Xử lý nhiệt thép tôi và ram: Cốt lõi của quy trình và các điểm kiểm soát chất lượng chính
Là một vật liệu kết cấu quan trọng trong lĩnh vực chế tạo cơ khí, hiệu suất của thép tôi và ram phụ thuộc rất nhiều vào quy trình xử lý nhiệt tôi và ram nhiệt độ cao. Quy trình này thay đổi cấu trúc kim tương bên trong của thép, đạt được sự kết hợp tối ưu giữa độ bền và độ dẻo dai, đồng thời cung cấp các đảm bảo về hiệu suất cơ học đáng tin cậy cho các bộ phận cốt lõi như bánh răng và trục.
Quy trình cơ bản và các thông số cốt lõi
Quy trình tiêu chuẩn của quá trình xử lý nhiệt cho thép tôi và ram bao gồm năm liên kết chính: nung sơ bộ, nung austenit hóa, bảo ôn, làm nguội tôi và ram nhiệt độ cao. Lấy thép 40Cr thường được sử dụng làm ví dụ, các thông số quy trình điển hình của nó như sau: sau khi nung sơ bộ ở 500-600℃ trong lò xử lý nhiệt kiểu hộp, nó được nung đến 840-860℃ để nung austenit hóa. Thời gian giữ nhiệt được kiểm soát ở mức 1-1,5 phút trên mỗi milimet độ dày hiệu dụng của phôi để đảm bảo cacbua hòa tan hoàn toàn và phân bố đều. Sau đó, nó được chuyển nhanh vào dầu để tôi (tốc độ làm nguội phải đủ để có được cấu trúc martensite). Sau khi phôi được làm nguội xuống dưới 150℃, nó được nung đến 550-600℃ để ram nhiệt độ cao và làm nguội bằng không khí sau khi giữ nhiệt trong 2-4 giờ.
Có những khác biệt đáng kể về thông số quy trình giữa các loại thép khác nhau. Đối với thép tôi và ram cường độ cao có chứa niken và molypden (chẳng hạn như 40CrNiMoA), nhiệt độ austenit hóa cần được tăng lên 860-880℃ để thúc đẩy sự hòa tan của các nguyên tố hợp kim. Nhiệt độ ram được điều chỉnh theo yêu cầu về hiệu suất - khoảng 500℃ được chọn khi cần độ cứng cao và có thể tăng lên 600℃ khi theo đuổi độ dẻo dai cao.
Các điểm kiểm soát chất lượng chính và giải pháp cho các vấn đề thường gặp
Sự đồng đều về nhiệt độ trong quá trình xử lý nhiệt là cốt lõi để đảm bảo hiệu suất ổn định của thép tôi và ram. Nếu chênh lệch nhiệt độ trong lò vượt quá ±10℃, rất dễ gây ra sai lệch độ cứng của các bộ phận khác nhau của phôi vượt quá 3HRC. Việc sử dụng lò kiểu hộp với kiểm soát nhiệt độ đa vùng hoặc dây chuyền sản xuất xử lý nhiệt liên tục, kết hợp với việc theo dõi đa điểm của cặp nhiệt điện, có thể kiểm soát hiệu quả sự dao động nhiệt độ.
Việc lựa chọn môi trường tôi trực tiếp ảnh hưởng đến tốc độ làm nguội và biến dạng phôi. Đối với các bộ phận thành mỏng có hình dạng phức tạp, việc sử dụng dầu tôi nhanh ở 20-30℃ có thể làm giảm nguy cơ nứt; đối với các chi tiết rèn lớn, thường sử dụng phương pháp tôi hai chất lỏng nước-dầu, trước tiên làm nguội nhanh xuống khoảng 300℃ bằng nước, sau đó chuyển sang dầu để làm nguội chậm để cân bằng độ sâu của lớp tôi cứng và lượng biến dạng. Cần đặc biệt chú ý đến việc loại bỏ ứng suất bên trong trong quá trình ram. Thông qua việc nung nóng từng bước (với tốc độ 100-150℃ mỗi giờ) và làm nguội lò sau khi kết thúc bảo ôn, ứng suất dư của phôi có thể giảm hơn 60%.
Trong số các khuyết tật chất lượng thường gặp, "điểm mềm" chủ yếu là do nung không đủ hoặc làm nguội không đều, có thể được giải quyết bằng cách kéo dài thời gian giữ nhiệt và làm sạch lớp oxit trên bề mặt phôi; giòn ram có thể bị ức chế bằng cách tránh phạm vi nhiệt độ giòn 400-500℃ hoặc bằng cách làm nguội nhanh bằng nước sau khi ram.
Phát triển công nghệ và mở rộng ứng dụng
Với sự thâm nhập của công nghệ sản xuất thông minh, quá trình xử lý nhiệt của thép tôi và ram đang hướng tới độ chính xác và thông minh. Một hệ thống điều khiển thích ứng AI do một doanh nghiệp công nghiệp nặng giới thiệu có thể tự động điều chỉnh công suất nung và thời gian tôi theo đường cong nhiệt độ lò được theo dõi theo thời gian thực và phản hồi nhiệt độ phôi, cải thiện tính nhất quán về hiệu suất của phôi bánh răng được sản xuất hàng loạt lên 25%. Việc ứng dụng công nghệ xử lý nhiệt chân không đã giải quyết hiệu quả vấn đề oxy hóa và khử cacbon trong các quy trình truyền thống, giảm độ nhám bề mặt của thép vòng bi chính xác xuống dưới Ra0,8μm.
Trong lĩnh vực thiết bị năng lượng mới, quy trình xử lý nhiệt của thép tôi và ram liên tục đổi mới. Đối với thép 42CrMo được sử dụng trong trục chính của điện gió, quy trình "tôi liên tục + ram phân đoạn" được phát triển, trong khi đảm bảo độ bền kéo ≥900MPa, đã tăng độ dẻo dai va đập lên hơn 80J, đáp ứng các yêu cầu dịch vụ của điều kiện làm việc nhiệt độ thấp -40℃ và thúc đẩy việc mở rộng ứng dụng của thép tôi và ram trong môi trường khắc nghiệt.
