Ủ và thường hóa đều là hai phương pháp xử lý nhiệt trong đó thép được nung đến nhiệt độ thích hợp, giữ trong một thời gian nhất định và sau đó được làm nguội với tốc độ chậm. Sự khác biệt chính là quá trình ủ thường được thực hiện bằng cách làm mát lò, trong khi quá trình chuẩn hóa được thực hiện bằng cách làm mát bằng không khí.
1.1 Ủ
Ủ là một quá trình xử lý nhiệt trong đó thép được nung nóng đến nhiệt độ cụ thể, giữ trong một thời gian nhất định và sau đó được làm nguội từ từ.
(1) Mục đích ủ
Giảm độ cứng và cải thiện khả năng gia công của phôi;
Loại bỏ ứng suất dư để tránh biến dạng và nứt phôi;
Tinh chỉnh cấu trúc hạt và cải thiện tổ chức để nâng cao tính chất cơ học của thép và chuẩn bị cấu trúc cho quá trình xử lý nhiệt cuối cùng.
(2) Các loại và ứng dụng của quá trình ủ
Tùy thuộc vào thành phần hóa học của thép và mục đích ủ, nó có thể được phân loại thành ủ hoàn toàn, ủ đẳng nhiệt, ủ hình cầu, ủ đồng nhất, ủ kết tinh lại và ủ giảm căng thẳng.
Ủ đầy đủ
Ủ hoàn toàn bao gồm việc nung thép đến nhiệt độ austenit hóa hoàn toàn (Ac3 + 30 độ ~50 độ), giữ thép trong một khoảng thời gian, sau đó nung nguội xuống dưới 550 độ trước khi làm mát bằng không khí, để đạt được cấu trúc gần như cân bằng .
Ủ hoàn toàn chủ yếu được sử dụng để xử lý nhiệt các vật đúc, vật rèn, phần cán nóng và kết cấu hàn bằng thép hypoeutectoid. Nó không phù hợp với thép hypereutectoid vì nung nóng thép hypereutectoid trên nhiệt độ Accm để austenit hóa hoàn toàn có thể dẫn đến sự kết tủa của xi măng thứ cấp giống như mạng dọc theo ranh giới hạt austenite trong quá trình làm nguội chậm, làm giảm độ bền và độ dẻo dai của thép.
Ủ đẳng nhiệt
Ủ đẳng nhiệt bao gồm việc nung thép lên trên Ac3 (hoặc Ac1), giữ trong một khoảng thời gian nhất định, sau đó làm nguội nhanh đến nhiệt độ dưới Ar1 để xử lý đẳng nhiệt nhằm biến austenite thành cấu trúc loại ngọc trai, sau đó làm nguội chậm.
Mục đích của ủ đẳng nhiệt cũng giống như ủ hoàn toàn, nhưng nó có thể kiểm soát cấu trúc và tính chất mong muốn bằng cách điều chỉnh nhiệt độ đẳng nhiệt. Ủ đẳng nhiệt thường được sử dụng để ủ thép hợp kim với austenite ổn định. So với ủ hoàn toàn, ủ đẳng nhiệt giúp giảm đáng kể thời gian ủ và đạt kết quả tốt hơn.
Ủ hình cầu
Ủ hình cầu là một quá trình xử lý nhiệt trong đó thép eutectoid hoặc hypereutectoid được nung nóng trên Ac1 khoảng 20 độ ~ 30 độ, được giữ trong một thời gian nhất định, sau đó làm nguội bằng lò nung đến dưới 550 độ trước khi làm mát bằng không khí để tạo thành cacbua dạng hạt.
Quá trình này chủ yếu được sử dụng cho thép cacbon và thép hợp kim cùng tích hoặc siêu cùng tích. Những loại thép này thường chứa ngọc trai dạng tấm thô và xi măng thứ cấp sau khi cán nóng hoặc rèn, làm giảm khả năng gia công của chúng và có thể gây biến dạng và nứt trong quá trình tôi. Ủ hình cầu có thể biến xi măngit dạng lớp và xi măng thứ cấp dạng mạng trong ngọc trai thành các cacbua hình cầu. Cấu trúc này, trong đó các cacbua hình cầu được phân bố đồng đều trên nền ferit, được gọi là ngọc trai hình cầu.
