Nhiệt luyện là gì? Các phương pháp nhiệt luyện và ứng dụng

Nhiệt luyện 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. Chủ yếu của ứng dụng nhiệt luyện là thuộc về ngành luyện kim. Nhiệt luyện cũng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, ví dụ như ngành sản xuất thủy tinh.

Mục đích của nhiệt luyện là để cải thiện các tính chất cơ học, điện hóa, nhiệt học hoặc từ tính của vật liệu. Nhiệt luyện có thể làm tăng hoặc giảm độ cứng, độ bền, độ dẻo, độ mài mòn, khả năng chống ăn mòn hoặc khả năng chịu nhiệt của vật liệu.

Một quy trình nhiệt luyện bao gồm ba giai đoạn: nung nóng, giữ nhiệt và làm nguội. Khi nung nóng, tổ chức vật liệu sẽ thay đổi theo nhiệt độ, tuỳ thời điểm nâng, hạ nhiệt với các tốc độ khác nhau mà nhiệt luyện với các phương pháp khác nhau sẽ cho ra tính chất vật liệu mong muốn. Khi giữ nhiệt, tổ chức vật liệu sẽ ổn định hoặc biến đổi theo thời gian. Khi làm nguội, tổ chức vật liệu sẽ biến đổi theo tốc độ và phương thức làm nguội.

Các phương pháp nhiệt luyện

Có nhiều phương pháp nhiệt luyện khác nhau cho các loại vật liệu và mục đích khác nhau. Dưới đây là một số phương pháp nhiệt luyện thông dụng:

• Ủ: Là quá trình gia công kim loại bằng cách làm nguội chậm sau khi được gia nhiệt ở một nhiệt độ nhất định. Mục đích của ủ là để giảm độ cứng và tăng độ dẻo của kim loại, cũng như để loại bỏ các ứng suất có trong kim loại. Có hai loại ủ: ủ không chuyển biến pha (ủ ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn) và ủ có chuyển biến pha (ủ ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn).
• Thường hóa: Là quá trình gia công kim loại bằng cách nung nóng kim loại lên trạng thái austenit (hoàn toàn hoặc không hoàn toàn), giữ nhiệt và làm nguội trong không khí. Mục đích của thường hóa là để làm nhỏ hạt tinh thể, đồng nhất tổ chức, khử ứng suất và tăng độ dẻo của kim loại.
• Tôi: Là quá trình gia công kim loại bằng cách nung nóng kim loại lên trạng thái austenit, giữ nhiệt và làm nguội đủ nhanh để quá trình khuếch tán không kịp xảy ra, kết quả nhận được tổ chức không cân bằng. Mục đích của tôi là để tăng độ cứng và độ bền của kim loại. Có hai loại tôi: tôi mặt ngoài (tôi ở bề mặt) và tôi xuyên tâm (tôi ở cả bề mặt và phần trong).
• Ram: Là quá trình gia công kim loại bằng cách nung nóng kim loại lên trạng thái austenit, giữ nhiệt và làm nguội chậm để quá trình khuếch tán xảy ra, kết quả nhận được tổ chức cân bằng. Mục đích của ram là để giảm độ cứng và tăng độ dẻo của kim loại.

Ngoài ra, còn có các phương pháp nhiệt luyện kết hợp, như:

• Hóa nhiệt luyện: Là quá trình gia công kim loại bằng cách kết hợp tác động hóa học và nhiệt luyện. Mục đích của hóa nhiệt luyện là để thay đổi thành phần hóa học ở bề mặt hoặc phần trong của kim loại, nhằm tăng khả năng chống ăn mòn, chống mài mòn hoặc cải thiện các tính chất khác của kim loại. Có nhiều phương pháp hóa nhiệt luyện, như: thấm cacbon (cementit), thấm nitơ (nitrit), thấm cacbua (carburit),…
• Cơ nhiệt luyện: Là quá trình gia công kim loại bằng cách kết hợp biến dạng dẻo và nhiệt luyện. Mục đích của cơ nhiệt luyện là để tạo ra các biến dạng vĩ mô hoặc vi mô trong tổ chức kim loại, nhằm tăng độ cứng, độ bền hoặc các tính chất khác của kim loại. Có nhiều phương pháp cơ nhiệt luyện, như: rèn, ép, cuốn, kéo,…

Ứng dụng của nhiệt luyện

Nhiệt luyện có rất nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau, như:

• Ngành sản xuất máy móc: Nhiệt luyện được sử dụng để gia công các chi tiết máy có yêu cầu cao về độ chính xác, độ bền và khả năng chịu tải. Ví dụ: các chi tiết máy công cụ, máy móc thiết bị, máy móc ô tô, máy bay…
• Ngành sản xuất vũ khí: Nhiệt luyện được sử dụng để gia công các loại vũ khí có yêu cầu cao về độ cứng, độ bền và khả năng chịu nhiệt. Ví dụ: các loại dao, kiếm, rìu, súng, đạn…
• Ngành sản xuất dụng cụ cắt gọt: Nhiệt luyện được sử dụng để gia công các loại dụng cụ cắt gọt có yêu cầu cao về độ sắc bén, độ bền và khả năng chống mài mòn. Ví dụ: các loại dao phay, dao tiện, mũi khoan, mũi taro…
• Ngành sản xuất thủy tinh: Nhiệt luyện được sử dụng để gia công các loại thủy tinh có yêu cầu cao về độ trong suốt, độ bền và khả năng chịu nhiệt. Ví dụ: các loại kính cường lực, kính chịu nhiệt, kính chống xước…

Kết luận

Nhiệt luyện là một phương pháp quan trọng trong công nghệ vật liệu. Nhiệt luyện giúp tạo ra các vật liệu có các tính chất phù hợp với các ứng dụng khác nhau trong các ngành công nghiệp. Có nhiều phương pháp nhiệt luyện khác nhau cho các loại vật liệu và mục đích khác nhau. Để thực hiện nhiệt luyện hiệu quả và an toàn, bạn cần tuân thủ các quy trình và quy định của ngành. Hy vọng bài viết này sẽ giúp bạn có thêm kiến thức về nhiệt luyện và ứng dụng của nó.