Spheroidize Anneal: Tăng cường khả năng gia công trong thép cacbon cao

Định nghĩa và khái niệm cơ bản

Ủ cầu hóa là một quá trình xử lý nhiệt áp dụng cho thép trong đó các pha carbide, chủ yếu là cementite (Fe₃C), được chuyển đổi từ các cấu trúc dạng phiến hoặc dạng tấm thành các hạt hình cầu (tròn) bên trong ma trận ferit. Quá trình này bao gồm việc nung thép đến ngay dưới nhiệt độ tới hạn thấp hơn (A₁), giữ trong thời gian dài, sau đó làm nguội từ từ đến nhiệt độ phòng.

Mục đích chính của ủ hình cầu là giảm độ cứng, cải thiện khả năng gia công và tăng khả năng tạo hình của thép trong khi vẫn duy trì độ bền thích hợp. Phương pháp xử lý này tạo ra cấu trúc vi mô cho phép các dụng cụ cắt di chuyển dễ dàng hơn qua vật liệu trong quá trình gia công, giảm hao mòn dụng cụ và mức tiêu thụ năng lượng.

Trong lĩnh vực luyện kim rộng hơn, ủ cầu hóa là một phương pháp xử lý nhiệt làm mềm quan trọng song hành cùng các quy trình như ủ hoàn toàn, ủ thường hóa và ủ giảm ứng suất. Nó đặc biệt quan trọng đối với thép hợp kim và thép cacbon cao, trong đó hình thái của các pha cacbua ảnh hưởng đáng kể đến các đặc tính cơ học và đặc điểm gia công.

Bản chất vật lý và cơ sở lý thuyết

Cơ chế vật lý

Ở cấp độ vi cấu trúc, ủ hình cầu liên quan đến quá trình chuyển đổi được thúc đẩy bởi nhiệt động lực học của các cấu trúc cacbua năng lượng cao (thường là perlite dạng phiến hoặc martensite) thành các cấu hình hình cầu năng lượng thấp hơn. Điều này xảy ra thông qua các quá trình được kiểm soát bởi sự khuếch tán, trong đó các nguyên tử carbon di chuyển từ các giao diện năng lượng cao để tạo thành các hạt tròn.

Động lực cho sự chuyển đổi này là sự giảm tổng năng lượng giao diện giữa pha carbide và ma trận ferit. Hình cầu làm giảm thiểu tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích, biểu thị trạng thái năng lượng thấp nhất cho các hạt carbide trong ma trận.

Quá trình này thường bắt đầu tại các vị trí năng lượng cao như các cạnh của tấm carbide, ranh giới hạt hoặc vị trí khuyết tật nơi tốc độ khuếch tán được tăng cường. Khi các nguyên tử carbon khuếch tán, cấu trúc dạng phiến dần dần bị phá vỡ và tái tạo thành các hạt hình cầu rời rạc phân bố khắp ma trận ferit.

Mô hình lý thuyết

Mô hình lý thuyết chính mô tả quá trình cầu hóa dựa trên quá trình chín Ostwald, được Wilhelm Ostwald đề xuất lần đầu tiên vào năm 1896. Mô hình này mô tả cách các hạt nhỏ hơn hòa tan và lắng đọng lại trên các hạt lớn hơn để giảm thiểu tổng năng lượng giao diện trong hệ thống.

Hiểu biết lịch sử về quá trình hình cầu hóa đã phát triển đáng kể vào giữa thế kỷ 20 với sự phát triển của kính hiển vi điện tử, cho phép quan sát trực tiếp những thay đổi về cấu trúc vi mô. Các lý thuyết trước đây chủ yếu dựa vào kính hiển vi quang học và các phép đo gián tiếp về tính chất cơ học.

