Cách tôi sắt cho cứng. Khoa học về xử lý kim loại

  • vantrai 

I) Cách tôi sắt cho cứng

Các bác thợ rèn là những nhà luyện kim bậc thầy. Họ chế tạo từ những vật dụng hàng ngày như dao, kéo, nông cụ,…cho đến những tuyệt tác như những thanh kiếm của các Samurai Nhật Bản nổi tiếng sắc bén hay thanh gươm Damascus hàng nghìn năm không có vết gỉ. Thực tế thì những thợ rèn đầu tiên được coi như những thủy tổ của ngành luyện kim.

Chắc hẳn chúng ta đã có lần nhìn thấy – trực tiếp hay qua sách báo, truyền hình – khi rèn dao, các bác thợ rèn thường nung đỏ dao rồi nhúng vào chậu nước lạnh. Làm như vậy nhằm mục đích gì? Rất nhiều người trong chúng ta biết rằng, đó là thao tác “tôi” sắt (thép) để dao trở nên cứng cáp và sắc bén hơn. Nhưng hầu hết chúng ta không biết những gì xảy ra trong quá trình “nung đỏ – bỏ nước” ấy.

Cách tôi sắt cho cứng

1. Khoa học về xử lý kim loại

Khoa học về xử lý kim loại (thuộc luyện kim) gọi đó là thao tác “tôi” thép. Trong quá trình này, thép (con dao) được nung nóng lên nhiệt độ cao (khoảng trên 730 độ C – 800 độ C với đa số thép làm dao). Ở nhiệt độ cao này, sẽ có biến đổi về cấu trúc bên trong khối thép, toàn bộ khối vật liệu được nung nóng sẽ có cấu trúc đồng nhất và mềm dẻo mang tên là Austenite (gọi theo tên nhà khoa học Austen).

Người ta sẽ giữ khối thép trong lò than một lúc đủ lâu để toàn bộ khối thép chuyển biến hết về cấu trúc bên trong. Khi nhúng cả khối thép đang nóng đỏ như vậy vào nước lạnh, do nhiệt độ giảm đột ngột, bên trong khối thép sẽ chuyển sang cấu trúc có tên Martensite, là cấu trúc gồm các hình kim, có độ cứng rất cao. Vì lý do đó, dao thép sau khi “nung đỏ – bỏ nước” sẽ có độ cứng cao hơn rất nhiều so với bình thường và dĩ nhiên là sắc bén hơn.

2. Các công nghệ dùng nhiệt

Các công nghệ dùng nhiệt (nung nóng, làm nguội) để thay đổi tính chất vật liệu được nghiên cứu trong ngành “Nhiệt luyện” – một phần của Luyện kim & Kỹ thuật vật liệu hiện đại. Tất nhiên, các công nghệ Nhiệt luyện này được áp dụng không chỉ cho dao của bác thợ rèn mà cho hầu hết các vật phẩm của ngành cơ khí phục vụ đời sống của chúng ta: các chi tiết của xe máy, ô tô, máy móc công nghiệp,…

Còn rất nhiều khía cạnh khoa học trong quá trình rèn dao, ví dụ như vừa nung nóng vừa dùng búa đập lên dao. Việc này ngoài mục đích tạo hình dao, còn làm cho các hạt thép trong con dao “nhỏ” đi và khiến dao có độ bền cao hơn. Kỹ thuật hiện đại có hẳn một mảng nghiên cứu về các phương pháp này, gọi là “cơ – nhiệt luyện” (Kết hợp gia công cơ và nhiệt để cải thiện độ bền cho thép)

Và, các bác thợ rèn có kinh nghiệm biết rất rõ loại thép nào có thể tôi cứng, loại nào không thể tôi cứng dù có nung nóng đến độ nào đi nữa, họ cũng biết nên nung đến mức độ nào, giữ trong lò than bao lâu đối với các loại thép khác nhau. Những người lâu năm thậm chí chỉ cần nhìn ngọn lửa cũng biết bao nhiêu độ hoặc gõ vào thanh thép là biết có thể rèn ra dao sắc hay không.

Trong các sản phẩm gia công như linh kiện cơ cấu, công cụ gia công, linh kiện chức năng, v.v…, cũng có trường hợp không biến tổng thể thành độ cứng trung bình mà chỉ xử lý bề mặt tức là chỉ tăng cường độ cứng của bề mặt.

Xem thêm: Giàn giáo bao che, giáo H

Tôi thấm cacbon

Là phương pháp nhiệt luyện chỉ biến bề mặt thành thép cacbon cao bằng cách dẫn khí nitơ, metanol, propan vào trong lò, cho thấm cacbon trên bề mặt thép bằng cách điện phân khí.
Bằng cách thực hiện tôi/ram trên chất liệu này sẽ tạo ra sản phẩm chắc chắn, có bề mặt cứng hơn, vùng sâu có độ cứng phù hợp. Đây là xử lý làm cứng bề mặt tương đối sâu, đang được sử dụng rộng rãi trong các linh kiện ô tô, v.v…

Nitro hóa

Dẫn khí amoniac, v.v… vào trong lò, nitơ thẩm thấu vào bề mặt thép nhờ điện phân khí, làm hình thành tầng nitro hóa sâu.
Có rất nhiều loại như nitro hóa cứng, nitro hóa mềm khí, nitro hóa plasma, v.v… Đây là xử lý làm cứng bề mặt tương đối cạn, cứng hơn cả phương pháp thấm cacbon, đang được sử dụng rộng rãi trong các linh kiện như ổ trục, bánh răng, trục xi lannh, v.v…

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *