Nhiệt luyện khử ứng suất là một quy trình quan trọng trong ngành cơ khí và luyện kim giúp loại bỏ các ứng suất dư tồn tại trong kim loại sau quá trình gia công, hàn, hoặc xử lý nhiệt để cải thiện tính chất cơ học, đảm bảo độ bền và sự ổn định cho kim loại. Hãy cùng tìm hiểu những phương pháp khử ứng suất phổ biến trong bài viết dưới đây nhé!

Nhiệt luyện khử ứng suất là gì?

Đây là phương pháp được sử dụng để loại bỏ ứng suất còn lại trong vật liệu sau các công đoạn gia công trước đó. Điều này giúp phân biệt rõ ràng giữa nhiệt luyện khử ứng suất và nhiệt luyện sau hàn.

Trong khi nhiệt luyện khử chỉ nhằm mục đích giảm bớt ứng suất thì nhiệt luyện sau hàn không chỉ giảm ứng suất mà còn cải thiện cấu trúc vi mô hoặc tính chất của vùng mối hàn. Ví dụ, các sản phẩm thép ferrite sau khi hàn thường được nhiệt luyện thêm để tăng cường độ dai va đập của vùng ảnh hưởng nhiệt (Heat Affected Zones – HAZ). Tương tự, thép austenitic và các hợp kim màu cũng trải qua nhiệt luyện sau hàn để nâng cao khả năng chống ăn mòn.

Quá trình nhiệt luyện khử ứng suất bao gồm gì?

Quá trình nhiệt luyện bao gồm việc nung nóng đồng đều toàn bộ hoặc một phần của chi tiết đến một nhiệt độ phù hợp, thấp hơn điểm chuyển biến (như nhiệt độ Ac1 đối với thép ferrite). Sau đó, giữ chi tiết ở nhiệt độ đó trong một khoảng thời gian nhất định và làm nguội từ từ để đạt được hiệu quả mong muốn.

Phương pháp này không chỉ giúp giảm ứng suất còn lại sau khi hàn mà còn có thể làm giảm độ sai lệch hình dạng và ứng suất lớn trên chi tiết, những yếu tố có thể ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của nó. Những ứng suất dư này có thể dẫn đến hiện tượng nứt vỡ do ăn mòn ứng suất (Stress Corrosion Cracking – SCC) ở gần mối hàn hoặc tại các phần chi tiết đã bị biến dạng nguội. Hơn nữa, biến dạng nguội cũng làm giảm đáng kể độ bền chống ăn mòn ở nhiệt độ cao của vật liệu.

Nguồn gốc của ứng suất dư từ đâu?

Có nhiều nguyên nhân gây ra ứng suất dư trong vật liệu. Ứng suất dư có thể phát sinh trong quá trình gia công từ thỏi đúc đến sản phẩm hoàn thiện. Những công đoạn gia công có thể tạo ra ứng suất dư bao gồm cán, đúc, rèn, cũng như các quy trình như cắt, uốn, kéo, gia công cơ (như tiện, phay) và hàn,…

Thao tác uốn: Khi uốn các chi tiết dạng thanh ở nhiệt độ mà vật liệu không thể hồi phục (quá trình hồi phục – recovery – không xảy ra), bề mặt chi tiết sẽ hình thành các vùng ứng suất dư khác nhau. Một bên của chi tiết sẽ bị ứng suất kéo, trong khi bên đối diện sẽ chịu ứng suất nén.
Thao tác tôi: Khi tôi các chi tiết có chiều dày lớn, lớp bề mặt của chi tiết sẽ có ứng suất nén dư. Ứng suất nén dư này thường được cân bằng bởi ứng suất kéo dư bên trong thể tích của vật liệu.
Mài: Mài cũng có thể tạo ra ứng suất dư, có thể là ứng suất kéo hoặc ứng suất nén, tùy thuộc vào cách thức thực hiện mài. Dù các ứng suất dư sau mài thường chỉ tồn tại ở lớp bề mặt rất mỏng, chúng vẫn có thể làm cho các chi tiết mỏng bị cong vênh.
Hàn: Ứng suất dư sau khi hàn là một vấn đề nghiên cứu được quan tâm nhiều. Sự thay đổi nhiệt độ quá nhanh trong quá trình hàn có thể tạo ra ứng suất dư trải rộng trên toàn bộ chiều dài của chi tiết hoặc chỉ tập trung ở một số vùng nhỏ.

