Ủ toàn phần: Khôi phục khả năng gia công của thép thông qua quá trình gia nhiệt có kiểm soát

Định nghĩa và khái niệm cơ bản

Ủ hoàn toàn là một quá trình xử lý nhiệt áp dụng cho thép và các kim loại khác, trong đó vật liệu được nung nóng đến nhiệt độ cụ thể cao hơn nhiệt độ tới hạn trên của nó (thường là 30-50°C), giữ ở nhiệt độ đó trong thời gian đủ để austen hóa hoàn toàn, sau đó làm nguội chậm (thường là trong lò) đến nhiệt độ phòng. Quá trình này tạo ra vật liệu mềm, dễ uốn với khả năng gia công tốt và độ ổn định về kích thước.

Ủ toàn phần là một trong những phương pháp xử lý nhiệt cơ bản trong chế biến luyện kim, đóng vai trò là phương tiện loại bỏ ứng suất bên trong, làm mềm vật liệu và tinh chỉnh cấu trúc hạt. Nó đặc biệt quan trọng để chuẩn bị thép cho các hoạt động tạo hình tiếp theo hoặc các quy trình gia công đòi hỏi độ dẻo tối đa.

Trong lĩnh vực luyện kim rộng hơn, ủ hoàn toàn là phương pháp xử lý nhiệt cơ bản mà các quy trình khác như chuẩn hóa, làm nguội và ram thường được so sánh. Nó tạo ra cấu trúc vi mô gần cân bằng đóng vai trò là điểm tham chiếu để hiểu cách các quy trình nhiệt và cơ học khác nhau ảnh hưởng đến các đặc tính của thép.

Bản chất vật lý và cơ sở lý thuyết

Cơ chế vật lý

Ở cấp độ vi cấu trúc, quá trình ủ hoàn toàn liên quan đến quá trình chuyển đổi pha hoàn toàn của cấu trúc tinh thể thép. Khi được nung nóng trên nhiệt độ tới hạn, cấu trúc ferit lập phương tâm khối (BCC) và bất kỳ carbide nào có mặt đều chuyển thành austenit lập phương tâm mặt (FCC). Trong quá trình làm nguội chậm, austenit này chuyển đổi trở lại thành ferit và cementit, nhưng trong cấu trúc cân bằng có tổ chức hơn.

Tốc độ làm nguội chậm cho phép các nguyên tử cacbon khuếch tán qua khoảng cách tương đối dài, tạo thành perlit thô với các phiến cementit lớn. Quá trình khuếch tán được kiểm soát này giảm thiểu sự biến dạng mạng và giảm mật độ sai lệch trong vật liệu. Cấu trúc vi mô thu được chứa ít khuyết tật và ứng suất bên trong hơn so với trạng thái ủ trước.

Mô hình lý thuyết

Mô hình lý thuyết chính mô tả quá trình ủ hoàn toàn dựa trên động học chuyển pha, đặc biệt là biểu đồ chuyển pha thời gian-nhiệt độ (TTT) và chuyển pha làm mát liên tục (CCT). Các mô hình này, ban đầu được Bain và Davenport phát triển vào những năm 1930, mô tả cách thép chuyển pha từ austenit sang các pha khác nhau tùy thuộc vào tốc độ làm mát.

Theo truyền thống, hiểu biết về quá trình ủ đã phát triển từ kiến ​​thức thủ công thực nghiệm thành hiểu biết khoa học thông qua công trình của các nhà luyện kim như Adolf Martens và Henry Clifton Sorby vào cuối thế kỷ 19. Các cuộc kiểm tra vi mô về cấu trúc thép của họ đã đặt nền tảng cho lý thuyết ủ hiện đại.

Các phương pháp tiếp cận hiện đại kết hợp các mô hình tính toán dựa trên các phương trình khuếch tán và các nguyên lý nhiệt động lực học để dự đoán sự tiến hóa của cấu trúc vi mô trong quá trình ủ. Chúng bao gồm các mô hình trường pha và các phương pháp CALPHAD (TÍNH TOÁN Biểu đồ PHAse) có thể mô phỏng quá trình ủ với độ chính xác ngày càng tăng.

