Kim loại đại cương - Nhiệt luyện thép

Phần III NHIỆT LUYỆN THÉP 3.1.1. Định nghĩa: là nung nóng thép đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt một thời gian thích hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ xác định để nhận được tổ chức, do đó tính chất theo yêu cầu. Đặc điểm: - Không làm nóng chảy và biến dạng sản phẩm thép - Kết quả được đánh giá bằng biến đổi của tổ chức tế vi và tính chất. 3. 1.2. Các yếu tố đặc trưng cho nhiệt luyện . Sơ đồ của quá trình nhiệt luyện đơn giản nhất Ba thông số quan trọng nhất - Nhiệt độ nung nóng: - Thời gian giữ nhiệt: - Tốc độ nguội Vnguội sau khi giữ nhiệt Các chỉ tiêu đánh giá kết quả: + Tổ chức tế vi bao gồm cấu tạo pha, kích thước hạt, chiều sâu lớp hóa bền...là chỉ tiêu gốc, cơ bản nhất. + Độ cứng, độ bền, độ dẻo, độ dai. + Độ cong vênh, biến dạng. 3.1.3. Phân loại nhiệt luyện thép 1. Nhiệt luyện: thường gặp nhất, chỉ có tác động nhiệt làm biến đổi tổ chức và tính chất gồm nhiều phương pháp: ủ, thường hoá, tôi, ram. 2. Hóa - nhiệt luyện: Nhiệt luyện có kèm theo thay đổi thành phần hóa học ở bề mặt rồi nhiệt luyện tiếp theo để cải thiện hơn nữa tính chất của vật liệu: Thấm đơn hoặc đa nguyên tố: C,N,.. 3. Cơ - nhiệt luyện: là biến dạng dẻo thép ở trạng thái sau đó tôi và ram để nhận được tổ chức M nhỏ mịn có cơ tính tổng hợp cao nhất, thường ở xưởng cán nóng thép, luyện kim 3.2 nhiêt luyện trong nhà máy cơ khí Trong chế tạo cơ khí, nhiệt luyện đóng vai trò quan trọng vì không những nó tạo cho chi tiết sau khi gia công cơ những tính chất cần thiết mà còn làm tăng tính công nghệ của vật liệu. Vì vậy có thể nói nhiệt luyện là khâu quan trọng không thể thiếu được đối với chế tạo cơ khí và là một trong những yếu tố công nghệ quan trọng quyết định chất lượng của sản phẩm cơ khí.Nhiệt luyện có ảnh hưởng quyết định tới tuổi thọ của các sản phẩm cơ khí. Máy móc càng chính xác, yêu cầu cơ tính càng cao thì số lượng chi tiết cần nhiệt luyện càng nhiều. Đối với các nước công nghiệp phát triển, để đánh giá trình độ ngành chế tạo cơ khí phải căn cứ vào trình độ nhiệt luyện, bởi vì dù gia công cơ khí chính xác nhưng nếu không qua nhiệt luyện hoặc chất lượng nhiệt luyện không đảm bảo thì tuổi thọ của chi tiết cũng không cao và mức độ chính xác của máy móc không còn giữ được theo yêu cầu.Nhiệt luyện nâng cao chất lượng sản phẩm không những có ý nghĩa kinh tế rất lớn (để kéo dài thời gian làm việc; nâng cao độ bền lâu của công trình, máy móc thiết bị…) mà còn là thước đo để đánh giá trình độ phát triển khoa học, kĩ thuật của mỗi quốc gia.Các tác dụng chủ yếu của Nhiệt luyện:1/ Tăng độ cứng, tính chịu ăn mòn, độ dẻo dai và độ bền của vật liệuMục tiêu của SX cơ khí là SX ra các cơ cấu và máy bền hơn, nhẹ hơn, khoẻ hơn với các tính năng tốt hơn. Để đạt được điều đó không thể không sử dụng thành quả của vật liệu kim loại và nhiệt luyện, sử