Mục đích của ủ cầu hóa là cải thiện khả năng tạo hình nguội của thép cacbon trung bình và thép hợp kim.
Tuy nhiên, khi đánh giá vật liệu tại hiện trường, người ta thường coi “tỷ lệ cầu hóa” như một chỉ tiêu duy nhất. Chỉ cần tỷ lệ cầu hóa và độ cứng đạt yêu cầu thì cho rằng vật liệu đó chắc chắn dễ dập đầu.
Thực tế sản xuất lại không hẳn như vậy.
Cùng một mác thép, độ cứng gần nhau, tỷ lệ cầu hóa cũng giống nhau, nhưng có loại vật liệu rất dễ dập, dễ tạo hình; còn có những loại khiến máy móc phải làm việc vất vả hơn, các vùng phức tạp khó lấp đầy, và sau quá trình sản xuất liên tục thì tải trọng lẫn kích thước cũng dễ biến động hơn.
Điều then chốt nằm ở:
Tỷ lệ cầu hóa giống nhau không đồng nghĩa với trạng thái tổ chức giống nhau, càng không đảm bảo hiệu quả dập nguội sẽ như nhau.
I. Tỷ lệ cầu hóa chỉ là một phần trong đánh giá tổ chức
Mục đích cốt lõi của ủ cầu hóa là biến các dạng cacbit bất lợi trong thép như dạng lớp, dạng chuỗi… thông qua các quá trình phân đoạn, hòa tan, tái kết tinh và kết tụ, dần dần chuyển thành cacbit dạng hạt hoặc gần hình cầu, phân tán đều trong nền ferit.
Ở đây, điều được thay đổi chủ yếu là hình dạng, kích thước và sự phân bố của cacbit.
Vì vậy, khi đánh giá tổ chức sau ủ cầu hóa, không thể chỉ dựa vào một tỷ lệ mà cần chú ý ít nhất ba khía cạnh sau:
- Hình dạng: Cacbit có tròn đều hay không, còn tồn tại các đặc trưng dạng lớp, dạng chuỗi hay dạng mạng lưới không;
- Kích thước: Hạt có quá mịn, quá dày đặc không, có xuất hiện cục bộ cacbit lớn không;
- Phân bố: Cacbit có phân bố đồng đều không, bề mặt, vùng nửa đường kính giữa và lõi có thống nhất không.
Đặc biệt cần lưu ý:
Cacbit không phải càng mịn càng tốt, cũng không phải càng thô càng xấu.
Nếu hạt quá mịn, quá dày đặc, có thể làm tăng lực cản biến dạng của vật liệu; còn nếu cục bộ quá lớn hoặc tập trung thành từng cụm, lại dễ gây ra sự không đồng bộ trong biến dạng.
Chính sự phối hợp giữa kích thước hạt cacbit, khoảng cách giữa các hạt và trạng thái phân bố mới quyết định hiệu quả dập nguội.
II. Cùng tỷ lệ cầu hóa, trạng thái của ferit vẫn có thể khác nhau
Tổ chức sau ủ cầu hóa không chỉ bao gồm cacbit.
Trong quá trình dập nguội, cacbit ảnh hưởng đến sự biến dạng của vật liệu, còn nền ferit đảm nhận phần lớn dòng chảy dẻo.
Kích thước hạt ferit, mức độ mềm hóa có đủ không, lượng biến cứng gia công còn sót lại và độ đồng đều của tổ chức đều tác động đến việc vật liệu có dễ dập hay không.
Ngay cả khi áp dụng cùng một quy trình ủ cầu hóa, nếu tổ chức ban đầu sau cán nóng của các nhà máy thép khác nhau thì hiệu quả cầu hóa cuối cùng và mức độ mềm hóa của nền ferit cũng có thể khác nhau.
Vì vậy, dù hai bản chụp hiển vi trông tương tự nhau, khả năng chảy thực tế của vật liệu trong khuôn vẫn có thể khác biệt.
III. Một trường nhìn không thể đại diện cho toàn bộ mặt cắt
Nếu chỉ chọn một vị trí, một trường nhìn để chụp ảnh kim tương, rất có thể sẽ không thấy được các vùng tập trung cục bộ, sự phân bố theo dải hoặc các lớp còn sót lại.