Cơ sở khoa học vật liệu

Quá trình ủ hoàn toàn ảnh hưởng sâu sắc đến cấu trúc tinh thể của thép bằng cách cho phép các nguyên tử sắp xếp lại thành các cấu hình năng lượng thấp hơn. Quá trình này làm giảm mật độ các vị trí sai lệch và các khuyết tật tinh thể khác, là những rào cản đối với biến dạng dẻo, do đó làm tăng độ dẻo.

Các ranh giới hạt được thay đổi đáng kể trong quá trình ủ. Ngâm ở nhiệt độ cao cho phép hạt phát triển, trong khi làm mát chậm thúc đẩy sự hình thành các pha cân bằng với ứng suất bên trong tối thiểu. Điều này dẫn đến cấu trúc pearlit thô trong thép hypoeutectoid hoặc pearlit với mạng lưới cementit proeutectoid trong thép hypereutectoid.

Quá trình này về cơ bản chứng minh các nguyên tắc khoa học vật liệu chính bao gồm chuyển đổi pha, khuếch tán, kết tinh lại và tăng trưởng hạt. Nó thể hiện một cách tiếp cận có kiểm soát để đưa vật liệu đến gần trạng thái cân bằng nhiệt động lực học của nó, giảm năng lượng tự do Gibbs của hệ thống.

Biểu thức toán học và phương pháp tính toán

Công thức định nghĩa cơ bản

Nhiệt độ ủ để ủ hoàn toàn thép dưới eutectoid có thể được tính như sau:

$$T_{ủ} = A_3 + (30\text{ đến }50°\text{C})$$

Trong đó $A_3$ là nhiệt độ tới hạn trên có thể được ước tính gần đúng cho thép hạ eutectoid bằng cách sử dụng công thức Andrews:

$$A_3(°\text{C}) = 910 - 203\sqrt{\text{C}} - 15,2\text{Ni} + 44,7\text{Si} + 104\text{V} + 31,5\text{Mo} + 13,1\text{W}$$

Trong đó các ký hiệu hóa học biểu thị phần trăm khối lượng của các nguyên tố tương ứng trong thép.

Công thức tính toán liên quan

Thời gian giữ cần thiết để austenit hóa hoàn toàn có thể được ước tính bằng cách sử dụng:

$$t = k \cdot d^2$$

Trong đó $t$ là thời gian giữ tính bằng phút, $d$ là độ dày của phần tính bằng milimét và $k$ là hằng số riêng của vật liệu, thường nằm trong khoảng 0,5-1,0 phút/mm² đối với thép cacbon.

Tốc độ làm mát để ủ hoàn toàn phải đủ chậm để tránh các chuyển đổi không cân bằng và có thể được tính như sau:

$$R_c = \frac{T_{ủ} - T_{phòng}} {t_{làm mát}} $$

Trong đó $R_c$ là tốc độ làm mát tính theo °C/giờ, $T_{annealing}$ là nhiệt độ ủ, $T_{room}$ là nhiệt độ phòng và $t_{cooling}$ là thời gian làm mát tính theo giờ.

Điều kiện và giới hạn áp dụng

Các công thức này chủ yếu áp dụng cho thép cacbon thường và thép hợp kim thấp có hàm lượng cacbon dưới 2%. Đối với thép hợp kim cao, việc xác định nhiệt độ tới hạn theo kinh nghiệm thường là cần thiết vì các mô hình lý thuyết trở nên kém chính xác hơn.

Công thức Andrews có những hạn chế khi nhiều nguyên tố hợp kim tương tác, có khả năng thay đổi nhiệt độ biến đổi theo những cách mà phương trình tuyến tính không nắm bắt được. Ngoài ra, các phép tính này giả định vật liệu đồng nhất mà không có sự phân tách đáng kể hoặc lịch sử biến dạng trước đó.

Công thức thời gian giữ cho rằng mục tiêu là nung nóng đồng đều và austenit hóa hoàn toàn, điều này có thể không áp dụng cho các quy trình ủ chuyên biệt khi cần chuyển đổi một phần.