dụng triệt để các tiềm năng của vật liệu về mặt cơ tính.Bằng những phương pháp nhiệt luyện thích hợp như tôi + ram, tôi bề mặt, thấm cacbon - nitơ,…độ bền và độ cứng của vật có thể tăng lên từ ba đến sáu lần (thép chẳng hạn), nhờ đó có thể dẫn tới rất nhiều điều có lợi như sau:-Tuổi bền (thời gian làm việc) của máy tăng lên do hệ số an toàn cao không gãy vỡ (do nâng cao độ bền). Trong nhiều trường hợp máy hỏng còn là do bị ăn mòn quá mạnh, nâng cao độ cứng, tính chống mài mòn cũng có tác dụng này.-Máy hay kết cấu có thể nhẹ đi, điều này dẫn đến tiết kiệm kim loại (hạ giá thành), năng lượng (nhiên liệu) khi vận hành.- Tăng sức chịu tải của máy, động cơ, phương tiện vận tải (ôtô, toa xe, tàu biển…) và kết cấu (cầu, nhà, xưởng…), điều này dẫn tới các hiệu quả kinh tế - kĩ thuật lớn.Phần lớn các chi tiết máy quan trọng như trục, trục khuỷu, vòi phun cao áp, bánh răng truyền lực với tốc độ nhanh, chốt…đặc biệt là 100% dao cắt, dụng cụ đo và các dụng cụ biến dạng (khuôn) đều phải qua nhiệt luyện tôi + ram hoặc hoá nhiệt luyện. Chúng thường được tiến hành gần như là sau cùng, nhằm tạo cho chi tiết, dụng cụ cơ tính thích hợp với điều kiện làm việc và được gọi là nhiệt luyện kết thúc (thường tiến hành trên sản phẩm).Như thường thấy, chất lượng của máy, thiết bị cũng như phụ tùng thay thế phụ thuộc rất nhiều vào cách sử dụng vật liệu và nhiệt luyện chúng. Những máy làm việc tốt không thể không sử dụng vật liệu tốt (một cách hợp lý, đúng chỗ) và nhiệt luyện bảo đảm.2/ Cải thiện tính công nghệ (rèn, dập, gia công cắt, tính chịu mài, tính hàn…), từ tính, điện tính…Muốn tạo thành chi tiết máy, vật liệu ban đầu phải qua nhiều khâu, nguyên công gia công cơ khí: rèn, dập, cắt…Để đảm bảo sản xuất dễ dàng với năng suất lao động cao, chi phí thấp vật liệu phải có cơ tính sao cho phù hợp với điều kiện gia công tiếp theo như cần mềm để dễ cắt hoặc dẻo để dễ biến dạng nguội. Muốn vậy cũng phải áp dụng các biện pháp nhiệt luyện thích hợp (ủ hoặc thường hoá như với thép). Ví dụ, sau khi biến dạng (đặc biệt là kéo nguội) thép bị biến cứng đến mức không thể cắt gọt hay biến dạng (kéo) tiếp được, phải đưa đi ủ hoặc thường hoá để làm giảm độ cứng, tăng độ dẻo. Sau khi xử lý như vậy thép trở nên dễ gia công tiếp theo.Các phương pháp nhiệt luyện tiến hành với mục đích như vậy được gọi là nhiệt luyện sơ bộ, chúng nằm giữa các nguyên công gia công cơ khí (thường tiến hành trên phôi).Vậy trong sản xuất cơ khí cần phải biết tận dụng các phương pháp nhiệt luyện thích hợp, không những đảm bảo khả năng làm việc lâu dài cho chi tiết, dụng cụ bằng thép mà còn đễ dàng cho quá trình gia công.3/ Nhiệt luyện trong nhà máy cơ khíỞ các nhà máy cơ khí với quy mô nhỏ và trung bình, bộ phận nhiệt luyện không lớn và thường đặt tập trung. Sau khi nhiệt luyện sơ bộ, từ đây phôi thép được chuyển tới các phân xưởng cắt gọt, dập và sau khi