Quá trình Nung nóng trong Gia công kim loại bằng áp lực

Mục đích của quá trình nung nóng

Mục đích của quá trình nung nóng trước khi gia công bằng áp lực kim loại là nâng cao tính dẻo và giảm khả năng chống biến dạng của chúng, tạo điều kiện thuận tiện cho quá trình biến dạng.

Các hiện tượng xảy ra khi nung nóng kim loại

Trong quá trình nung nóng, có một số vấn đề có thể xảy ra:

2.1. Nứt nẻ:

Hiện tượng nứt nẻ có thể xuất hiện bên ngoài hoặc bên trong kim loại. Nguyên nhân chính là do ứng suất nhiệt phát sinh do sự nung không đều, tốc độ nung không hợp lý và ứng suất dư sẵn có của phôi (cán, đúc). Khi ứng suất nhiệt và ứng suất dư vượt qua giới hạn bền của kim loại, nứt nẻ có thể xảy ra. Đối với thép, nứt nẻ thường xảy ra ở nhiệt độ dưới 800°C.

2.2. Hiện tượng ôxy hóa:

Khi kim loại nung trong lò, tiếp xúc với không khí và khí trong lò làm cho bề mặt kim loại dễ bị ôxy hóa và hình thành lớp vảy sắt. Quá trình ôxy hóa này gây mất mát kim loại khoảng 4-6%, gây hao mòn thiết bị và giảm chất lượng chi tiết. Ôxy hóa xảy ra do sự khuyết tán của nguyên tử ôxy vào lớp kim loại và sự khuyết tán của nguyên tử kim loại qua lớp ôxyt ở mặt ngoài vật nung, tạo thành 3 lớp vảy sắt: FeO-Fe3O4-Fe2O3. Ở nhiệt độ trên 570°C, lớp vảy sắt tăng mạnh, và ở trên 1000°C, lớp vảy sắt dày đặc phủ kín mặt ngoài vật nung. Khi nhiệt độ tiếp tục tăng, lớp ôxyt này bị cháy và tạo ra lớp ôxyt mới. Ôxyt hoá có thể do ôxy đưa vào hoặc do khí CO2, H2O tách ra.

2.3. Hiện tượng mất cacbon:

Hiện tượng mất cacbon của mặt ngoài vật nung có thể làm thay đổi cơ tính của chi tiết và có thể xảy ra trong quá trình nung nóng. Mất cacbon xảy ra khi kim loại tiếp xúc với không khí giàu oxi hoặc khí CO2 trong quá trình nung nóng. Cacbon trong kim loại có khả năng kết hợp với oxi để tạo thành các hợp chất oxi hóa, gây mất mát cacbon và làm giảm hàm lượng cacbon trong vật nung. Việc mất cacbon có thể ảnh hưởng đến độ cứng và tính dẻo của kim loại.

Biện pháp tối ưu khi nung nóng kim loại

Để giảm thiểu các vấn đề trên trong quá trình nung nóng, có thể áp dụng các biện pháp sau:

1. Kiểm soát nhiệt độ và thời gian nung nóng: Đảm bảo quá trình nung nóng diễn ra theo quy trình và thời gian xác định để tránh tình trạng nung chảy quá mức hoặc nung không đều, gây nứt nẻ.

2. Sử dụng môi trường không khí bảo vệ: Sử dụng môi trường không khí có hàm lượng oxy thấp hoặc khí bảo vệ để giảm thiểu hiện tượng ôxy hóa và mất mát cacbon. Việc sử dụng môi trường không khí bảo vệ có thể hạn chế sự tiếp xúc trực tiếp giữa kim loại và không khí, giảm khả năng ôxy hóa và mất mát cacbon.

3. Sử dụng chất bảo vệ chống ôxy hóa: Sử dụng các chất bảo vệ chống ôxy hóa như bột kim loại nhẹ, chất chống ôxy hóa để bảo vệ bề mặt kim loại khỏi hiện tượng ôxy hóa và mất mát cacbon.

4. Kiểm soát tốc độ làm nóng và làm lạnh: Điều chỉnh tốc độ làm nóng và làm lạnh phù hợp để giảm thiểu ứng suất nhiệt và giảm nguy cơ nứt nẻ.

5. Sử dụng lò nung phù hợp: Sử dụng lò nung có khả năng kiểm soát nhiệt độ chính xác và có các chế độ làm nóng và làm lạnh điều chỉnh được để đảm bảo quá trình nung diễn ra một cách chính xác và kiểm soát được mất mát cacbon.

Tuy nhiên, để đảm bảo quá trình nung nóng hiệu quả và tránh mất mát cacbon, quá trình nung cần được thiết kế và điều chỉnh một cách cẩn thận và tuân thủ các quy trình và quy định kỹ thuật. Việc tham khảo và tư vấn với các chuyên gia trong lĩnh vực vật liệu và quá trình nung cũng rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Chế độ nung kim loại

Quá trình nung kim loại là một giai đoạn quan trọng trong quá trình sản xuất và xử lý kim loại. Chế độ nung được thiết lập dựa trên các yếu tố như loại kim loại, mục đích sử dụng, kích thước và hình dạng của chi tiết kim loại, và các yêu cầu kỹ thuật khác. Dưới đây là một số chế độ nung kim loại phổ biến:

1. Nung nóng: Quá trình nung nóng được sử dụng để nâng cao độ dẻo, giảm ứng suất, làm giảm độ cứng và làm mềm kim loại. Nhiệt độ nung nóng thường cao hơn nhiệt độ nung hợp kim kim loại để tạo ra cấu trúc tinh thể mới và làm thay đổi tính chất cơ học của kim loại. Quá trình nung nóng có thể được thực hiện trong lò nung hoặc bằng các phương pháp khác như nung trong lò than hoặc lò điện.