Các phương pháp tiếp cận hiện đại kết hợp các mô hình động học khuếch tán tính đến tính di động của carbon phụ thuộc vào nhiệt độ, năng lượng giao diện và ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim. Mô hình hóa trường pha và nhiệt động lực học tính toán đã nâng cao hơn nữa khả năng dự đoán hành vi hình cầu hóa của chúng tôi trong nhiều điều kiện khác nhau.

Cơ sở khoa học vật liệu

Quá trình hình cầu hóa về cơ bản liên quan đến cấu trúc tinh thể bằng cách thay đổi hình thái của pha thứ cấp (thường là cementite) trong pha chính (ferrite) mà không làm thay đổi cấu trúc tinh thể của chúng. Quá trình này xảy ra chủ yếu ở ranh giới hạt và giao diện pha nơi các con đường khuếch tán dễ tiếp cận hơn.

Cấu trúc vi mô kết quả có các hạt cacbua hình cầu phân bố khắp ma trận ferit, với kích thước và sự phân bố hạt ảnh hưởng mạnh đến các đặc tính cơ học. Các cacbua lớn hơn, cách xa nhau hơn thường tạo ra thép mềm hơn, dễ gia công hơn.

Quá trình này minh họa cho nguyên lý khoa học vật liệu rằng cấu trúc vi mô kiểm soát các tính chất, chứng minh cách hình thái pha có thể được điều chỉnh thông qua quá trình xử lý nhiệt để đạt được các đặc tính cơ học mong muốn mà không làm thay đổi thành phần hóa học.

Biểu thức toán học và phương pháp tính toán

Công thức định nghĩa cơ bản

Động học của quá trình cầu hóa có thể được thể hiện bằng cách sử dụng lý thuyết Lifshitz-Slyozov-Wagner (LSW) cho quá trình chín Ostwald:

$$r^3 - r_0^3 = \frac{8\gamma D C_e V_m^2}{9RT}t$$

Ở đâu:
- $r$ là bán kính hạt trung bình tại thời điểm $t$
- $r_0$ là bán kính hạt trung bình ban đầu
- $\gamma$ là năng lượng giao diện giữa các pha
- $D$ là hệ số khuếch tán của cacbon trong ferit
- $C_e$ là nồng độ cân bằng của cacbon trong ferit
- $V_m$ là thể tích mol của cementite
- $R$ là hằng số khí
- $T$ là nhiệt độ tuyệt đối
- $t$ là thời gian

Công thức tính toán liên quan

Hệ số khuếch tán của cacbon trong ferit tuân theo mối quan hệ Arrhenius:

$$D = D_0 \exp\left(-\frac{Q}{RT}\right)$$

Ở đâu:
- $D_0$ là hệ số tiền mũ (thường là 0,0127 cm²/s đối với cacbon trong ferit)
- $Q$ là năng lượng hoạt hóa (thường là 84 kJ/mol đối với sự khuếch tán cacbon trong ferit)
- $R$ là hằng số khí (8,314 J/mol·K)
- $T$ là nhiệt độ tuyệt đối tính bằng Kelvin

Công thức này được áp dụng để xác định thời gian giữ thích hợp ở nhiệt độ cụ thể để đạt được mức độ cầu hóa mong muốn.

Điều kiện và giới hạn áp dụng

Các mô hình này chủ yếu có giá trị đối với các hệ pha loãng, trong đó các hạt carbide được tách biệt tốt và sự khuếch tán xảy ra qua pha ma trận. Các công thức giả định năng lượng giao diện đẳng hướng và bỏ qua các hiệu ứng của ranh giới hạt và sự sai lệch.

Các hạn chế bao gồm không thể tính đến hình thái phức tạp của cacbua, ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim lên tốc độ khuếch tán và tác động của biến dạng trước đó. Các mô hình cũng giả định các điều kiện đẳng nhiệt, có thể không phản ánh các điều kiện chế biến công nghiệp.

Những mô tả toán học này dựa trên giả định rằng sự khuếch tán cacbon là bước giới hạn tốc độ, điều này có thể không đúng đối với thép hợp kim cao, trong đó sự khuếch tán của nguyên tố thay thế có thể trở nên đáng kể.