nhiệt luyện kết thúc các chi tiết máy quan trọng (cần cứng và bền cao) được đưa qua mài hay thẳng đến lắp ráp. Cách sắp xếp như vậy có nhiều nhược điểm, song không thể khác vì sản lượng thấp. Ở các nhà máy cơ khí có quy mô lớn và rất lớn, các chi tiết máy được gia công hoàn chỉnh từ khâu đầu đến khâu cuối trên dây chuyền cơ khí hoá hoặc tự động hoá trog đó bao gồm cả nguyên công nhiệt luyện. Do vậy nguyên công nhiệt luyện ở đây cũng phải được cơ khí hoá thậm chí tự động hoá và phải chống nóng, độc để không có ảnh hưởng xấu đến bản thân người làm nhiệt luyện cũng như cả dây chuyền sản xuất cơ khí. Cách sắp xếp chuyên môn hoá cao như vậy đảm bảo chất lượng sản phẩm và lựa chọn phương án tiết kiệm được năng lượng.Các nhà máy cơ khí có thể xem xét tuỳ thuộc vào mức độ sản xuất của đơn vị mình ra sao mà lựa chọn quy mô của phân xưởng nhiệt luyện sao cho phù hợp và tiết kiệm nhất nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng của sản phẩm. 3.3 các phương pháp nhiệt luyện 3.3.1 Phương pháp ủ 1. loại 1 hay ủ không chuyển biến pha là quá trình nhiệt luyện tiến hành ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn, sau đó làm nguội cùng lò. Dạng nhiệt luyện này không làm thayđổi mạng tinh thể mà chỉ khắc phục một phần hoặc hoàn toàn các sai lệch về mạng tinh thể. 2. Ủ có chuyển biến pha: Nung kim loại cao hơn nhiệt độ chuyển biến pha, giữ nhiệt rồi sau đó làm nguội chậm, làm kết tinh lại dẫn tới sự tạo thành pha mới làm nhỏ hạt tinh thể, đưa hợp kim về trạng thái cân bằng. -Ủ hoàn toàn: áp dụng cho thép trước cùng tích %C= 0,30 0,65%, =A3+(20300C) Mục đích: làm nhỏ hạt, giảm độ cứng và tăng độ dẻo để dễ cắt gọt và dập nguội (160 200HB). -Ủ không hoàn toàn và ủ cầu hóa: - áp dụng cho thép dụng cụ %C= 0,70%, A1<T<Acm: = A1 + (20 30 C) = 750 760 C, T/c: peclit hạt , HB < 220 dễ gia công cắt hơn, không áp dụng cho thép trước cùng tích có C Ê 0,65% vì ảnh hưởng xấu đến độ dai. - Ủ cầu hóa: là dạng đặc biệt của ủ không hoàn toàn, T= 750760oC-5min (phút) rồi T= 650 660oC- 5min..., với lặp đi lặp lại cầu hóa xêmentit để tạo thành peclit hạt. - Ủ đẳng nhiệt: dùng cho thép hợp kim cao do quá nguội có tính ổn định quá lớn nên dù làm nguội chậm cùng lò cũng không đạt được tổ chức peclit mà là P-X, X, X-T... nên không đủ mềm để gia công cắt ủ đẳng nhiệt: T= A1- 50oC (xác định theo giản đồ T - T - T của chính thép đó) để nhận được tổ chức peclit. - Ủ khuếch tán: T rất cao 11001150oC - (10 15h) để khuếch tán làm đều thành phần. Lĩnh vực áp dụng: thép hợp kim cao khi đúc bị thiên tích đ hạt to cán nóng hoặc ủ nhỏ hạt Chú ý : ủ có chuyển biến pha, chỉ cần làm nguội trong lò đến 600 650oC, lúc đó sự tạo thành peclit đã hoàn thành, cho ra nguội ngoài không khí và nạp mẻ khác vào ủ tiếp. 3.3.2 Tôi : -tôi có chuyển biến pha Là quá trình nhiệt luyện hợp kim gồm nung hợp kim lên tới nhiệt độ có trạng thái pha nhất định, giữ nhiệt rồi làm nguội đủ nhanh để quá trình khuếch tán không kịp xảy ra, kết quả nhận được tổ chức không cân bằng. Tôi bề mặt: Thực hiện tôi trên bề mặt chi tiết hợp kim, thường sử dụng các lò tần số để chỉ nung phần mặt ngoài của chi tiết. Các bánh răng, các trục...thường được tôi bề mặt để đảm bảo độ cứng bề mặt cao (để chống mài mòn), nhưng phần bên trong nó lại dẻo. Tôi trong hai môi trường (nước qua dầu) Tận dụng được ưu điểm của cả nước lẫn dầu: nước, nước pha muối, xút qua dầu (hay không khí) cho đến khi nguội hẳn. Như vậy vừa bảo đảm độ cứng cao cho thép vừa ít gây biến dạng, nứt. Nhược điểm: khó, đòi hỏi kinh nghiệm, khó cơ khí hóa, chỉ áp dụng cho tôi đơn chiếc thép C cao. Tôi phân cấp: o Muối nóng chảy có nhiệt độ cao hơn điểm Mđ khoảng 50 1000 C, 3 5min để đồng đều nhiệt độ trên tiết diện rồi nhấc ra làm nguội trong không khí để chuyển biến M. Ưu điểm: khắc phục được khó khăn về xác định thời điểm chuyển môi trường của cách b. Đạt độ cứng cao song có ứng suất bên trong rất nhỏ, độ biến dạng thấp nhất, thậm chí có thể sửa, nắn sau khi giữ đẳng nhiệt khi thép ở trạng thái quá nguội vẫn còn dẻo. Nhược điểm: năng suất thấp, chỉ áp dụng được cho các thép có Vth nhỏ (thép hợp kim cao như thép gió) và với tiết diện nhỏ như mũi khoan, dao phay... Cả ba phương pháp tôi kể trên đều đạt được tổ chức mactenxit. Tôi đẳng nhiệt: Khác tôi phân cấp ở chỗ giữ đẳng nhiệt lâu hơn (hàng giờ) cũng trong môi trường lỏng (muối nóng chảy) để austenit quá nguội phân hóa hoàn toàn thành hỗn hợp F-Xê nhỏ mịn có độ cứng tương đối cao, độ dai tốt. Tùy theo nhiệt độ giữ đẳng nhiệt sẽ được các tổ chức khác nhau: 250 400oC - bainit, 500600oC - trôxtit. Sau khi tôi dẳng nhiệt không phải ram. Tôi đẳng nhiệt có mọi ưu, nhược điểm của tôi phân cấp, nhưng độ cứng thấp hơn và độ dai cao hơn, năng suất thấp í t được áp dụng cách tôi này. Một phương pháp tôi đẳng nhiệt đặc biệt là tôi chì (patenting) - tôi đẳng nhiệt trong bể Pb nóng chảy ở 500 520oC đ X mịn, qua khuôn kéo sợi nhiều lần (tổng= 90%), đạt E và max. Gia công lạnh áp dụng cho thép dụng cụ hợp kim, %C cao và được hợp kim hóa, các điểm Mđ và MK quá thấp nên khi tôi lượng g dư quá lớn, làm giảm độ cứng. Đem gia công lạnh (-50 hay -70oC) để dư M, độ cứng có thể tăng thêm 1 10 đơn vị HRC. Tôi tự ram Là cách tôi với làm nguội không triệt để, nhằm lợi dụng nhiệt của lõi hay các phần khác truyền đến, nung nóng tức ram ngay phần vừa được tôi: đục, chạm, tôi cảm ứng băng máy, trục dài... 3.3.4 Ram: Ram là quá trình nhiệt luyện gồm nung kim loại đã được tôi đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chuyển biến pha, đưa hợp kim về trạng thái cân bằng, do đó mà tổ chức không ổn định khi tôi sẽ được phân huỷ thành tổ chức ổn định hơn. Ram là phương pháp nhiệt luyện kim loại gồm nung nóng chi tiết đã tôi đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn (Ac1), sau đó giữ nhiệt một thời gian cần thiết để mactenxit và austenit dư phân hoá thành các tổ chức thích hợp rồi làm nguội. Phần nhiều sau khi ram chi tiết được làm nguội trong không khí, tuy nhiên cũng có trường hợp sau khi ram phải làm nguội trong nước hoặc dầu để tránh hiện tượng dòn ram. Với thép thì quá trình ram sẽ làm cho thép dẻo dai hơn bởi sự biến đổi martenite "dòn" thành ferite . Việc tôi nhanh thép thì cần phải được ram lại sau đó nhằm giảm nội ứng lực bên trong chi tiết. Trong luyện kim , người ta luôn chú ý cân bằng giữa hai yếu tố dòn (dễ vỡ) và dẻo . Sự cân bằng và ổn định cấu trúc tinh thể là nhiệm vụ chính của quá trình ram. Việc tính toán để khống chế thời gian giữ nhiệt cũng như nhiệt độ ram sẽ quyết định chất lượng chi tiết sau đó. Một vài nước có nền công nghiệp tiên tiến, luôn luôn bảo vệ bí quyết và đầu tư nghiên cứu lĩnh vực này.Ram được phân thành 3 loại: Ram thấp, Ram trung bình và Ram cao. - Ram thấp : Ram thấp là phương pháp nhiệt luyện gồm nung nóng thép đã tôi trong khoảng 150 đến 250 độ C tổ chức đạt được là mactenxit ram. Khi Ram thấp hầu như độ cứng không thay đổi (có thay đổi thì rất ít: từ 1-3 HRC). - Ram trung bình : Ram trung bình là phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng 300-450 độ C, tổ chức đạt được là trustit ram. Khi ram trung bình độ cứng của thép tôi tuy có giảm nhưng vẫn còn khá cao, khoảng 40-45 HRC, ứng suất bên trong giảm mạnh, giới hạn đàn hồi đạt được giá trị cao nhất, độ dẻo, độ dai tăng lên. - ram cao : Ram cao là phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng 500-650 độ C, tổ chức đạt được là xoocbit ram. Khi ram cao độ cứng của thép tôi giảm mạnh, đạt khoảng 15-25 HRC, ứng suất trong bị khử bỏ, độ bền giảm đi còn độ dẻo, độ dai tăng lên mạnh. 3.3.5 hóa già : Cũng như ram, nhưng nếu quá trình phân huỷ dung dịch rắn quá bão hoà ở nhiệt độ phòng hay nhiệt độ không cao của các hợp kim trên cơ sở các kim loại không có chuyển biến thù hình thì được gọi là hoá già. 3.4 tôi thép (tôi thể tích ) 3.4.1 giản đồ T-T-T: Nhiệt độ (T) - thời gian (T) và chuyển biến (T) Vì có dạng chữ "C") đường cong chữ “C”.Khi bị nguội (tức thời) dưới 727oC nó chưa chuyển biến ngay được gọi là quá nguội, không ổn Đặc trưng của tôi: - Nhiệt độ tôi > A1 để có g (có thể giống ủ hoặc thường hóa). - Tốc độ làm nguội nhanh dễ gây ứng suất nhiệt, pha dễ gây nứt, biến dạng, cong vênh. - Tổ chức tạo thành cứng và không ổn định. 2 điểm sau khác hẳn ủ và thường hóa. Mục đích: 1) Tăng độ cứng để chống mài mòn tốt nhất (ram thấp): dụng cụ (cắt, biến dạng nguội), %C: %C < 0,35%C-≤ HRC 50, %C = 0,400,65%C- HRC 52 58, %C = 0,70 1,00%C- HRC 60 64, %C = 1,00 1,50%C- HRC 65 66 2) Nâng cao độ bền và sức chịu tải của chi tiết máy, áp dụng cho thép có %C=0,15-0,65: tôi + ram trung bình thép đàn hồi (0,55-0,65)%C Tôi+ram cao