2. Nung rèn: Quá trình nung rèn được sử dụng trong công nghệ rèn kim loại để cung cấp một lực nhiệt và áp lực cao đồng thời để biến đổi cấu trúc tinh thể của kim loại. Nung rèn giúp cải thiện tính dẻo, tính đồng nhất và tính dẻo của kim loại. Nhiệt độ và áp lực được kiểm soát chính xác trong quá trình nung rèn để đạt được tính chất cơ học mong muốn của kim loại.

3. Nung tôi: Quá trình nung tôi được sử dụng để gia công và rèn các vật liệu kim loại như thép, nhôm và đồng. Nung tôi giúp tạo ra cấu trúc tinh thể mới và cải thiện tính chất cơ học của kim loại. Quá trình này thường kết hợp nhiệt độ cao và áp lực để làm mềm và hình thành kim loại theo hình dạng mong muốn.

4. Nung tinh sinter: Quá trình nung tinh sinter được sử dụng trong công nghệ sintering để tạo ra các vật liệu kim loại xung quanh hạt mịn. Trong quá trình này, vật liệu được đặt trong một môi trường nung với nhiệt độ cao, nhưng không đạt đến điểm nóng chảy của kim loại. Quá trình nung tinh sinter giúp liên kết hạt mịn lại với  nhau và tạo ra cấu trúc vật liệu cố định.

Các chế độ nung kim loại có thể được điều chỉnh và tùy chỉnh tùy theo yêu cầu cụ thể của quá trình sản xuất và tính chất kỹ thuật của kim loại. Việc sử dụng và kiểm soát chính xác các thông số nung là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và tính ổn định của sản phẩm kim loại.

Sự làm nguội sau khi gia công biến dạng

Sau quá trình gia công biến dạng, vật liệu cần trải qua quá trình làm nguội để ổn định và thay đổi các thuộc tính như thể tích, cấu trúc, kích thước hạt, và thành phần. Để đảm bảo quá trình làm nguội hiệu quả, có ba phương pháp chính được sử dụng:

1. Làm nguội tự nhiên: Quá trình làm nguội tự nhiên thường được thực hiện trong môi trường không khí yên tĩnh, với điều kiện vật liệu khô ráo và không có luồng gió. Tốc độ làm nguội tự nhiên khá nhanh, và phương pháp này thường được áp dụng cho thép cacbon và hợp kim thấp có hình dạng đơn giản.

2. Làm nguội trong hòm chứa chất như vôi, cát, xỉ, than vụn, v.v...: Phương pháp này sử dụng một hòm chứa các chất như vôi, cát, xỉ hoặc than vụn để làm nguội vật liệu. Tốc độ làm nguội trong phương pháp này thường không cao, và nhiệt độ của vật liệu trước khi đưa vào hòm khoảng từ 500 đến 750 độ Celsius. Phương pháp này thường được sử dụng cho việc làm nguội các loại thép cacbon và hợp kim thấp có hình dạng phức tạp.

3. Làm nguội trong lò: Trong phương pháp này, nhiệt độ của lò được điều khiển theo từng giai đoạn. Ví dụ, quá trình làm nguội có thể được chia thành hai giai đoạn: từ 900 đến 800 độ Celsius, vật liệu được làm nguội nhanh (với tốc độ khoảng 25 độ Celsius/giờ) để tránh sự phát triển của hạt; sau đó, vật liệu được làm nguội chậm hơn (với tốc độ khoảng 15 độ Celsius/giờ) đến nhiệt độ 100 độ Celsius trong không khí. Phương pháp này thường được sử dụng cho thép công cụ, thép hợp kim cao và thép đặc biệt có hình dạng phức tạp.

Các phương pháp làm nguội này được lựa chọn và điều chỉnh phù hợp với yêu cầu cụ thể của vật liệu và quá trình sản xuất để đảm bảo chất lượng và tính ổn định của sản phẩm kim loại. 

Bài trước: Kỹ thuật gia công biến dạng: Hiệu suất và ứng dụng trong Công nghệ chế tạo máy

Bài sau: Các phương pháp gia công biến dạng

Bạn có trao đổi gì về nội dung "Quá trình Nung nóng trong Gia công kim loại bằng áp lực" này không? Hãy để lại Comment trong phần Nhận xét cuối bài đăng nhé. Bài viết này thuộc chủ đề công bố trên Blog Yêu Cơ Khí #YCK2020 - Kênh chia sẻ kiến thức về Công nghệ Chế tạo máy.

 Bạn muốn tìm kiếm gì không?