Thực hành xử lý nhiệt

Hỏng hóc do nhiệt luyện là lỗi đắt đỏ nhất

Nguyên liệu nhập kho → cắt → roughing → finishing → nhiệt luyện → mài → kiểm tra. Nhiệt luyện nằm ở giai đoạn sau của quy trình. Nghĩa là lỗi phát sinh sau khi đã tốn nhiều chi phí gia công. Ngoài ra, vì phần lớn được giao thầu nên việc phát hiện chậm, và dễ phát sinh tranh cãi về trách nhiệm: "Lỗi do nhiệt luyện của anh hay do nguyên liệu của em?"

Cách giảm thiểu lỗi thực tế có thể tóm tắt thành ba điểm: ghi rõ chỉ thị, lưu lại hồ sơ, phát hiện sớm.

1. Bốn loại lỗi chính nhìn chung

2. Độ cứng không đủ — kiểm tra nguyên nhân theo thứ tự

Khi độ cứng không đạt, nếu nghi ngờ ngẫu nhiên sẽ mất thời gian. Hãy thu hẹp theo thứ tự nguyên liệu → làm nóng → làm lạnh → làm nóng lại.

> "Điểm mềm (soft spot)" là tình trạng chỉ một phần của chi tiết có độ cứng thấp. Nguyên nhân có thể là màng hơi nước bám lâu ở vị trí đó trong quá trình làm lạnh, hoặc không tiếp xúc chất làm lạnh do bị kẹp giữ, hoặc lớp oxy hóa dày còn lại. Chỉ đo độ cứng tại một điểm là không thể phát hiện được.

3. Biến dạng — không thể loại bỏ hoàn toàn, chỉ có thể quản lý

Quá trình làm lạnh luôn đi kèm với sự thay đổi thể tích. Mục tiêu "biến dạng bằng 0" là không thể đạt được. Mục tiêu thực tế là giới hạn biến dạng trong một phạm vi có thể dự đoán được và có thể điều chỉnh bằng gia công sau.

Nguyên nhân

• Ứng suất dư do gia công — ứng suất được cắt bỏ nhiều trong quá trình roughing sẽ giải phóng khi làm nóng, gây cong vênh
• Hình dạng không đối xứng, độ dày thay đổi đột ngột — phía dày và phía mỏng làm lạnh với tốc độ khác nhau
• Làm nóng không đều — vị trí trong lò, tăng nhiệt độ đột ngột
• Phương pháp xếp, treo chi tiết — treo chi tiết dài nằm ngang sẽ bị cong do trọng lượng bản thân
• Mở rộng do biến đổi martensite — sự khác biệt thời điểm biến đổi giữa các vị trí

Biện pháp

> Một nguyên tắc thực tế: "Không tạo kích thước hoàn chỉnh trước khi nhiệt luyện." Hầu hết các khiếu nại lặp lại từ các nhà cung cấp của BongJin đều do không tuân thủ nguyên tắc này.

4. Nứt — đây là lỗi phải loại bỏ

Điều kiện phát sinh (càng chồng chéo càng nguy hiểm)

• Quá nhiệt — nhiệt độ austenit hóa quá cao khiến kích thước hạt lớn
• Làm lạnh nhanh — làm lạnh bằng nước, đặc biệt là nước ở nhiệt độ thấp
• Hình dạng — góc cạnh nhọn, thay đổi độ dày đột ngột, lỗ gần bề mặt, góc cạnh của rãnh không có bán kính R
• Trễ thời gian làm nóng lại — để yên chi tiết sau khi làm lạnh
• Lỗi vật liệu — tạp chất, phân bố không đều, lớp mất carbon trước đó, hàm lượng carbon vượt quá giới hạn trên
• Nhầm lẫn vật liệu — sử dụng thép carbon cao trong điều kiện thép hợp kim thấp và làm lạnh bằng nước

Biện pháp

• Giảm khả năng làm lạnh một cấp (nước → polymer → dầu). Nếu vẫn cần độ cứng, hãy tăng khả năng cứng hóa của vật liệu.
• Thêm bán kính R trong thiết kế. Hầu hết các vết nứt do nhiệt luyện bắt đầu từ bản vẽ, không phải từ lò nhiệt luyện. Góc cạnh nhọn, độ dày thay đổi đột ngột, lỗ đi qua gần bề mặt.
• Làm nóng lại ngay sau khi làm lạnh. Di chuyển chi tiết đến lò làm nóng lại ngay trước khi chi tiết hoàn toàn nguội.
• Đối với chi tiết thấm carbon, thay vì làm lạnh trực tiếp, làm lạnh chậm sau đó làm nóng lại để làm nhỏ kích thước hạt.
• Kiểm tra từ tính (MT) sau nhiệt luyện là quy trình kiểm tra tiêu chuẩn. Những vết nứt nhỏ không nhìn thấy bằng mắt thường sẽ được phát hiện. Đối với vật liệu không từ tính, sử dụng kiểm tra thấm (PT).

> Vết nứt không thể sửa chữa bằng hàn hoặc nhiệt luyện lại. Khi phát hiện vết nứt, hãy loại bỏ và điều tra nguyên nhân để ngăn chặn lô tiếp theo.