thép có cơ tính tổng hợp cao nhất (thép 0,3-0,5)%C 3.4.2 Chọn nhiệt độ tôi thép 1. Đối với thép TCT (< 0,80%C): Ttôi = A3 + (30 50oC) M+ít dư 2. Đối với thép CT và SCT (³ 0,80%C): Ttôi =A1+(30 50oC) 760 780oC M+ít dư + XêII 3. lý do để chọn nhiệt độ tôi: + Thép TCT, T< A3 còn F là pha mềm gây ra điểm mềm ảnh hưởng xấu tới độ bền, độ bền mỏi và tính chống mài mòn. + Thép SCT, T> Acmhàm lượng C trong cao quá dễ sinh dư nhiều, hạt lớn (vì T >950oC) A1<Ttôi<Acm sau tôi được M+ lưới XêII+ ít dư chống mài mòn tốt Đối với thép hợp kim: Cũng dựa vào GĐP Fe-C để tham khảo nhiệt độ tôi, 2 trường hợp: + Thép hợp kim thấp (ví dụ 0,40%C + 1,00%Cr), Ttôi ~ thép 0,40%C, có lấy tăng lên 1,1-1,2 lần + Thép hợp kim trung bình và cao: tra trong các sách tra cứu và sổ tay kỹ thuật. 3.4.3 Tốc độ tôi tới hạn và độ thấm tôi Tốc độ tôi tới hạn của thép càng nhỏ càng dễ tôi, tạo ra độ cứng cao (cả sâu trong lõi) đồng thời với biến dạng nhỏ và không bị nứt. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ tôi tới hạn: - Thành phần hợp kim của : quan trọng nhất, càng giàu nguyên tố hợp kim (trừ Co) đường "C" càng dịch sang phải, Vth càng nhỏ: (23)% nthk Vth 100oC/s, (5 o 7)% nthk Vth 25 C/s. - Sự đồng nhất của : càng đồng nhất càng dễ biến thành M ( không đồng nhất, vùng giàu C dễ biến thành Xê, vùng nghèo C dễ biến thành F) Ttôi đồng nhấtVth - Các phần tử rắn chưa tan hết vào g: thúc đẩy tạo thành hỗn hợp F-Xê, làm tăng Vth. - Kích thước hạt: càng lớn, biên giới hạt càng ít, càng khó tạo thành hỗn hợp F- Xê , Vth 2.4.4 Độ thấm tôi Định nghĩa: là chiều sâu lớp tôi cứng có tổ chức 1/2M + 1/2T Cách xác định: bằng thí nghiệm tôi đầu mút 1. Các yếu tố ảnh hưởng: Vth: càng nhỏ độ thấm tôi càng cao, Vth < Vlõi tôi thấu, các yếu tố làm giảm Vth Tốc độ làm nguội: nhanh nhưng dễ gây nứt, biến dạng. Ý nghĩa: biểu thị khả năng hóa bền của thép bằng tôi + ram, đúng hơn là biểu thị tỷ lệ tiết diện của chi tiết được hóa bền nhờ tôi + ram. - Thép có độ thấm tôi càng cao được coi là chất lượng càng tốt, - Mỗi mác thép có d xác định do đó nên dùng cho các chi tiết có kích thước nhất định để có thể tôi thấu Đánh giá độ thấm tôi: dải thấm tôi của các thép với cùng lượng cacbon là 0,40%, ở đây độ thấm tôi được tính tới vùng nửa 1/2M+1/2T. + Thép cacbon, d trung bình chỉ khoảng 7mm, nếu thêm 1,00%Cr là 12mm, còn thêm 0,18%Mo nữa tăng lên đến 30mm. + Để tăng mức độ đồng đều cơ tính trên tiết diện, trước khi đem chế tạo các bánh răng quan trọng người ta phải kiểm tra lại d của mác thép mới định dùng. + Ngược lại: còn có yêu cầu hạn chế độ thấm tôi để bảo đảm cứng bề mặt lõi vẫn dẻo dai. 2.Tính thấm tôi và tính tôi cứng: Tính tôi cứng là khả năng đạt độ cứng cao nhất khi tôi, %C càng cao tính tôi cứng càng lớn. Tính thấm tôi là khả năng đạt chiều dày lớp tôi cứng lớn nhất, %nthk càng cao thì tính thấm tôi càng lớn. . Khả năng tôi