Phương pháp đo lường và đặc tính

Thông số kỹ thuật thử nghiệm tiêu chuẩn

• ASTM E45: Phương pháp thử tiêu chuẩn để xác định hàm lượng tạp chất của thép - bao gồm đánh giá hình thái cacbua
• ASTM E407: Thực hành tiêu chuẩn cho vi khắc kim loại và hợp kim - cung cấp các quy trình khắc để lộ các cấu trúc hình cầu
• ISO 4967: Thép - Xác định hàm lượng tạp chất phi kim loại - Phương pháp vi mô sử dụng sơ đồ chuẩn
• ASTM A255: Phương pháp thử tiêu chuẩn để xác định độ cứng của thép - thường được sử dụng để đánh giá hiệu quả của quá trình ủ cầu

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 hình cầu, thường sử dụng độ phóng đại 500-1000 lần sau khi khắc thích hợp (thường là với dung dịch nital hoặc picral). Nguyên tắc liên quan đến việc tiết lộ độ tương phản giữa các hạt carbide và ma trận ferit.

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) cung cấp hình ảnh có độ phân giải cao hơn để phân tích chi tiết hơn về hình thái carbide, phân bố kích thước và sắp xếp không gian. Phổ tia X phân tán năng lượng (EDS) có thể được kết hợp với SEM để phân tích thành phần hóa học của các pha.

Đặc tính nâng cao có thể sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để phân tích cấu trúc cacbua ở quy mô nano hoặc nhiễu xạ tán xạ ngược điện tử (EBSD) để đánh giá mối quan hệ tinh thể giữa các pha.

Yêu cầu mẫu

Các mẫu kim loại học tiêu chuẩn cần được cắt cẩn thận để tránh biến dạng có thể làm thay đổi cấu trúc vi mô. Kích thước điển hình là các mẫu vuông hoặc tròn 10-30 mm với ít nhất một bề mặt phẳng để kiểm tra.

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 alumina để đạt được độ bóng gương (thường là 1 μm hoặc mịn hơn). Chuẩn bị cuối cùng thường bao gồm khắc hóa học bằng dung dịch nital 2-5% trong 5-15 giây.

Mẫu vật phải đại diện cho vật liệu khối và không có các hiện tượng bất thường trong quá trình chuẩn bị như bo tròn cạnh, các hạt cacbua bị kéo ra hoặc các lớp biến dạng có thể che khuất cấu trúc vi mô thực sự.

Thông số thử nghiệm

Đánh giá cấu trúc vi mô thường được tiến hành ở nhiệt độ phòng trong điều kiện môi trường xung quanh, mặc dù có thể sử dụng kính hiển vi chuyên dụng ở giai đoạn nóng để quan sát quá trình cầu hóa theo thời gian thực ở nhiệt độ cao.

Kiểm tra độ cứng, thường được sử dụng để đánh giá hiệu quả của quá trình ủ cầu, được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM E18 (Rockwell) hoặc ASTM E92 (Vickers), với các thông số tải trọng và thời gian dừng cụ thể tùy thuộc vào loại thép.

Phân tích hình ảnh định lượng đòi hỏi điều kiện chiếu sáng nhất quán, độ phóng đại phù hợp (thường là 500-1000 lần) và lấy mẫu thống kê nhiều trường để đảm bảo kết quả mang tính đại diện.

Xử lý dữ liệu

Phân tích định lượng các cấu trúc vi mô hình cầu thường liên quan đến xử lý hình ảnh kỹ thuật số để đo các thông số như phân bố kích thước hạt, đường kính trung bình, độ tròn và khoảng cách giữa các hạt.

Các phương pháp thống kê bao gồm tính toán giá trị trung bình, độ lệch chuẩn và phân phối tần suất của kích thước hạt. Mức độ cầu hóa thường được định lượng bằng các yếu tố hình dạng như độ tròn (4πA/P²) trong đó A là diện tích và P là chu vi.