Phương pháp đo lường và đặc tính

Thông số kỹ thuật thử nghiệm tiêu chuẩn

• ASTM A1033: Thực hành tiêu chuẩn để đo lường định lượng và báo cáo các chuyển đổi pha thép hợp kim thấp và cacbon hypoeutectoid
• ASTM E3: Hướng dẫn chuẩn để chuẩn bị mẫu kim loại học
• ASTM E407: Thực hành tiêu chuẩn cho vi khắc kim loại và hợp kim
• ISO 643: Thép - Xác định kích thước hạt biểu kiến ​​bằng kính hiển vi
• ASTM E112: Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để xác định kích thước hạt trung bình

Các tiêu chuẩn này bao gồm các phương pháp chuẩn bị mẫu, phân tích vi cấu trúc và xác định kích thước hạt cần thiết để đánh giá các kết cấu thép ủ.

Thiết bị và nguyên tắc thử nghiệm

Kính hiển vi quang học vẫn là công cụ chính để đánh giá các cấu trúc vi mô đã ủ, thường sử dụng độ phóng đại từ 100x đến 1000x. Kính hiển vi cho thấy kích thước hạt, phân bố pha và hình thái sau khi khắc đúng cách.

Thiết bị kiểm tra độ cứng (Brinell, Rockwell hoặc Vickers) cung cấp đánh giá định lượng về hiệu quả ủ, vì ủ hoàn toàn thường làm giảm độ cứng xuống mức có thể dự đoán được. Các phương pháp này đo khả năng chống lại vết lõm của vật liệu bằng cách sử dụng các đầu đo và tải trọng chuẩn hóa.

Đặc tính nâng cao có thể sử dụng kính hiển vi điện tử quét (SEM) với phổ tia X phân tán năng lượng (EDS) để phân tích thành phần pha và phân bố ở độ phóng đại cao hơn. Khúc xạ tán xạ ngược electron (EBSD) có thể tiết lộ hướng tinh thể và sự phát triển kết cấu.

Yêu cầu mẫu

Các mẫu kim loại học tiêu chuẩn cần được cắt cẩn thận để tránh biến dạng hoặc gia nhiệt có thể làm thay đổi cấu trúc vi mô. Kích thước điển hình là diện tích bề mặt 1-2 cm² với các mặt phẳng, song song.

Chuẩn bị bề mặt bao gồm mài bằng chất mài mòn mịn hơn dần dần (thường là đến 1200 grit), sau đó đánh bóng bằng hỗn dịch kim cương hoặc nhôm oxit để đạt được độ bóng gương. Chuẩn bị cuối cùng thường bao gồm khắc hóa học với thuốc thử thích hợp (ví dụ, 2-5% nital cho thép cacbon).

Mẫu vật phải đại diện cho vật liệu khối, tránh các khu vực bị thoát cacbon, oxy hóa quá mức hoặc hư hỏng cơ học có thể làm sai lệch tình trạng ủ.

Thông số thử nghiệm

Kiểm tra cấu trúc vi mô thường được tiến hành ở nhiệt độ phòng trong điều kiện ánh sáng được kiểm soát. Các kỹ thuật chiếu sáng tiêu chuẩn bao gồm trường sáng, trường tối và độ tương phản giao thoa khác biệt để làm nổi bật các đặc điểm cấu trúc vi mô khác nhau.

Kiểm tra độ cứng yêu cầu tải trọng và thời gian dừng cụ thể theo quy định của tiêu chuẩn (ví dụ: HB10/3000 đối với thử nghiệm Brinell đối với thép ủ, chỉ ra một viên bi 10mm có tải trọng 3000 kgf).

Cần thực hiện nhiều phép đo tại các vị trí chuẩn hóa trên mẫu vật để tính đến tính không đồng nhất tiềm ẩn trong cấu trúc ủ.

Xử lý dữ liệu

Phân tích cấu trúc vi mô thường bao gồm các kỹ thuật kim loại học định lượng, bao gồm phương pháp đếm điểm hoặc phương pháp chặn để xác định thành phần pha và kích thước hạt theo ASTM E112 hoặc ISO 643.

Phân tích thống kê các phép đo độ cứng thường bao gồm tính toán các giá trị trung bình và độ lệch chuẩn từ nhiều vết lõm. Phân tích ngoại lệ có thể được thực hiện để xác định và có khả năng loại trừ các phép đo bất thường.

Kết quả thường được so sánh với các tiêu chuẩn tham chiếu hoặc các điều kiện xử lý nhiệt trước đó để đánh giá hiệu quả của quá trình ủ.

Phạm vi giá trị điển hình

Phân loại thép	Phạm vi giá trị điển hình (Độ cứng)	Điều kiện thử nghiệm	Tiêu chuẩn tham khảo
Thép cacbon thấp (<0,25% C)	100-140 HB	Nhiệt độ phòng, bi 10mm, 3000 kgf	Tiêu chuẩn ASTMA370
Thép Cacbon trung bình (0,25-0,55% C)	140-190 HB	Nhiệt độ phòng, bi 10mm, 3000 kgf	Tiêu chuẩn ASTMA370
Thép Cacbon Cao (0,55-1,0% C)	170-220 HB	Nhiệt độ phòng, bi 10mm, 3000 kgf	Tiêu chuẩn ASTMA370
Thép hợp kim (ví dụ: 4140)	170-230 HB	Nhiệt độ phòng, bi 10mm, 3000 kgf	Tiêu chuẩn ASTMA370

Sự khác biệt trong mỗi phân loại thường là kết quả của sự khác biệt về thành phần hóa học chính xác, lịch sử xử lý trước đó và các thông số ủ cụ thể. Hàm lượng carbon cao hơn thường dẫn đến giá trị độ cứng cao hơn ngay cả sau khi ủ hoàn toàn do hàm lượng perlit tăng lên.

Các giá trị này đóng vai trò là chuẩn mực kiểm soát chất lượng trong quy trình sản xuất. Độ cứng cao hơn đáng kể so với các phạm vi này có thể chỉ ra thời gian ủ không đủ, làm nguội quá nhanh hoặc các bất thường về thành phần ngăn cản quá trình làm mềm hoàn toàn.

Trong các loại thép khác nhau, xu hướng cho thấy độ cứng tăng dần theo hàm lượng cacbon do tỷ lệ thể tích perlit cao hơn được hình thành trong quá trình làm nguội chậm từ vùng austenit.

Phân tích ứng dụng kỹ thuật

Những cân nhắc về thiết kế

Các kỹ sư thường tính đến các đặc tính ủ như các đặc tính cơ học cơ bản, thường áp dụng các hệ số an toàn từ 1,5-2,5 tùy thuộc vào mức độ quan trọng của ứng dụng. Các yếu tố bảo thủ này bù đắp cho sự thay đổi vật liệu tiềm ẩn và đảm bảo hiệu suất đáng tin cậy.

Quyết định lựa chọn vật liệu thường xem xét liệu có cần các hoạt động ủ sau hay không. Ủ hoàn toàn mang lại khả năng gia công tuyệt vời nhưng có thể cần các xử lý nhiệt tiếp theo để đạt được các tính chất cơ học cuối cùng cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.

Độ ổn định về kích thước của các thành phần ủ đặc biệt quan trọng trong sản xuất chính xác. Các kỹ sư phải tính đến khả năng biến dạng trong quá trình xử lý nhiệt tiếp theo khi thiết lập dung sai kích thước cho các thành phần ủ.

Các lĩnh vực ứng dụng chính

Ngành công nghiệp ô tô sử dụng rộng rãi thép ủ hoàn toàn cho các thành phần đòi hỏi hoạt động tạo hình đáng kể. Các tấm thân xe kéo sâu, giá đỡ phức tạp và các thành phần cấu trúc phức tạp được hưởng lợi từ khả năng tạo hình nâng cao do quy trình ủ hoàn toàn mang lại.

Sản xuất máy móc hạng nặng là một lĩnh vực ứng dụng quan trọng khác với các yêu cầu khác nhau. Tại đây, các sản phẩm đúc và rèn lớn được ủ hoàn toàn để giảm ứng suất bên trong trước khi gia công, ngăn ngừa biến dạng trong các bước sản xuất tiếp theo và đảm bảo tính ổn định về kích thước.