cứng của một số loại thép: (a): 0,40%C; (b): 0,40%C + 1,00%Cr, (c): 0,40%C + 1,00%Cr + 0,18%Mo, Các phương pháp tôi thể tích và công dụng. Các môi trường tôi Các cách phân loại tôi: Theo T tôi: tôi hoàn toàn và không hoàn toàn, theo phạm vi: tôi thể tích và tôi bề mặt, theo phương thức và môi trường làm nguội ta có: Tôi trong một môi trường Phương pháp tôi Đường nguội lý tưởng khi tôi Trong đó: a. trong 1 môi trường, b. trong 2 môi trường, c. tôi phân cấp, d. tôi đẳng nhiệt. 2.4.5 Yêu cầu đối với môi trường tôi: - Làm nguội nhanh thép để đạt được tổ chức M, - không làm thép bị nứt hay biến dạng - Rẻ, sẵn, an toàn và bảo vệ môi trường. Để đạt được hai yêu cầu đầu tiên, môi trường tôi lý tưởng hình 4.19: 1) Làm nguội nhanh thép ở trong khoảng g kém ổn định nhất 500 600oC để không kịp phân hóa thành hỗn hợp F-Xê. Vnguội> Vth. 2) Làm nguội chậm thép ở ngoài khoảng nhiệt độ trên vì Ơ đó quá nguội có tính ổn định cao, không sợ bị chuyển biến thành hỗn hợp F-Xê có độ cứng thấp. Đặc biệt trong khoảng chuyển biến M (300 200oC), nguội chậm sẽ làm giảm ứng suất pha do đó ít bị nứt và ít cong vênh. Các môi trường tôi thường dùng . Đặc tính làm nguội của các môi trường tôi Môi trường tôi Tốc độ nguội, [độ/s], ở các khoảng nhiệt độ 600 5000C 300 2000C Nước lạnh, 10 300C 600-500 270 Nước nóng, 500C 100 270 Nước hòa tan 10%NaCl, NaOH,200C 1100-1200 300 Dầu khoáng vật 100-150 20-25 Tấm thép, không khí nén 35-30 15-10 Nước: là môi trường tôi mạnh, an toàn, rẻ, dễ kiếm nên rất thông dụng nhưng cũng dễ gây ra nứt, biến dạng, không gây cháy hay bốc mùi khó chịu, khi nhiệt độ nước bể tôi > 40oC tốc độ nguội giảm, (khi To nước = 50oC, tốc độ nguội thép chậm hơn cả trong dầu mà không làm giảm khả năng bị biến dạng và nứt (do không làm giảm tốc độ nguội ở nhiệt độ thấp) phải lưu ý tránh: bằng cách cấp nước lạnh mới vào và thải lớp nước nóng ở bề mặt đi. Nước (lạnh) là môi trường tôi cho thép cacbon (là loại có Vth lớn, 400 800oC/s), song không thích hợp cho chi tiết có hình dạng phức tạp. Nước được hoà tan 10% các muối (NaCl hoặc Na2CO3) hay (NaOH): nguội rất nhanh ở nhiệt độ cao song không tăng khả năng gây nứt (vì hầu như không tăng tốc độ nguội ở nhiệt độ thấp) so với nước, được dùng để tôi thép dụng cụ cacbon (cần độ cứng cao). Dầu : làm nguội chậm thép ở cả hai khoảng nhiệt độ do đó ít gây biến dạng, nứt nhưng khả năng tôi cứng lại kém. Dầu nóng, 60 80oC, có khả năng tôi tốt hơn vì có độ loãng (linh động) tốt không bám nhiều vào bề mặt thép sau khi tôi. Nhược điểm dễ bốc cháy phải có hệ thống ống xoắn có nước lưu thông làm nguội dầu, bốc mùi gây ô nhiễm và hại cho sức khỏe. o Dầu là môi trường tôi cho thép hợp kim (loại có Vth nhỏ, < 1500 C / s), các chi tiết có hình dạng phức tạp, là môi trường tôi thứ 2 (thép CD) Quy tắc chọn môi trường tôi ngoại lệ: - Thép C tiết diện nhỏ (f < 10), hình dạng đơn giản, dài