Nguyên lý
Khi thép được nung đến vùng austenit rồi làm nguội đột ngột, quá trình khuếch tán cacbon bị "đóng băng" — austenit chuyển biến thành mactenxit thay vì peclit hay ferit bình thường. Mactenxit là tổ chức quá bão hòa cacbon, mạng tinh thể bị xô lệch mạnh, nên có độ cứng cao nhưng kèm theo đó là độ giòn và ứng suất dư bên trong rất lớn. Tốc độ làm nguội phải vượt qua tốc độ nguội tới hạn đặc trưng của từng mác thép; nếu nguội chậm hơn ngưỡng này, tổ chức thu được sẽ không hoàn toàn là mactenxit và độ cứng không đạt yêu cầu. Đây là lý do môi trường tôi — nước, dầu hay khí — được chọn dựa trên tính thấm tôi và tiết diện chi tiết, không phải chọn tùy tiện.
Phân loại
Thực tế sản xuất chia tôi thép theo môi trường làm nguội và cách thức tiến hành:
- Tôi trong nước: tốc độ nguội cao, phù hợp thép cacbon thấp và trung bình như Thép C45, nhưng dễ gây cong vênh hoặc nứt với chi tiết phức tạp.
- Tôi trong dầu: tốc độ nguội chậm hơn, giảm nguy cơ biến dạng — lựa chọn phổ biến cho thép hợp kim và thép dụng cụ như Thép SKD11.
- Tôi trong khí (tôi gió): áp dụng chủ yếu cho thép hợp kim cao có tính thấm tôi tốt; chi tiết ít biến dạng nhất.
- Tôi cục bộ (tôi bề mặt): chỉ nung và làm nguội nhanh lớp bề mặt, giữ lõi dẻo dai — thường dùng cho bánh răng, trục cam, bề mặt trượt.
- Tôi đẳng nhiệt (tôi phân cấp): làm nguội xuống vùng nhiệt độ trung gian, giữ đẳng nhiệt rồi mới nguội tiếp; giảm gradient nhiệt độ, hạn chế nứt.
Lưu ý khi lựa chọn và sử dụng
Chi tiết sau tôi hầu như bắt buộc phải qua Ram thép ngay — để khử ứng suất dư, tăng độ dai và ổn định kích thước trước khi gia công tinh hoặc đưa vào sử dụng. Bỏ qua bước ram là nguyên nhân phổ biến gây nứt vỡ trong vận hành.
Một số điểm cần lưu ý trong thực tế:
- Mác thép quyết định môi trường tôi phù hợp; tôi sai môi trường có thể không đạt độ cứng hoặc gây phế phẩm hàng loạt.
- Chi tiết có góc sắc, lỗ thông, thay đổi tiết diện đột ngột cần tôi cục bộ hoặc tôi phân cấp để tránh tập trung ứng suất.
- Độ đồng đều của lò nung ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng tôi — vùng quá nhiệt có thể hạt austenit thô, làm giảm dai sau ram.
- Kiểm tra độ cứng sau tôi (và sau ram) là bước kiểm soát chất lượng tối thiểu, không thể bỏ qua trong sản xuất hàng loạt.