Đánh giá cuối cùng thường bao gồm mối tương quan giữa các thông số vi cấu trúc với các đặc tính cơ học như độ cứng, đóng vai trò là chỉ báo thực tế về quá trình cầu hóa thành công.

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
AISI 1045 (Carbon trung bình)	150-200 HB	Cầu hóa hoàn toàn, 700°C/10h	Tiêu chuẩn ASTMA510
AISI 1095 (Carbon cao)	180-230 HB	Cầu hóa hoàn toàn, 700°C/15h	Tiêu chuẩn ASTMA510
AISI 52100 (Thép chịu lực)	190-240 HB	Cầu hóa hoàn toàn, 750°C/20h	Tiêu chuẩn ASTMA295
AISI D2 (Thép công cụ)	220-280 HB	Cầu hóa hoàn toàn, 800°C/30h	Tiêu chuẩn ASTMA681

Sự khác biệt trong mỗi phân loại thép chủ yếu là do sự khác biệt về cấu trúc vi mô trước đó, thành phần hóa học chính xác (đặc biệt là hàm lượng cacbon và hợp kim) và các thông số xử lý nhiệt cụ thể (nhiệt độ, thời gian và tốc độ làm nguội).

Trong các ứng dụng thực tế, các giá trị độ cứng này biểu thị khả năng gia công và khả năng định hình của vật liệu. Các giá trị độ cứng thấp hơn thường tương ứng với khả năng gia công tốt hơn nhưng có thể làm giảm khả năng chống mài mòn và độ bền của thành phần cuối cùng.

Một xu hướng đáng chú ý giữa các loại thép khác nhau là hàm lượng cacbon và hợp kim cao hơn thường đòi hỏi thời gian cầu hóa dài hơn và tạo ra giá trị độ cứng sau cầu hóa cao hơn do tỷ lệ thể tích lớn hơn và độ ổn định của pha cacbua.

Phân tích ứng dụng kỹ thuật

Những cân nhắc về thiết kế

Các kỹ sư phải tính đến độ bền và độ cứng giảm của thép ủ hình cầu khi thiết kế các thành phần, thường chỉ nêu rõ điều kiện này cho các giai đoạn xử lý trung gian chứ không phải các bộ phận cuối cùng. Các xử lý nhiệt tiếp theo thường được yêu cầu để phát triển các tính chất cuối cùng.

Hệ số an toàn cho vật liệu ủ hình cầu thường cao hơn (1,5-2,5) so với điều kiện tôi luyện do độ dẻo lớn hơn và độ bền thấp hơn. Điều này đặc biệt quan trọng khi vật liệu sẽ trải qua các hoạt động tạo hình đáng kể.

Quyết định lựa chọn vật liệu thường ưu tiên thép hợp kim hoặc thép cacbon cao ủ hình cầu khi cần gia công phức tạp hoặc các hoạt động tạo hình trước khi xử lý nhiệt cuối cùng. Điều kiện này cung cấp sự cân bằng tối ưu giữa khả năng gia công và tiềm năng vật liệu để làm cứng sau đó.

Các lĩnh vực ứng dụng chính

Ngành công nghiệp ô tô sử dụng rộng rãi thép ủ hình cầu cho các thành phần đòi hỏi các hoạt động gia công phức tạp sau đó là xử lý nhiệt, chẳng hạn như trục khuỷu, thanh truyền và bánh răng truyền động. Các bộ phận này được hưởng lợi từ khả năng gia công được cải thiện trong quá trình sản xuất trong khi đạt được độ bền cao sau khi xử lý nhiệt cuối cùng.

Sản xuất ổ trục là một lĩnh vực ứng dụng quan trọng khác, trong đó thép như AISI 52100 được ủ hình cầu để tạo điều kiện gia công các hình dạng phức tạp trước khi tôi cứng cuối cùng. Cấu trúc hình cầu đảm bảo phân phối carbon đồng đều để có phản ứng tôi cứng nhất quán.