5. Mất carbon — âm thầm làm giảm tuổi thọ mỏi

Khi để lâu trong môi trường oxy hóa (không khí) ở nhiệt độ cao, carbon trên bề mặt thép sẽ phản ứng với oxy và bị mất đi. Chỉ bề mặt bị thiếu carbon nên dù đã làm lạnh, lớp đó vẫn không cứng.

Tại sao lại nguy hiểm: Hầu hết các phá hủy mỏi của chi tiết đều bắt đầu từ bề mặt. Khi bề mặt mềm đi, độ bền mỏi giảm mạnh. Đặc biệt là ở lò xo, răng bánh răng, phần ren của ốc vít.

Biện pháp

• Kiểm soát môi trường — sử dụng khí biến đổi hấp thụ nhiệt (RX), lò ngâm muối, lò chân không
• Giảm thời gian làm nóng — không để quá lâu
• Loại bỏ bằng gia công — để lại khoảng trống lớn hơn độ sâu dự kiến của lớp mất carbon và mài sau nhiệt luyện
• Phủ chống gỉ và sơn phủ — sơn chống oxy hóa
• Kiểm tra — đánh bóng và ăn mòn (etching) mặt cắt để quan sát dưới kính hiển vi hoặc đo độ cứng từ bề mặt

[Phán đoán mất carbon — dây thép lò xo]

  Độ sâu 0.00mm   HV 320   ← Độ cứng bề mặt bất thường thấp
  Độ sâu 0.05mm   HV 410
  Độ sâu 0.10mm   HV 520
  Độ sâu 0.20mm   HV 610
  Lớp sâu bên trong   HV 620   (độ cứng bình thường)

  Phán đoán: Lớp mất carbon một phần từ bề mặt đến khoảng 0.15mm
            Quy định bản vẽ cho phép "mất carbon một phần dưới 0.05mm" → Không đạt

6. Quản lý nhiệt luyện ngoài thầu — hãy ghi hết vào đơn đặt hàng

Cấu trúc thực tế của BongJin như sau. Chủ đơn đặt hàng đưa yêu cầu, nhà thầu cấp một gia công, và nhiệt luyện lại được giao thầu. Các điều kiện được truyền miệng sẽ bị mất đi ở đâu đó.

Đơn yêu cầu nhiệt luyện — nếu mục này trống, sẽ không có cơ sở khiếu nại

 Tên sản phẩm / Số bản vẽ     : BRK-2210 / Rev.C
 Vật liệu            : SCM440   (Gắn kèm bản sao số lô)
 Số lượng / Số lô     : 320 EA / L-260804
 Nội dung xử lý       : Quenching  (Làm lạnh bằng dầu ở 850°C → làm nóng lại ở 580~620°C bằng nước)
 Độ cứng yêu cầu       : HRC 28~32
 Vị trí đo độ cứng  : Mặt ngoài đường kính phớt, sau khi mài 0.5mm, đo 3 điểm
 Độ cứng sâu có hiệu lực    : Không áp dụng
 Biến dạng cho phép       : Với chiều dài toàn bộ 400mm, độ cong không vượt quá 0.30mm
 Cho phép mất carbon       : Không có lớp mất carbon hoàn toàn / Lớp mất carbon một phần dưới 0.05mm
 Kiểm tra nứt       : Kiểm tra từ tính (MT) toàn bộ, nộp kết quả
 Xử lý sau       : Phủ dầu chống gỉ, xếp trên pallet gỗ, tách biệt trên dưới
 Tài liệu nộp       : Hồ sơ nhiệt luyện (biểu đồ nhiệt độ-thời gian), hồ sơ độ cứng, hồ sơ MT
 Phê duyệt mẫu đầu tiên       : Phê duyệt sau khi xử lý 3 mẫu đầu tiên rồi mới tiến hành sản phẩm chính

> Quy trình phê duyệt mẫu đầu tiên (3~5 mẫu đầu tiên) là biện pháp phòng thủ hiệu quả nhất. Nếu xử lý 320 sản phẩm rồi độ cứng không đạt, sẽ mất 320 sản phẩm, nhưng nếu kiểm tra 3 mẫu thì chỉ mất 3 mẫu.

Danh sách kiểm tra

• Giải phóng ứng suất trước khi nhiệt luyện (nếu lượng roughing lớn)
• Gửi sản phẩm ở trạng thái có khoảng trống gia công, không phải kích thước hoàn chỉnh
• Ghi rõ vị trí và phương pháp đo độ cứng trong đơn yêu cầu
• Thêm quy trình phê duyệt mẫu đầu tiên
• Lưu giữ hồ sơ nhiệt luyện (biểu đồ nhiệt độ-thời gian)
• Kiểm tra từ tính (MT) được đưa vào quy trình sau nhiệt luyện
• Đo độ cứng tại nhiều điểm, không chỉ một điểm
• Thảo luận với thiết kế để xác định xem vị trí R, độ chênh lệch, lỗ trên bản vẽ có phải là hình dạng gây nứt không