,0-2,4
C; γ
dư
chưa chuyển biến
-Tổ chức nhận được M
ram
+ γ
dư
])([)(
4,20,24,025,08,0
CFeCFeCFe
−−
+
→
αα
4.2 Các tổ chức đạt được khi nung nóng và làm nguội
4.2.5 Chuyển biến xảy ra khi nung nóng thép đã tôi (ram)
b) Các giai đoạn của chuyển biến xảy ra khi ram (thép 0,8%C đã tôi)
Giai đoạn II (200 - 260
0
C)
- Cacbon tiếp tục tiết ra từ M
- Austenit dư chuyển biến thành mactenxit ram:
-Tổ chức M
ram
có độ cứng thấp hơn M
tôi

−−
+
→
αγ
Hỗn hợp Fe
α
và Xe nhỏ mịn
phân tán: Trôxtit ram:
Tính đàn hồi lớn nhất
Không còn ứng suất dư
09/2010
8
4.2 Các tổ chức đạt được khi nung nóng và làm nguội
4.2.5 Chuyển biến xảy ra khi nung nóng thép đã tôi (ram)
b) Các giai đoạn của chuyển biến xảy ra khi ram (thép 0,8%C đã tôi)
Giai đoạn IV (> 400
0
C)
-Xảy ra quá trình kết tụ của hạt Xe
- Ở nhiệt độ 500-600
0
C tổ chức xoocbit ram: σ
đh
, a
k
lớn nhất
-Gần A
1
(727
0

- Ủ có chuyển biến pha:
+T > Ac
1
: có chuyển biến γ→P làm nhỏ hạt
+ Ủ hoàn toàn: (áp dụng cho thép trước cùng tích)
T = Ac
3
+ (20-30
0
C)
Tổ chức nhận được F + P
tấm
Mục đích: làm nhỏ hạt, giảm độ cứng (160-200HB), tăng dẻo
+ Ủ không hoàn toàn (áp dụng cho thép %C > 0,7%)
T = Ac
1
+ (20-30
0
C)
Tổ chức nhận được peclit hạt
Mục đích: giảm độ cứng (< 200HB), không áp dụng cho thép trước
cùng tích (giảm độ dai)
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.1 Nhiệt luyện sơ bộ
a) Ủ thép
Phân loại:
- Ủ có chuyển biến pha:
+ Ủ cầu hóa: dạng đặc biệt của ủ không hoàn toàn đẩy
nhanh quá trình cầu hóa Xe tạo P hạt
+ Ủ đẳng nhiệt: cho thép hợp kim cao, dù nguội chậm

4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.1 Nhiệt luyện sơ bộ
b) Thường hóa thép
Đ/n:
- Nung nóng đến trạng thái hoàn toàn austenit, giữ
nhiệt, nguội ngoài không khí tĩnh
-Tổ chức nhận được gần ổn định, độ cứng tương
đối thấp, cao hơn ủ
-Nhiệt độ: Thép TCT: T = Ac
3
+ (30-50
0
C), thép SCT
T = Ac
cm
+ (30-50
0
C)
Mục đích:
- Đạt độ cứng cho gia công cơ
(%C <0,25%)
- Làm nhỏ hạt Xe trước khi
nhiệt luyện
- Làm mất lưới XeII của thép
sau cùng tích
09/2010
11
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.2 Nhiệt luyện kết thúc
a) Tôi thép

a) Tôi thép
Tốc độ nguội tới hạn: tốc độ nguội nhỏ nhất V
th
xảy ra chuyến biến γ→M
-Tốc độ tôi tới hạn càng nhỏ càng dễ tôi thấu, đạt độ cứng cao, biến
dạng nhỏ và không bị nứt
m
m
th
TA
V
τ
−
=
1
T
m
, τ
m
nhiệt độ và thời gian ứng
với austenit kém ổn định nhất
-Các yếu tốảnh hưởng đến tốc
độ tôi tới hạn:
+ Thành phần nguyên tố hợp kim
của austenit, giảm V
th
+Sự đồng nhất của γ, giảm V
th
+ Kích thước hạt γ lớn, giảm V
th

+ Làm nguội nhanh trong một môi trường thích hợp
+Tổ chức sau tôi là M
+ Chi tiết không bị bị cong vênh
+ Kinh tế và an toàn
Tôi trong hai môi trường: Làm nguội trong hai môi trường khác nhau
+GĐ I: nguội nhanh trong môi trường tôi mạnh hơn (nước, dung dịch
muối…) đến 300-400
0
C
+GĐ II: nguội chậm trong môi trường yếu hơn (dầu, không khí…)
+ ƯĐ: ít gây biến dạng, nứt chi tiết
+NĐ: Khó xác định thời điểm chuyển tiếp
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.2 Nhiệt luyện kết thúc
a) Tôi thép
Các phương pháp tôi thể tích và công dụng
Tôi phân cấp:
+Muối nóng chảy có nhiệt độ cao hơn điểm
M
S
khoảng 50-100
0
C rồi làm nguội trong
không khí để chuyển biến M
+ ƯĐ: khắc phục được khó khăn về xác định
chuyển môi trường, đạt độ cứng cao, ứng
suất bên trong nhỏ, ít biến dạng;
+NĐ: năng suất thấp chỉ áp dụng chỉ áp
dụng cho thép có V
th