Sản xuất dụng cụ và khuôn mẫu phụ thuộc rất nhiều vào thép dụng cụ ủ hình cầu (D2, A2, O1) để có thể gia công tiết kiệm các hình dạng phức tạp. Nếu không có quá trình hình cầu, các loại thép hợp kim cao, nhiều cacbon này sẽ cực kỳ khó gia công do độ cứng và khả năng chống mài mòn cao.

Đánh đổi hiệu suất

Quá trình ủ hình cầu tạo ra sự đánh đổi cơ bản giữa khả năng gia công và độ bền. Trong khi quá trình này cải thiện đáng kể tuổi thọ của dụng cụ cắt và chất lượng hoàn thiện bề mặt, nó làm giảm độ cứng và khả năng chống mài mòn, đòi hỏi phải xử lý nhiệt tiếp theo cho nhiều ứng dụng.

Mối quan hệ giữa hình cầu hóa và khả năng chống mỏi đưa ra một sự đánh đổi quan trọng khác. Trong khi quá trình này làm giảm ứng suất bên trong có thể gây ra các vết nứt mỏi, thì cấu trúc vi mô mềm hơn thường thể hiện giới hạn mỏi thấp hơn so với điều kiện được tôi luyện và tôi luyện đúng cách.

Các kỹ sư cân bằng các yêu cầu cạnh tranh này bằng cách chỉ định ủ hình cầu là bước xử lý trung gian, sau đó là xử lý nhiệt tôi luyện thích hợp sau khi hoàn tất các hoạt động gia công. Phương pháp này tối đa hóa hiệu quả sản xuất đồng thời đảm bảo đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất cuối cùng.

Phân tích lỗi

Sự cầu hóa không hoàn chỉnh là một chế độ hỏng hóc phổ biến, dẫn đến các đặc tính gia công không nhất quán, dao rung, bề mặt hoàn thiện kém và mài mòn dụng cụ quá mức. Điều này thường xảy ra do thời gian ở nhiệt độ không đủ hoặc lựa chọn nhiệt độ không phù hợp.

Cơ chế hỏng hóc liên quan đến việc giữ lại các cacbua dạng phiến hoặc dạng tấm đóng vai trò là chất tập trung ứng suất trong quá trình gia công, khiến các dụng cụ cắt chịu lực thay đổi và mài mòn nhanh hơn. Trong các hoạt động tạo hình, các cấu trúc này có thể dẫn đến nứt hoặc khuyết tật bề mặt.

Các chiến lược giảm thiểu bao gồm tối ưu hóa các thông số ủ dựa trên thành phần thép cụ thể, đảm bảo thời gian giữ nhiệt độ thích hợp và thực hiện các biện pháp kiểm soát chất lượng thích hợp như kiểm tra cấu trúc vi mô và thử độ cứng trước khi đưa vật liệu vào sản xuất.

Các yếu tố ảnh hưởng và phương pháp kiểm soát

Ảnh hưởng của thành phần hóa học

Hàm lượng cacbon là yếu tố thành phần chính ảnh hưởng đến quá trình cầu hóa, với thép cacbon cao hơn chứa nhiều thể tích pha cacbua hơn, cần nhiều thời gian hơn để cầu hóa hoàn toàn. Hàm lượng cacbon điển hình dao động từ 0,3% trong thép cacbon trung bình đến hơn 1,5% trong thép dụng cụ.

Crom, molypden và vanadi làm chậm đáng kể quá trình cầu hóa bằng cách tạo thành các cacbua ổn định chống lại sự hòa tan và kết tủa lại. Các nguyên tố này có thể tăng thời gian cầu hóa cần thiết lên 50-300% so với thép cacbon thông thường.

