Bản chất của nhiệt luyện kim loại là làm thay đổi tính chất thông qua biến đổi tổ chức của vật liệu. Một quy trình nhiệt luyện bao gồm 3 giai đoạn: Nung, giữ nhiệt, làm nguội. Khi nung, tổ chức vật liệu sẽ thay đổi theo nhiệt độ, tuỳ thời điểm nâng, hạ nhiệt với các tốc độ khác nhau mà nhiệt luyện với các phương pháp khác nhau sẽ cho ra tính chất vật liệu mong muốn.
Để làm thay đổi mạnh hơn nữa các tính chất của kim loại và hợp kim, người ta còn kết hợp đồng thời các tác dụng của biến dạng dẻo và nhiệt luyện hay tác dụng hoá học và nhiệt luyện. Như vậy Nhiệt luyện (nói chung) bao gồm ba loại: Nhiệt luyện đơn giản, Cơ nhiệt luyện, Hoá nhiệt luyện.
Một số phương pháp xử lý nhiệt kim loại:
1. Nhiệt luyện
1.1. Ủ: là phương pháp nung chi tiết đến nhiệt độ xác định (200-3000C nếu ủ thấp; 600-7000C nếu ủ kết tinh lại…), giữ nhiệt, rồi làm nguội chậm (thường làm nguội trong lò) với mục đích khử ứng suất dư do quá trình làm nguội không đều trước đó gây ra, làm tổ chức đồng đều, giảm độ cứng, tăng độ dẻo, độ dai, ổn định chất lượng, làm đồng đều thành phần hoá học, phục hồi lại tính chất hoá lý ban đầu.
1.2. Thường hoá: là quá trình nung nóng như ủ nhưng làm nguội trong không khí tĩnh, nhằm tạo hạt nhỏ, đồng nhất về cấu trúc với độ bền và độ dai cao hơn ủ.
1.3. Tôi: là phương pháp nung nóng đến nhiệt độ chuyển biến, giữ nhiệt cho đồng đều hoá về tổ chức của vật liệu rồi làm nguội với tốc độ lớn trong môi trường (nước, dầu, nước muối…) để nhận được tổ chức không cân bằng có độ cứng cao, tăng thêm độ bền.
Tôi có 2 phương pháp: tôi thể tích là nung nóng toàn bộ vật tôi rồi làm nguội; tôi cục bộ, tôi bề mặt là nung nóng nhanh bề mặt đến nhiệt độ tôi, sau đó làm nguội nhanh hoặc nung nóng toàn bộ rồi làm nguội cục bộ phần cần tôi.
1.4. Ram: Sau khi tôi vật liệu dòn, dễ nứt vỡ nên thường phải ram để khử ứng suất giảm độ cứng, tăng độ dẻo, độ đàn hồi, độ dai va chạm. Ram là phương pháp nung vật liệu đến nhiệt độ ram (ram thấp 150-2500 C; ram vừa 300-4500 C; ram cao 500-6800C). Sau đó giữ nhiệt độ một thời gian cần thiết để mactenxit và austenit dư phân hoá thành các tổ chức thích hợp rồi làm nguội. Phần nhiều sau khi ram chi tiết được làm nguội trong không khí, tuy nhiên cũng có trường hợp sau khi ram phải làm nguội trong nước hoặc dầu để tránh hiện tượng dòn ram. Việc tính toán để khống chế thời gian giữ nhiệt cũng như nhiệt độ ram sẽ quyết định chất lượng chi tiết sau đó.
2. Hóa nhiệt luyện: Hoá nhiệt luyện là phương pháp làm bão hoà một số nguyên tố hoá học
trên lớp bề mặt kim loại để làm thay đổi thành phần hoá học, do đó làm thay đổi tính chất của lớp bề mặt đó.
2.1. Thấm cacbon: Mục đích của thấm cácbon là làm bão hoà cácbon lên lớp bề mặt kim loại nhằm làm tăng độ cứng cho lớp bề mặt chi tiết. Thường dùng cho các loại thép cácbon và hợp kim có hàm lượng cácbon thấp. Thấm cácbon có thể tiến hành ở thể rắn, lỏng, khí.
Thấm cácbon ở thể rắn đ-ợc dùng nhiều với nguyên liệu chủ yếu là than C=(80-90)% + chất xúc tác (BaCO3, CaCO3). Nung đến nhiệt độ thấm 900-9500C, giữ nhiệt một thời gian để cácbon nguyên tử thấm vào làm bảo hoà cácbon lên bề mặt chi tiết thấm. Lớp bề mặt thấm được (0,5-2)mm.
2.2. Thấm ni tơ: Thấm nitơ là phương pháp làm bão hoà nitơ vào lớp bề mặt chi tiết kim loại nhằm nâng cao độ cứng, độ dai va chạm, tính chống mài mòn, chống mỏi…
Vật liệu thấm nitơ thường dùng amôniac (NH3) nhiệt độ thấm 480-6500
NH3 à 3H + Nng.tử
Nitơ nguyên tử có hoạt tính mạnh, thấm vào bề mặt chi tiết. Lớp thấm mỏng (0,2-0,3)mm; độ cứng đạt được 67-72 HRC.
2.3. Thấm xianua:
Thấm xianua là quá trình làm bão hoà đồng thời cả cácbon và nitơ lên bề mặt chi tiết kim loại, nhằm nâng cao độ cứng, tính chịu mài mòn và giới hạn mỏi của lớp bề mặt chi tiết.
Quá trình thấm nitơ có thể ở nhiệt độ thấp 540-5600C hoặc ở nhiệt độ trung bình 840-8600C và nhiệt độ cao 900-9500C.
Vật liệu thấm dùng muối có gốc CN như NaCN, KCN…Chiều sâu lớp thấm < 0,1-0,2 mm.
