Tổng Hợp Kiến Thức Cơ Bản Về Xử Lý Nhiệt Kim Loại

Xử lý nhiệt kim loại là một trong những quá trình quan trọng trong sản xuất cơ khí. So với các quy trình xử lý khác, xử lý nhiệt thường không làm thay đổi hình dạng và thành phần hóa học tổng thể của sản phẩm thép mà thay đổi cấu trúc vi mô bên trong sản phẩm hoặc thay đổi thành phần hóa học của bề mặt, do đó mang lại hoặc cải thiện hiệu suất của sản phẩm. Mục đích của xử lý nhiệt kim loại là cải thiện chất lượng bên trong của kim loại để nó có các tính chất cơ học, tính chất vật lý và tính chất hóa học cần thiết. Ngoài việc lựa chọn vật liệu hợp lý và các quy trình tạo hình khác nhau, quy trình xử lý nhiệt thường rất cần thiết. Thép là vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành cơ khí. Cấu trúc vi mô của thép rất phức tạp và có thể được kiểm soát thông qua xử lý nhiệt. Vì vậy, xử lý nhiệt thép là nội dung chính của xử lý nhiệt kim loại.

Quá trình xử lý nhiệt

Quá trình xử lý nhiệt thường bao gồm ba quá trình: sưởi ấm, cách nhiệt và làm mát. Đôi khi chỉ có hai quá trình: sưởi ấm và làm mát. Các quá trình này được kết nối với nhau và không thể bị gián đoạn. Gia nhiệt là một trong những quá trình quan trọng của xử lý nhiệt. Có nhiều phương pháp gia nhiệt để xử lý nhiệt kim loại. Than và than lần đầu tiên được sử dụng làm nguồn nhiệt, gần đây nhiên liệu lỏng và khí được sử dụng. Việc ứng dụng điện giúp việc sưởi ấm dễ dàng được kiểm soát và không gây ô nhiễm môi trường. Những nguồn nhiệt này có thể được sử dụng để sưởi ấm trực tiếp, hoặc sưởi ấm gián tiếp thông qua muối hoặc kim loại nóng chảy, hoặc thậm chí là các hạt nổi.

Nhiệt độ gia nhiệt là một trong những thông số quá trình quan trọng của quá trình xử lý nhiệt. Lựa chọn và kiểm soát nhiệt độ gia nhiệt là vấn đề chính để đảm bảo chất lượng xử lý nhiệt. Nhiệt độ gia nhiệt thay đổi tùy thuộc vào vật liệu kim loại được xử lý và mục đích xử lý nhiệt, nhưng nó thường được nung nóng đến trên nhiệt độ biến đổi pha để thu được cấu trúc nhiệt độ cao. Ngoài ra, quá trình chuyển đổi cần một khoảng thời gian nhất định. Do đó, khi bề mặt kim loại đạt đến nhiệt độ gia nhiệt cần thiết, nó phải được duy trì ở nhiệt độ này trong một khoảng thời gian nhất định để nhiệt độ bên trong và bên ngoài phù hợp và quá trình chuyển đổi cấu trúc vi mô được hoàn tất. Khoảng thời gian này được gọi là cách nhiệt. Khi sử dụng hệ thống sưởi mật độ năng lượng cao và xử lý nhiệt bề mặt, tốc độ gia nhiệt nhanh và thường không có thời gian cách nhiệt, trong khi thời gian cách nhiệt để xử lý nhiệt hóa học thường dài hơn.

Làm mát cũng là một bước không thể thiếu trong quá trình xử lý nhiệt. Các phương pháp làm mát khác nhau tùy theo quy trình, chủ yếu là kiểm soát tốc độ làm mát. Nói chung, ủ có tốc độ làm mát chậm nhất, bình thường hóa có tốc độ làm mát nhanh hơn và làm nguội có tốc độ làm mát nhanh hơn bình thường hóa. Nhưng cũng có những yêu cầu khác nhau do các loại thép khác nhau.

Xử lý nhiệt bề mặt là quá trình xử lý nhiệt kim loại, chỉ làm nóng lớp bề mặt của kim loại để thay đổi tính chất cơ học của lớp bề mặt. Để chỉ làm nóng bề mặt kim loại mà không truyền quá nhiều nhiệt vào bên trong kim loại, nguồn nhiệt được sử dụng phải có mật độ năng lượng cao, tức là cung cấp một lượng lớn năng lượng nhiệt cho kim loại trên một đơn vị diện tích, để bề mặt hoặc một phần kim loại có thể đạt đến nhiệt độ cao trong thời gian ngắn. Các phương pháp xử lý nhiệt bề mặt chính bao gồm dập tắt ngọn lửa và xử lý nhiệt cảm ứng. Các nguồn nhiệt thường được sử dụng bao gồm oxy axetylen, oxy propan, dòng điện cảm ứng, tia laser và chùm tia điện tử.

Xử lý nhiệt hóa học là quá trình xử lý nhiệt kim loại làm thay đổi thành phần hóa học, cấu trúc và tính chất của bề mặt kim loại. Xử lý nhiệt hóa học là làm nóng kim loại trong môi trường (khí, lỏng, rắn) chứa carbon, môi trường muối hoặc các nguyên tố hợp kim khác và giữ ấm trong thời gian dài để bề mặt kim loại có thể xuyên qua các nguyên tố như carbon, nitơ, boron và crom. Sau khi các nguyên tố được thẩm thấu, các quá trình xử lý nhiệt khác như làm nguội và ủ đôi khi được thực hiện. Các phương pháp xử lý nhiệt hóa học chính bao gồm cacbon hóa, thấm nitơ và kim loại hóa.

Nhìn chung, xử lý nhiệt kim loại là một trong những quy trình quan trọng trong quy trình sản xuất các bộ phận cơ khí, dụng cụ và khuôn mẫu. Nó có thể đảm bảo và cải thiện các tính chất khác nhau của kim loại, chẳng hạn như khả năng chống mài mòn, chống ăn mòn, v.v. Mặt khác, nó cũng có thể cải thiện cấu trúc và trạng thái ứng suất của phôi để tạo điều kiện thuận lợi cho nhiều quá trình xử lý nóng và lạnh khác nhau.