Một vị trí đạt yêu cầu không thể chứng minh rằng toàn bộ mặt cắt hoàn toàn đồng nhất; một mặt cắt đạt yêu cầu cũng không thể khẳng định rằng toàn bộ cuộn vật liệu không có biến động.
Để đưa ra đánh giá chuyên nghiệp hơn, cần xem xét:
- Sự khác biệt về tổ chức giữa lớp bề mặt, phần giữa bán kính và lõi;
- Các đoạn khác nhau của cuộn dây có giữ được tính đồng nhất hay không;
- Có mối quan hệ tương ứng nào giữa đoạn bình thường và đoạn bất thường hay không.
Đây cũng là lý do vì sao dù chứng nhận chất lượng vật liệu và tấm ảnh kim tương riêng lẻ đều đạt, nhưng tại hiện trường vẫn có thể xảy ra tình trạng rèn đầu khó khăn.
IV. Độ cứng gần như nhau, vậy tại sao vẫn có loại dễ rèn, loại khó rèn?
Độ cứng rất quan trọng, nhưng độ cứng chỉ là kết quả kiểm tra tại một số vị trí hạn chế.
Rèn nguội là quá trình biến dạng dẻo lớn liên tục. Vật liệu không chỉ phải bắt đầu chảy mà còn phải chịu đựng mức độ biến dạng ngày càng tăng cùng với hiện tượng hóa bền do gia công ở các bước tiếp theo.
Vì vậy, hai lô vật liệu có độ cứng tương đương có thể cho hiệu suất khá giống nhau ở bước đầu tiên; nhưng khi tiến vào các bước có mức độ biến dạng cao hoặc tạo hình phức tạp, tải trọng, độ đầy phôi và sự tăng nhiệt khuôn lại dần dần tạo ra khoảng cách rõ rệt.
Tuy nhiên, nếu máy móc hoạt động nặng nề thì cũng chưa thể ngay lập tức quy kết đó là vấn đề của vật liệu.
Tình trạng khuôn, nguồn cung cấp bôi trơn, độ cứng của thiết bị, độ đồng trục và nhiệt độ trong quá trình sản xuất liên tục cũng ảnh hưởng đáng kể đến tải trọng thực tế.
V. Cuối cùng phải xem tổ chức và thực tế tại hiện trường có phù hợp với nhau hay không
Để đánh giá xem tổ chức cầu hóa có phù hợp với quá trình rèn nguội thực tế hay không, không thể chỉ dựa vào tỷ lệ cầu hóa, độ cứng hay một tấm ảnh kim tương đơn lẻ.
Phương pháp đánh giá hiệu quả hơn là kết hợp các thông tin sau đây:
- Tổ chức kim tương và sự phân bố độ cứng;
- Sự khác biệt giữa đoạn bình thường và đoạn bất thường;
- Sự thay đổi tải trọng trên thiết bị rèn nguội;
- Độ đầy phôi, kích thước sản phẩm và sự tăng nhiệt khuôn;
- Vị trí công đoạn, thời gian xuất hiện bất thường và khu vực cuộn dây.
Vật liệu có thực sự tốt hay không cuối cùng phải được xác minh qua trạng thái chảy của vật liệu khi đi vào khuôn.
Quan điểm của kỹ sư
Tỷ lệ cầu hóa là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tổ chức cầu hóa, nhưng không phải là câu trả lời cuối cùng cho khả năng rèn nguội.
Thực chất điều quyết định vật liệu có dễ rèn hay không chính là hình thái, kích thước và sự phân bố của cacbit, trạng thái nền ferit, mức độ đồng đều của mặt cắt và cuộn dây, cũng như sự phù hợp giữa vật liệu và quy trình thực tế.
Vì vậy, trong chương 4 chỉ cần nhớ một câu:
Tỷ lệ cầu hóa phản ánh kết quả của một phần tổ chức; còn việc vật liệu có dễ rèn hay không thì phải kiểm tra khả năng biến dạng thực sự của toàn bộ tổ chức.
Nếu tỷ lệ cầu hóa và độ cứng đều đạt yêu cầu, nhưng vật liệu vẫn khó rèn, thì việc kiểm tra lặp lại cùng một vị trí thường không mang lại ý nghĩa gì. Cần tìm ra mối quan hệ thực sự giữa sự khác biệt về tổ chức, các đoạn vật liệu và những bất thường xuất hiện tại hiện trường.