-Nhiệt độ cao: biến dạng T > A
3
-Nhiệt độ thấp: T < T
ktl
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.2 Nhiệt luyện kết thúc
b) Ram thép
K/n:
- Nguyên công bắt buộc cho thép sau tôi
- Nung nóng thép đến nhiệt độ xác định
(< Ac
1
), làm nguội ngoài không khí
Mục đích:
-Giảm hoặc khử bỏ hoàn toàn ứng suất
tránh cho thép bị giòn sau tôi
- Điều chỉnh cơ tính phù hợp với điều
kiện làm việc
Các phương pháp ram:
-Ram thấp (150-250
0
C):
+Tổ chức M ram
+ Độ cứng giảm ít so với M tôi
+ Ứng dụng cho các chi tiết cần độ cứng,
tính chống mài mòn cao
09/2010
15
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.2 Nhiệt luyện kết thúc

C
5004015320650Thường hóa 850
0
C
9005032,5280530Ủ 840
0
C
a
K
, kJ/m
2
ψ, %δ, %σ
0,2
, MPaσ
b
, MPa
Cơ tínhDạng nhiệt luyện
Thép 0,45%C ở các dạng nhiệt luyện khác nhau
09/2010
16
4.3 Các công nghệ nhiệt luyện thép
4.3.3 Các khuyết tật xảy ra do nhiệt luyện
a) Biến dạng và nứt:
- Nguyên nhân:
+ Ứng suất nhiệt khi làm nguội, nung nóng
+ Ứng suất tổ chức khi chuyển biến
-Ngăn ngừa:
+ Nung nóng và làm nguội với tốc độ hợp
lý
+ Làm nguội theo nguyên tắc: nhúng

+ Nung trong môi trường chân không 10
-2
-10
-4
mmHg
-Khắc phục: thấm lại C cho chi tiết
c) Độ cứng không đạt
- Độ cứng quá cao: khi ủ, thường hóa thép với tốc độ nguội lớn
- Độ cứng quá thấp: nhiệt độ không đạt, thời gian giữ nhiệt ngắn, làm
nguội không đủ nhanh, thoát C
d) Tính giòn cao
- Do nung quá nhiệt (hạt lớn) tính giòn cao
→ Đem thường hóa và nhiệt luyện lại
09/2010
17
4.4 Hóa bền bề mặt kim loại
4.4.1 Tôi cảm ứng
a) Nguyên lý: Chi tiết được đặt trong từ trường
biến thiên sẽ xuất hiện dòng cảm ứng nung
nóng chi tiết
b) Đặc điểm: Mật độ dòng Fuco phân bố không
đều trên tiết diện của chi tiết, chủ yếu tập trung
ở bề mặt, chiều sâu
Δ = 5030√(ρ/μf), cm; ρ: điện trở suất, μ: từ
độ, f:
tần số dòng điện
c) Tổ chức và cơ tính của thép tôi cảm ứng:
+ Thép có %C = 0,35-0,5%
+Tổ chức: Lõi có tổ chức xoocbit ram (nhiệt
luyện hóa tốt; bề mặt tổ chức M hình kim nhỏ

1/2
x = A.e
-(Q/kT)
Lớp thấm
4.4 Hóa bền bề mặt kim loại
4.4.2 Hóa nhiệt luyện
a) Thấm C
- Bão hòa C lên bề mặt thép C thấp
(0,1-0,25%C) sau đó tôi và ram thấp
- Mục đích:
+ Làm cho bề mặt có độ cứng cao
chống mài mòn, chịu mỏi tốt (60-
64HRC)
+ Lõi vẫn đảm bảo độ dẻo dai (30-
40HRC)
-Yêu cầu đối với lớp thấm:
+Bề mặt: 0,8-1,0%C, tổ chức sau
nhiệt luyện M ram và cacbit nhỏ mịn
phân tán
+ Lõi: tổ chức h
ạt nhỏ, thành phần C
như thép ban đầu nên vẫn đảm bảo
độ dẻo dai
09/2010
19
4.4 Hóa bền bề mặt kim loại
4.4.2 Hóa nhiệt luyện
a) Thấm C
- Lựa chọn nhiệt độ và thời gian thấm:
+Nhiệt độ thấm: T

γ
(C)
0,1Æ0,8Æ1,3
2C
n
H
2n+2
Æ (n+1)H
2
+ nC
ng.tử
2CO Æ CO
2
+ C
ng.tử
C
ng.tử
+ Fe
γ
(C) Æ Fe
γ
(C)
0,1Æ0,8Æ1,3
→ Nhiệt luyện sau thấm: tôi + ram thấp
4.4 Hóa bền bề mặt kim loại
4.4.2 Hóa nhiệt luyện
b) Thấm N
- Bão hòa N lên bề mặt thép HK đã qua
nhiệt luyện hóa tốt, nâng cao độ cứng (65-
70HRC) và tính chống mài mòn, chịu mỏi

+Từ ngoài vào (ε + γ’), (γ’+ α) + lõi thép
(xoocbit ram)
09/2010
20
4.4 Hóa bền bề mặt kim loại
4.4.2 Hóa nhiệt luyện
b) Thấm N
- Đặc điểm
+Thời gian thấm lâu do nhiệt độ thấp
+Chỉ đạt được lớp thấm mỏng (0,05-0,5mm)
+ Sau thấm không cần nhiệt luyện
+Lớp thấm giữ được độ cứng cao đến 500
0
C
+ Thép chuyên dùng thấm N (Cr, Mo, Al)