Các phương pháp nhiệt luyện khử ứng suất phổ biến

Dưới đây là các phương pháp nhiệt luyện khử ứng suất phổ biến nhất hiện nay:

Có nhiều phương pháp nhiệt luyện khử ứng suất

Ủ khử ứng suất

Ủ khử ứng suất là một phương pháp phổ biến để giảm thiểu ứng suất nội tại trong kim loại. Quá trình này bao gồm việc nung nóng kim loại đến nhiệt độ dưới điểm chuyển pha, giữ ở nhiệt độ đó trong một khoảng thời gian nhất định và sau đó làm nguội từ từ trong không khí hoặc lò.

Phương pháp này giúp giảm ứng suất sinh ra từ quá trình gia công cơ khí, hàn hoặc xử lý nhiệt trước đó. Nhiệt độ thông thường cho ủ khử ứng suất dao động từ 500 đến 700°C tùy thuộc vào loại vật liệu được xử lý. Phương pháp này thường áp dụng cho các loại thép, hợp kim nhôm và đồng.

Tôi thấp

Tôi thấp là phương pháp xử lý nhiệt để giảm ứng suất dư mà không làm thay đổi đáng kể cơ tính của vật liệu. Trong quá trình này, kim loại được nung đến nhiệt độ thấp hơn điểm chuyển pha, thường nằm trong khoảng từ 150 đến 400°C và giữ nhiệt độ này trong một khoảng thời gian nhất định trước khi làm nguội từ từ.

Phương pháp này thường áp dụng cho các chi tiết đã qua quá trình tôi để giảm ứng suất mà vẫn giữ được độ cứng của vật liệu.

Ủ tinh

Ủ tinh là phương pháp làm nóng kim loại đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ chuyển pha, sau đó làm nguội trong không khí. Quá trình này giúp giảm ứng suất dư và cải thiện cấu trúc tinh thể của vật liệu, từ đó nâng cao độ bền và độ dẻo dai của kim loại.

Nhiệt độ xử lý thường nằm trong khoảng 750 đến 900°C và phương pháp này thường được sử dụng cho các loại thép cacbon và thép hợp kim sau khi gia công hoặc hàn.

Ủ đẳng nhiệt

Ủ đẳng nhiệt là một phương pháp nhiệt luyện khử ứng suất bằng cách nung nóng kim loại đến nhiệt độ khử ứng suất và duy trì nhiệt độ này trong thời gian dài, sau đó làm nguội từ từ. Phương pháp này không chỉ giúp giảm ứng suất dư mà còn cải thiện cấu trúc tinh thể của vật liệu làm tăng độ bền và dẻo dai.

Nung cao tần

Nung cao tần là phương pháp sử dụng dòng điện cao tần để nung nóng bề mặt của chi tiết giúp giảm ứng suất nhanh chóng mà không ảnh hưởng đến cấu trúc sâu bên trong vật liệu. Sau khi nung nóng, chi tiết được làm nguội từ từ trong không khí.

Phương pháp này thường được áp dụng cho các chi tiết nhỏ, có hình dạng phức tạp hoặc các chi tiết mỏng đòi hỏi khử ứng suất cục bộ. Nhiệt độ nung có thể điều chỉnh linh hoạt tùy theo yêu cầu kỹ thuật.

>> Xem thêm:

Nhìn chung, nhiệt luyện khử ứng suất đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất và gia công vật liệu. Việc này giúp cải thiện chất lượng và độ bền của sản phẩm cuối cùng. Hy vọng với những thông tin trên đã giúp các bạn hiểu rõ về phương pháp này và áp dụng thành công!

Tin tức

Nhiệt luyện khử ứng suất là gì? Tổng hợp 05 phương pháp phổ biến