Trong các ứng dụng gia công, thép cacbon cao thường được ủ hoàn toàn trước khi gia công các hình dạng phức tạp. Điều này tạo điều kiện cho việc sản xuất khuôn, khuôn đúc và dụng cụ cắt dễ dàng hơn, sau đó sẽ được làm cứng thông qua các quy trình làm nguội và ram để đạt được các tính chất cuối cùng của chúng.

Sự đánh đổi về hiệu suất

Độ bền và độ dẻo là sự đánh đổi cơ bản trong thép ủ. Ủ hoàn toàn tối đa hóa độ dẻo và khả năng tạo hình nhưng làm giảm đáng kể độ bền so với điều kiện chuẩn hóa hoặc tôi và ram, đòi hỏi phải cân bằng cẩn thận trong các ứng dụng kết cấu.

Khả năng gia công so với khả năng chống mài mòn là một sự đánh đổi quan trọng khác. Trong khi ủ hoàn toàn cải thiện đáng kể khả năng gia công bằng cách làm mềm vật liệu, đồng thời làm giảm khả năng chống mài mòn, khiến nó không phù hợp với các thành phần chịu điều kiện mài mòn mà không có quá trình xử lý làm cứng tiếp theo.

Các kỹ sư thường cân bằng các yêu cầu cạnh tranh này bằng cách chỉ định ủ cho các giai đoạn sản xuất, sau đó là làm cứng có chọn lọc các bề mặt chịu mài mòn hoặc các vùng chịu ứng suất quan trọng, cho phép tối ưu hóa hiệu suất trong các thành phần phức tạp với các yêu cầu về tính chất khác nhau.

Phân tích lỗi

Sự phát triển quá mức của hạt là một chế độ hỏng hóc phổ biến liên quan đến quá trình ủ không đúng cách. Khi nhiệt độ ủ quá cao hoặc thời gian giữ quá dài, sự phát triển bất thường của hạt có thể xảy ra, dẫn đến giảm độ dẻo dai và khả năng giòn ranh giới hạt.

Cơ chế hỏng hóc này tiến triển thông qua sự lan truyền vết nứt ưu tiên dọc theo ranh giới hạt mở rộng, đặc biệt là trong điều kiện va chạm hoặc tải trọng tuần hoàn. Cấu trúc hạt thô cung cấp các đường nứt ít quanh co hơn, làm giảm sự hấp thụ năng lượng trong quá trình gãy.

Các chiến lược giảm thiểu bao gồm kiểm soát nhiệt độ cẩn thận trong quá trình ủ, bổ sung các nguyên tố tinh chế hạt như nhôm hoặc niobi, và trong một số trường hợp, xử lý chuẩn hóa để tinh chế cấu trúc hạt sau khi xảy ra hiện tượng phát triển quá mức.

Các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp kiểm soát

Ảnh hưởng của thành phần hóa học

Hàm lượng carbon về cơ bản quyết định phản ứng với quá trình ủ hoàn toàn. Thép carbon cao hơn tạo ra nhiều perlit hơn trong quá trình làm nguội chậm, dẫn đến độ cứng và độ bền cao hơn ngay cả trong điều kiện ủ hoàn toàn so với thép carbon thấp.

Các nguyên tố vi lượng như lưu huỳnh và phốt pho có thể ảnh hưởng đáng kể đến kết quả ủ. Lưu huỳnh có xu hướng tạo thành tạp chất mangan sunfua ảnh hưởng đến các đặc tính cơ học, trong khi phốt pho có thể phân tách thành ranh giới hạt trong quá trình làm nguội chậm, có khả năng gây ra hiện tượng giòn.

Tối ưu hóa thành phần thường bao gồm việc cân bằng tỷ lệ mangan/lưu huỳnh để kiểm soát hình thái tạp chất và thêm một lượng nhỏ nhôm, vanadi hoặc niobi để ức chế sự phát triển quá mức của hạt trong các chu kỳ ủ nhiệt độ cao.

