Trả lời trực tiếp: Cả ba đều nung rồi nguội chậm, khác ở mục tiêu và tốc độ nguội. Ủ nguội trong lò để làm mềm và đều tổ chức; thường hóa nguội ngoài không khí nên hạt mịn hơn và bền hơn ủ; khử ứng suất nung thấp hơn, chỉ giải phóng ứng suất dư mà không đổi tổ chức.
Nội dung thuộc chuyên trang Vật liệu & nhiệt luyện của cokhi.net, cụm Nhiệt luyện — ở góc phân biệt mục tiêu công nghệ, không đánh giá năng lực xưởng nhiệt luyện cụ thể.
Vì sao ba nguyên công cùng "nung rồi nguội chậm" lại cho kết quả khác nhau?
Hai biến số quyết định kết quả của một nguyên công nhiệt luyện là nhiệt độ nung và tốc độ nguội. Nhóm tôi và ram khai thác tốc độ nguội nhanh để giữ lại tổ chức cứng; ba nguyên công bàn ở đây đi theo hướng ngược lại, dùng tốc độ nguội chậm nhưng chậm ở ba mức khác nhau.
Ủ nung tới vùng chuyển biến rồi để nguội cùng lò. Vì lò nguội rất chậm, tổ chức có đủ thời gian hình thành ở trạng thái mềm và đều nhất mà thép đó có thể đạt. Mục tiêu điển hình: làm mềm để cắt gọt dễ hơn, xóa tổ chức không đều do rèn hoặc đúc để lại.
Thường hóa cũng nung tới vùng chuyển biến nhưng lấy chi tiết ra để nguội ngoài không khí tĩnh. Nguội nhanh hơn ủ nên hạt mịn hơn, cơ tính cao hơn ủ nhưng vẫn còn gia công được. Đây là lý do thường hóa hay dùng làm bước chuẩn bị tổ chức trước khi tôi, chứ không chỉ để làm mềm.
Khử ứng suất khác hẳn hai nguyên công trên ở chỗ không nhắm tới chuyển biến tổ chức. Nhiệt độ giữ dưới vùng chuyển biến, đủ để vật liệu chảy dẻo cục bộ ở mức rất nhỏ và ứng suất dư tự triệt tiêu, rồi nguội chậm để không sinh ứng suất mới.
Ba nguyên công khác nhau ở những điểm nào?
| Nguyên công | Nhiệt độ nung | Cách nguội | Nhắm tới điều gì |
|---|---|---|---|
| Ủ | Tới vùng chuyển biến | Nguội cùng lò, rất chậm | Mềm nhất, tổ chức đều nhất; dễ cắt gọt, xóa tổ chức do rèn/đúc để lại |
| Thường hóa | Tới vùng chuyển biến | Nguội ngoài không khí tĩnh | Hạt mịn hơn ủ, cơ tính cao hơn ủ; chuẩn bị tổ chức đồng nhất trước khi tôi |
| Khử ứng suất | Dưới vùng chuyển biến | Nguội chậm, thường trong lò | Giải phóng ứng suất dư mà giữ nguyên độ cứng và tổ chức đã có |
Bảng nêu quan hệ mục tiêu – tốc độ nguội – vùng nhiệt độ; bảng không nêu trị số nhiệt độ hay thời gian giữ nhiệt, vì các trị số này khác nhau theo từng mác thép và phải lấy từ tài liệu của chính mác đó, tra theo hệ ký hiệu trình bày ở bài ký hiệu mác thép. Kiểu lò và khả năng kiểm soát khí quyển cũng ảnh hưởng tới kết quả, xem bài lò nhiệt luyện.
Ứng suất dư từ đâu ra và vì sao chi tiết cong sau khi gia công?
Ứng suất dư là ứng suất còn nằm lại trong chi tiết khi không có tải ngoài nào. Nó sinh ra ở mọi chỗ vật liệu bị biến dạng hoặc nguội không đều: cán, rèn, đúc, hàn, cắt gọt lượng lớn, và cả tôi.
Chừng nào chi tiết còn nguyên khối, các vùng ứng suất kéo và nén tự cân bằng lẫn nhau nên nhìn bên ngoài không thấy gì. Nhưng khi cắt gọt bóc đi một phần vật liệu, thế cân bằng đó bị phá — phần còn lại biến dạng để tìm cân bằng mới. Đó chính là hiện tượng chi tiết cong sau khi gia công, và cũng là lý do chi tiết mỏng, dài hoặc bóc nhiều vật liệu hay bị nặng nhất.
Hàn là nguồn ứng suất dư đặc biệt tập trung, vì kim loại mối hàn nguội và co lại trong khi phần xung quanh giữ nguyên. Ảnh hưởng của thành phần thép tới ứng xử khi hàn trình bày ở bài tính hàn của các loại thép.
Đặt khử ứng suất vào bước nào của chuỗi công nghệ?
Nguyên tắc: khử ứng suất phải nằm trước nguyên công quyết định độ chính xác cuối cùng, chứ không phải sau. Đặt sau thì chi tiết vừa đạt kích thước lại biến dạng thêm một lần nữa và công gia công tinh thành vô nghĩa.
Chuỗi hay gặp với chi tiết đòi hỏi độ chính xác cao: gia công thô để bóc phần lớn vật liệu, khử ứng suất, rồi mới gia công tinh. Với chi tiết vừa hàn xong cũng vậy — khử ứng suất trước khi gia công các bề mặt lắp ghép. Cách đặt yêu cầu và tiêu chí nghiệm thu khi thuê ngoài công đoạn nhiệt luyện nằm ở bài đặt gia công nhiệt luyện ngoài, còn việc chọn vùng nào của chi tiết cần xử lý nhiệt nằm ở bài vật liệu và nhiệt luyện trục.
Câu hỏi thường gặp
Khử ứng suất có làm giảm độ cứng của chi tiết đã tôi không? Có thể, nếu nhiệt độ khử ứng suất chạm vào vùng nhiệt độ ram của mác thép đó. Với chi tiết đã tôi, khử ứng suất và ram gần như chồng lấn nhau về cơ chế, nên phải chọn nhiệt độ theo tài liệu của chính mác thép chứ không lấy chung một mức cho mọi vật liệu.
Thường hóa và ủ chọn cái nào khi chỉ muốn dễ cắt gọt? Tùy mác thép. Với thép cacbon thấp, thường hóa đôi khi cho bề mặt gia công sạch hơn vì thép quá mềm lại dễ dính dao và cho phoi dây. Với thép cacbon cao hơn, ủ thường là lựa chọn hợp lý hơn. Đây là quyết định theo vật liệu cụ thể, cùng logic chọn vật liệu theo cơ tính nêu ở bài chọn vật liệu chi tiết máy.
Có cách nào giảm ứng suất dư mà không cần nung không? Có những phương pháp cơ học tác động lên lớp bề mặt, chẳng hạn phun bi tạo lớp ứng suất nén ở bề mặt, xem bài phun bi, phun cát. Cần phân biệt rõ: các phương pháp này thay đổi trạng thái ứng suất lớp bề mặt, không thay thế được khử ứng suất toàn khối cho chi tiết dày.