Mọi nguyên công tạo hình đều để lại kim loại cứng hơn lúc ban đầu. Bẻ một dải thép qua lại, chỗ bẻ cứng dần rồi nứt: đó là hiện tượng cứng nguội nhìn thấy bằng tay. Ủ chính là thao tác đặt lại: nung chi tiết, giữ nhiệt, làm nguội, và cấu trúc tinh thể hồi phục để kim loại có thể tạo hình tiếp.
Ủ là gì?
Ủ là một quá trình xử lý nhiệt có kiểm soát: kim loại được nung đến nhiệt độ mà cấu trúc bên trong tái kết tinh, giữ đủ lâu để hoàn tất rồi làm nguội. Kết quả là giới hạn chảy thấp hơn, độ giãn dài lớn hơn và kim loại mềm hơn, với ứng suất bên trong do gia công nguội phần lớn được loại bỏ. Trong tạo hình kim loại, ủ được dùng như một bước trung gian: một cốc dập sâu sẽ rách ở công đoạn thứ hai hoặc thứ ba được ủ giữa các công đoạn để có thể dập sâu hơn. Nhiệt độ điển hình là khoảng 650-700 °C với thép dập sâu cacbon thấp, 400-600 °C với đồng và đồng thau tùy trạng thái ram, và trên 1.000 °C khi ủ hoàn toàn thép không gỉ austenit; khi chỉ cần loại bỏ ứng suất dư thì dùng mức thấp hơn 350-450 °C.
Vì sao tạo hình cần đến nó
- Cứng nguội - dập kéo giãn thành và nâng giới hạn chảy. Sau khi biến dạng đủ nhiều, kim loại không còn độ dẻo và nguyên công kế tiếp sẽ làm nó rách.
- Độ sâu dập - độ sâu mà một cốc đạt được trong một công đoạn bị giới hạn bởi đặc tính cứng nguội của vật liệu. Ủ giữa các công đoạn chính là điều giúp một chi tiết cao trở nên khả thi.
- Đàn hồi trở về - vật liệu đã ủ, mềm hơn thì đàn hồi trở về ít hơn, nên chi tiết có dung sai hình dạng chặt thường được ủ trước công đoạn tạo hình cuối chứ không phải sau.
- Khả năng tạo hình của nguyên công sau - chi tiết phải dập rồi uốn vành, hoặc dập rồi mở rộng, thường cần ủ ở giữa hai bước đó.
Bốn kiểu ủ xuất hiện trong báo giá
| Xử lý | Tác dụng | Dùng ở đâu |
|---|---|---|
| Ủ hoàn toàn | Tái kết tinh hoàn toàn; trạng thái mềm nhất | Trước lần dập đầu tiên nặng, hoặc để phục hồi vật liệu sau khi cán |
| Ủ trung gian (ủ quy trình) | Phục hồi độ dẻo giữa các công đoạn tạo hình | Cốc, vỏ và thân dập sâu nhiều công đoạn |
| Khử ứng suất | Loại bỏ ứng suất dư mà không làm mềm nhiều | Chi tiết gia công cần giữ phẳng, cụm hàn |
| Ủ sáng | Ủ trong môi trường khí có kiểm soát để không tạo vảy | Chi tiết thép không gỉ cần bề mặt sạch sau xử lý |
Nhiệt độ điển hình
| Vật liệu | Nhiệt độ ủ điển hình | Ghi chú |
|---|---|---|
| Thép cacbon thấp (DC01–DC04) | 650–700 °C | Ủ theo lô; tạo vảy nếu không kiểm soát khí quyển |
| Đồng C11000 | 400–600 °C | Trạng thái ram mềm hơn ở mức cao |
| Đồng thau (CuZn) | 400–600 °C | Đồng thau nhiều kẽm cần lưu ý để tránh mất kẽm |
| Thép không gỉ austenit 304 | 1.040–1.120 °C rồi tôi | Ủ hoàn toàn; 350–450 °C nếu chỉ cần khử ứng suất |
| Thép không gỉ ferit 430 | 750–850 °C | Ủ cũng ảnh hưởng đến tính chất từ |
| Hợp kim nhôm | 300–420 °C | Tùy hợp kim; một số mác được hóa già thay vì ủ |
Đây là các dải nhiệt độ điển hình đã công bố cho từng nhóm vật liệu, không phải công thức. Chu trình đúng phụ thuộc vào hợp kim, mức độ gia công nguội và tính chất cuối cùng yêu cầu, và thuộc về bản đặc tính xử lý nhiệt chứ không phải để người vận hành lò tự quyết.
Những gì nó thêm vào chương trình
- Thêm một nguyên công - mỗi lần ủ là một lần di chuyển, một chu trình lò và một lần quay lại máy dập, và báo giá ghi đúng như vậy.
- Xử lý nhiệt theo lô là thuê ngoài - tại Balford, xử lý nhiệt khối lượng lớn là quy trình đặt ngoài, và chúng tôi nói rõ điều đó thay vì ngụ ý rằng lò nằm trong nhà máy của mình.
- Vảy và làm sạch - ủ không có kiểm soát khí quyển để lại lớp vảy phải loại bỏ, và đó là nguyên công thứ hai chồng lên nguyên công thứ nhất.
- Biến dạng - chi tiết dập mỏng có thể biến dạng trong lò, nên đồ gá hoặc cách xếp hàng trở thành một phần của thiết kế quy trình.
- Độ cứng sau xử lý - bản vẽ có thể yêu cầu độ cứng hoặc ram cuối; đó là lần xử lý nhiệt thứ hai, không phải cùng một lần.
Điểm chính
Nếu chi tiết rách ở lần dập thứ hai hoặc thứ ba thì ủ giữa các công đoạn thường là câu trả lời: tốn một nguyên công và mua lại độ sâu. Hãy ghi rõ hợp kim, mức gia công nguội và các tính chất cần có sau đó, rồi để chu trình được đặt từ những dữ kiện ấy chứ không phải từ một nhiệt độ sao chép trong bảng.
Câu hỏi thường gặp
Ủ tác động gì đến kim loại?
Làm nó mềm ra. Nung đến nhiệt độ tái kết tinh rồi làm nguội sẽ loại bỏ tác dụng của gia công nguội, hạ giới hạn chảy, tăng độ giãn dài và giải phóng ứng suất bên trong để chi tiết có thể tạo hình tiếp.
Vì sao chi tiết dập sâu cần ủ?
Vì mỗi công đoạn dập đều làm cứng nguội thành chi tiết. Khi vật liệu không còn độ dẻo thì nó rách, nên người ta dùng ủ trung gian để phục hồi độ dẻo trước công đoạn kế tiếp.
Ủ có giống ủ thường hóa (normalizing) không?
Không. Ủ thường hóa cũng nung thép lên trên nhiệt độ tới hạn nhưng làm nguội trong không khí, tạo ra tổ chức mịn và bền hơn so với ủ hoàn toàn, vốn nguội chậm trong lò.
Ủ có làm thay đổi tính chất từ không?
Có thể. Ủ giải phóng ứng suất và có thể thay đổi hành vi từ của thép ferit và thép silic; đó là lý do nó xuất hiện trong các quy trình chắn từ và chi tiết từ mềm, và lý do chúng tôi coi ủ từ là một đặc tính riêng.