Các phương pháp tối ưu hóa thành phần bao gồm giảm thiểu các thành phần tạo thành cacbua khi có thể hoặc điều chỉnh các thông số hình cầu hóa để phù hợp với các hiệu ứng của chúng. Trong một số trường hợp, có thể cần nhiều chu kỳ hình cầu hóa đối với thép hợp kim cao.

Ảnh hưởng của cấu trúc vi mô

Kích thước hạt trước ảnh hưởng đáng kể đến động học hình cầu, với các hạt ban đầu mịn hơn sẽ đẩy nhanh quá trình do diện tích ranh giới hạt tăng lên, tạo ra các vị trí hình thành hạt ưu tiên cho các cacbua hình cầu.

Sự phân bố pha trước khi hình cầu hóa ảnh hưởng đáng kể đến kết quả, trong đó perlite dạng phiến thường cần thời gian hình cầu hóa lâu hơn martensit đã tôi do khoảng cách khuếch tán lớn hơn trong các cấu trúc perlite.

Các tạp chất phi kim loại có thể đóng vai trò là các vị trí hình thành hạt không đồng nhất cho quá trình hình cầu hóa cacbua, có khả năng đẩy nhanh quá trình này nhưng cũng dẫn đến sự phân bố cacbua không đều, có thể ảnh hưởng đến các đặc tính cơ học và khả năng gia công.

Xử lý ảnh hưởng

Nhiệt độ xử lý nhiệt là rất quan trọng, với quá trình cầu hóa tối ưu thường xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn 20-30°C so với nhiệt độ tới hạn thấp hơn (A₁). Nhiệt độ cao hơn có nguy cơ hình thành austenit và hình thành perlit sau đó trong quá trình làm nguội, trong khi nhiệt độ thấp hơn kéo dài thời gian xử lý một cách không cần thiết.

Quá trình gia công cơ học trước khi hình cầu hóa có thể đẩy nhanh quá trình này bằng cách đưa vào các dải biến dạng và sai lệch đóng vai trò là đường khuếch tán và vị trí hình thành hạt cho cacbua hình cầu.

Tốc độ làm mát sau khi hình cầu hóa phải được kiểm soát để ngăn ngừa sự tái tạo cấu trúc dạng phiến. Làm mát chậm trong lò hoặc vật liệu cách nhiệt thường được khuyến nghị, với tốc độ làm mát tối đa là 20-30°C mỗi giờ trong phạm vi nhiệt độ tới hạn.

Các yếu tố môi trường

Nhiệt độ cao trong quá trình sử dụng có thể khiến các cacbua hình cầu trở nên thô hơn, có khả năng làm giảm độ bền và độ cứng theo thời gian. Hiệu ứng này trở nên đáng kể ở nhiệt độ trên khoảng 400°C đối với hầu hết các loại thép.

Môi trường ăn mòn có thể tấn công ưu tiên vào các giao diện ferit-cacbua trong các cấu trúc hình cầu, có khả năng dẫn đến sự phân hủy nhanh hơn so với các cấu trúc vi mô đồng nhất hơn.

Các tác động phụ thuộc vào thời gian bao gồm những thay đổi về tính chất cơ học tiềm ẩn trong quá trình lưu trữ hoặc sử dụng lâu dài, đặc biệt nếu vật liệu trải qua chu trình nhiệt có thể làm thay đổi hình thái hoặc sự phân bố của cacbua.

Phương pháp cải tiến

Quá trình hình cầu hóa tuần hoàn, bao gồm việc gia nhiệt xen kẽ ở trên và dưới nhiệt độ A₁, có thể đẩy nhanh quá trình bằng cách tạo thêm các vị trí hạt nhân và tăng cường các con đường khuếch tán. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả đối với thép hợp kim cao.

Biến dạng có kiểm soát trước hoặc trong quá trình hình cầu hóa có thể tăng cường quá trình thông qua sự gia tốc do ứng suất gây ra của các quá trình khuếch tán. Phương pháp này đôi khi được gọi là "làm việc ấm" và có thể giảm thời gian ủ cần thiết xuống 30-50%.

Các chiến lược làm mát được tối ưu hóa, chẳng hạn như làm mát theo từng bước hoặc giữ đẳng nhiệt ngay dưới nhiệt độ A₁, có thể cải thiện tính đồng nhất của quá trình cầu hóa và giảm tổng thời gian quy trình đồng thời đảm bảo chuyển đổi hoàn toàn các cấu trúc dạng phiến.

Các điều khoản và tiêu chuẩn liên quan

Các thuật ngữ liên quan

Xi măng hình cầu đề cập cụ thể đến các hạt cacbua tròn được hình thành trong quá trình hình cầu hóa, tập trung vào khía cạnh hình thái hơn là quá trình. Thuật ngữ này thường được sử dụng khi mô tả các đặc điểm cấu trúc vi mô có thể nhìn thấy trong quá trình kiểm tra kim loại học.

Ủ mềm là thuật ngữ rộng hơn bao gồm nhiều phương pháp xử lý nhiệt khác nhau được thiết kế để giảm độ cứng, trong đó ủ cầu là một loại cụ thể được tối ưu hóa cho thép hợp kim và thép có hàm lượng cacbon cao, trong đó việc kiểm soát hình thái cacbua là rất quan trọng.

Ủ dưới tới hạn mô tả các phương pháp xử lý nhiệt được thực hiện dưới nhiệt độ tới hạn thấp hơn (A₁), bao gồm ủ hình cầu cũng như ủ quy trình và xử lý giảm ứng suất. Mối quan hệ này làm nổi bật chế độ nhiệt độ hơn là mục tiêu vi cấu trúc.

Tiêu chuẩn chính

ASTM A1033 cung cấp thông lệ tiêu chuẩn để đo định lượng hiện tượng cầu hóa trong thép cacbon cao, đưa ra các phương pháp chuẩn hóa để đánh giá mức độ cầu hóa bằng các kỹ thuật kim loại học và phân tích hình ảnh.

SAE J1268 đề cập đến xử lý nhiệt các bộ phận thép, bao gồm các hướng dẫn cụ thể về ủ cầu hóa các loại thép khác nhau được sử dụng trong các ứng dụng ô tô, với phạm vi nhiệt độ chi tiết và kết quả tính chất dự kiến.

Tiêu chuẩn ISO 683 đề cập đến thép có thể xử lý nhiệt, thép hợp kim và thép dụng cụ, với các phần cụ thể bao gồm các yêu cầu ủ hình cầu cho các phân loại thép khác nhau. Các tiêu chuẩn này thường khác với ASTM ở các khuyến nghị về nhiệt độ cụ thể và hệ thống phân loại.

Xu hướng phát triển

Nghiên cứu hiện tại tập trung vào các quá trình cầu hóa tăng tốc, bao gồm các phương pháp gia nhiệt cảm ứng có thể rút ngắn thời gian xử lý từ nhiều giờ xuống còn vài phút thông qua kiểm soát nhiệt độ chính xác và cơ chế khuếch tán tăng cường.

Các công nghệ mới nổi bao gồm hệ thống thị giác máy tính và trí tuệ nhân tạo để đánh giá tự động chất lượng hình cầu hóa, cho phép kiểm soát quy trình theo thời gian thực và đánh giá chất lượng nhất quán mà không cần sự giải thích của chuyên gia về kim loại học.

Những phát triển trong tương lai có thể bao gồm các phương pháp xử lý hình cầu hóa được thiết kế riêng cho các thành phần thép được sản xuất bằng công nghệ bồi đắp, giải quyết những thách thức đặc biệt của các cấu trúc vi mô không cân bằng và cho phép cải thiện khả năng gia công các bộ phận in 3D phức tạp trong khi vẫn duy trì độ chính xác về mặt hình học.