Ảnh hưởng của cấu trúc vi mô

Kích thước hạt ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính ủ, với các hạt ban đầu mịn hơn thường dẫn đến sự biến đổi đồng đều hơn trong quá trình ủ. Mối quan hệ Hall-Petch chỉ ra rằng ngay cả trong điều kiện ủ, các cấu trúc hạt mịn hơn góp phần cải thiện độ bền mà không làm giảm đáng kể độ dẻo.

Phân bố pha, đặc biệt là khoảng cách và hình thái của các cụm perlit, quyết định nhiều tính chất cơ học của thép ủ. Làm nguội chậm hơn tạo ra perlit thô hơn với khoảng cách rộng hơn giữa các phiến cementit, dẫn đến độ cứng thấp hơn và khả năng gia công được cải thiện.

Các tạp chất và khuyết tật phi kim loại có thể hoạt động như các vị trí hạt nhân không đồng nhất trong quá trình chuyển pha, có khả năng gây ra các biến thể cục bộ trong cấu trúc vi mô. Sự hiện diện của chúng có thể đòi hỏi thời gian giữ lâu hơn hoặc nhiệt độ cao hơn để đạt được quá trình austen hóa đồng đều.

Xử lý ảnh hưởng

Các thông số xử lý nhiệt quyết định hiệu quả ủ. Nhiệt độ hoặc thời gian không đủ ngăn cản quá trình austen hóa hoàn toàn, trong khi nhiệt độ quá cao có nguy cơ làm tăng trưởng hạt và làm giảm tính chất. Thường cần kiểm soát nhiệt độ chính xác trong phạm vi ±10°C.

Gia công cơ học trước khi ủ ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc vi mô cuối cùng. Vật liệu gia công nguội chứa năng lượng được lưu trữ dưới dạng các vị trí sai lệch, có thể đẩy nhanh quá trình kết tinh lại trong quá trình ủ và tạo ra các cấu trúc hạt cuối cùng mịn hơn so với ủ từ trạng thái chưa gia công.

Tốc độ làm mát phải được kiểm soát cẩn thận, thường là dưới 20-30°C mỗi giờ trong phạm vi chuyển đổi quan trọng. Làm mát bằng lò cung cấp kết quả nhất quán nhất, trong khi làm mát bằng không khí có thể quá nhanh đối với các phần dày của thép hợp kim để đạt được độ mềm hoàn toàn.

Các yếu tố môi trường

Sự đồng đều nhiệt độ trên toàn bộ các phôi lớn là một thách thức đáng kể. Độ dốc nhiệt có thể dẫn đến các cấu trúc vi mô không đồng đều và ứng suất dư, đặc biệt là trong các hình dạng phức tạp hoặc mặt cắt ngang lớn.

Điều kiện khí quyển trong quá trình ủ ảnh hưởng đến hóa học bề mặt. Khí quyển oxy hóa có thể gây ra quá trình khử cacbon, trong khi khí quyển khử hoặc trung tính giúp duy trì hàm lượng cacbon bề mặt. Lò nung khí quyển được kiểm soát sử dụng hỗn hợp khí nitơ, hydro hoặc khí thu nhiệt ngăn ngừa các phản ứng bề mặt không mong muốn.

Các tác động phụ thuộc vào thời gian bao gồm khả năng hình cầu hóa tiềm ẩn của cacbua trong các chu kỳ ủ kéo dài, điều này có thể tăng cường khả năng gia công nhưng có thể làm giảm độ bền so với các cấu trúc perlit dạng phiến.

Phương pháp cải tiến

Ủ khí quyển có kiểm soát là phương pháp luyện kim để nâng cao chất lượng ủ bằng cách ngăn ngừa quá trình khử cacbon và oxy hóa. Điều này duy trì hàm lượng cacbon đồng đều trên toàn bộ mặt cắt ngang, đảm bảo các tính chất cơ học đồng nhất.

Cải tiến dựa trên quy trình bao gồm các chu trình làm mát được lập trình để tối ưu hóa động học chuyển đổi. Làm mát chậm qua các phạm vi chuyển đổi quan trọng tiếp theo là làm mát tăng tốc vừa phải ở nhiệt độ thấp hơn có thể giảm thời gian xử lý mà không làm giảm chất lượng ủ.