Đối với thép có mạng lưới xi măng thứ cấp nghiêm trọng, quá trình chuẩn hóa có thể được thực hiện trước tiên để phá vỡ mạng lưới trước khi ủ hình cầu.
Ủ đồng nhất
Còn được gọi là ủ khuếch tán, ủ đồng nhất làm nóng phôi, đúc hoặc rèn đến 100 độ trong 15 giờ, sau đó làm nguội từ từ để đạt được cấu trúc đồng nhất. Mặc dù phương pháp này tiêu tốn nhiều năng lượng hơn và tốn kém hơn nhưng nó chủ yếu được sử dụng cho các thỏi, vật đúc hoặc vật rèn bằng thép hợp kim chất lượng cao để cho phép các nguyên tố trong thép khuếch tán đủ để đồng nhất hóa. Sau khi ủ đồng nhất, kích thước hạt có thể trở nên thô, do đó cần phải ủ hoàn toàn hoặc chuẩn hóa để tinh chế hạt.
Ủ giảm căng thẳng
Còn được gọi là ủ ở nhiệt độ thấp, quá trình này làm nóng phôi đến mức thấp hơn Ac1 100 độ ~ 200 độ (thường là từ 500 độ đến 600 độ), giữ trong một thời gian nhất định và sau đó nguội từ từ trong lò. Vì nhiệt độ gia nhiệt thấp hơn điểm A1 nên không có sự thay đổi pha nào xảy ra trong quá trình ủ giảm ứng suất.
Ủ giảm ứng suất chủ yếu được sử dụng để loại bỏ ứng suất dư trong vật đúc, vật rèn, bộ phận hàn, bộ phận được dập nguội và các bộ phận gia công để ổn định kích thước phôi, giảm biến dạng và ngăn ngừa nứt do ứng suất trong quá trình gia công hoặc sử dụng tiếp theo.
1.2 Bình thường hóa
Quá trình chuẩn hóa bao gồm làm nóng thép đến 30 độ ~5{6}} độ trên Ac3 (hoặc Accm) để austenit hóa hoàn toàn, sau đó làm mát bằng không khí để thu được cấu trúc ngọc trai mịn hơn. Khi hàm lượng carbon dưới 0,6%, cấu trúc chuẩn hóa là ferrite + sorbite; khi hàm lượng carbon vượt quá 0,6% thì đó là sorbite.
Sự khác biệt chính giữa chuẩn hóa và ủ là tốc độ làm nguội trong quá trình chuẩn hóa nhanh hơn, dẫn đến cấu trúc mịn hơn, độ bền và độ cứng cao hơn. Quá trình này đơn giản và chu kỳ sản xuất ngắn hơn. Chuẩn hóa chủ yếu được áp dụng trong các trường hợp sau:
Cải thiện khả năng gia công của thép cacbon thấp và thép hợp kim cacbon thấp
Cấu trúc sau khi chuẩn hóa là ngọc trai mịn, giúp cải thiện độ cứng và giảm độ “dính” trong quá trình gia công, do đó làm giảm độ nhám bề mặt của phôi.
Loại bỏ xi măng mạng
Việc chuẩn hóa có thể loại bỏ mạng lưới xi măng nghiêm trọng trong thép hypereutectoid hoặc lớp bề mặt của các bộ phận được cacbon hóa.
Xử lý nhiệt trước cho các bộ phận bằng thép cacbon trung bình
Bình thường hóa có thể loại bỏ cấu trúc hạt thô và ứng suất dư, chuẩn bị cấu trúc cho quá trình xử lý nhiệt cuối cùng.
Xử lý nhiệt cuối cùng cho các bộ phận kết cấu thông thường
Đối với một số bộ phận lớn hoặc phức tạp mà quá trình dập tắt có thể gây ra nứt, việc chuẩn hóa có thể được sử dụng thay vì làm nguội và ủ như xử lý nhiệt cuối cùng.