Những cân nhắc về thiết kế giúp tối ưu hóa hiệu suất ủ bao gồm độ dày mặt cắt đồng đều khi có thể, tránh các chuyển tiếp đột ngột tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ và kết hợp các tính năng tạo điều kiện làm nóng và làm mát đồng đều trên toàn bộ linh kiện.

Các điều khoản và tiêu chuẩn liên quan

Các thuật ngữ liên quan

Ủ giảm ứng suất là một phương pháp xử lý nhiệt liên quan được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn (thường là 550-650°C) để giảm ứng suất dư mà không có những thay đổi đáng kể về cấu trúc vi mô. Không giống như ủ hoàn toàn, phương pháp này không liên quan đến quá trình biến đổi pha và duy trì hầu hết các đặc tính cơ học.

Ủ hình cầu là một quá trình ủ chuyên biệt trong đó cementite hình thành dưới dạng các hạt hình cầu thay vì dạng phiến. Phương pháp xử lý này, thường được thực hiện ngay dưới nhiệt độ tới hạn thấp hơn trong thời gian dài, tối đa hóa khả năng gia công trong thép cacbon cao.

Quá trình ủ (còn gọi là ủ dưới tới hạn) đề cập đến các bước ủ trung gian được thực hiện trong quá trình gia công nguội để khôi phục độ dẻo mà không làm mềm hoàn toàn. Quá trình này xảy ra dưới nhiệt độ tới hạn thấp hơn và kết tinh lại cấu trúc bị biến dạng mà không chuyển pha.

Ủ hoàn toàn khác với chuẩn hóa chủ yếu ở tốc độ làm mát, trong đó chuẩn hóa liên quan đến làm mát bằng không khí thay vì làm mát bằng lò, dẫn đến độ bền và độ cứng cao hơn một chút do hình thành perlit mịn hơn.

Tiêu chuẩn chính

ASTM A941 cung cấp thuật ngữ chuẩn liên quan đến thép, thép không gỉ, hợp kim liên quan và hợp kim ferro, bao gồm các định nghĩa chính xác về quy trình ủ và xử lý nhiệt liên quan. Nó thiết lập thuật ngữ kỹ thuật được sử dụng trong toàn ngành.

SAE J2759 bao gồm xử lý nhiệt các bộ phận thép, nêu chi tiết các quy trình ủ cụ thể cho nhiều loại thép và ứng dụng khác nhau. Bao gồm phạm vi nhiệt độ, thời gian giữ và yêu cầu làm mát để có kết quả nhất quán trên các thành phần vật liệu khác nhau.

ISO 15330 khác với các tiêu chuẩn ASTM ở chỗ nhấn mạnh vào các yêu cầu về xác nhận quy trình và tài liệu cho các hoạt động xử lý nhiệt, bao gồm cả ủ. Tiêu chuẩn này nhấn mạnh hơn vào các thông số kiểm soát quy trình và phương pháp xác minh.

Xu hướng phát triển

Nghiên cứu hiện tại tập trung vào các quy trình ủ tăng tốc đạt được kết quả vi cấu trúc tương tự trong thời gian ngắn hơn. Các kỹ thuật như ủ cảm ứng với các cấu hình làm nóng và làm mát được kiểm soát chính xác có thể giảm thời gian xử lý trong khi vẫn duy trì chất lượng.

Các công nghệ mới nổi bao gồm hệ thống thị giác máy tính và trí tuệ nhân tạo để phân tích cấu trúc vi mô theo thời gian thực trong quá trình ủ. Các hệ thống này có thể phát hiện độ lệch so với cấu trúc tối ưu và tự động điều chỉnh các thông số quy trình để đạt được kết quả nhất quán.

Những phát triển trong tương lai có thể bao gồm các quy trình ủ kết hợp giữa phương pháp gia nhiệt thông thường và phương pháp gia nhiệt điện từ để tối ưu hóa hiệu quả năng lượng và thời gian xử lý trong khi vẫn duy trì hoặc cải thiện khả năng kiểm soát cấu trúc vi mô trong thép cường độ cao tiên tiến.