1. Giới thiệu

Xử lý nhiệt độ âm (xử lý âm, sâu)

Subzero Treatment (xử lý âm),

Cryogenic Treatment hoặc Cold treatment (gia công lạnh sâu).

1 Gia công lạnh

2.1. Austenit dư trong thép sau khi tôi

Để cải thiện tính chất của thép người ta tiến hành nhiệt luyện, quá trình này bao gồm nung nóng thép đến nhiệt độ austenit hóa và làm nguội nhanh để nhận được tổ chức mactenxit

Quá trình chuyển biến austenit sang mactenxit được diễn ra ở một nhiệt độ xác định, gọi là nhiệt độ bắt đầu chuyển biến mactenxit Ms. Đối với phần lớn thép, quá trình chuyển biến là đẳng nhiệt và diễn ra từ từ cho đến khi kết thúc nhiệt độ chuyển biến mactenxit hay còn gọi là M_f. Nhiệt độ Ms và M_f là những thông số đặc trưng của thép và có thể tìm thấy trong các tài liệu về nhiệt luyện.

Đối với thép hợp kim cao hoặc thép thấm cabon, gia công lạnh là một bước trong quá trình xử lý nhiệt. Quá trình này được thực hiện trong khoảng nhiệt độ từ -70^oC đến -120^oC, để chuyển biến austenit dư sang mactenxit. Như vậy quá trình gia công lạnh có tác dụng:

Austenit dư không ổn định ở nhiệt độ thường (25^oC) và sẽ chuyển biến từ từ theo thời gian. Với hầu hết các ứng dụng thông thường, đây không phải là vấn đề. Tuy nhiên, với các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác rất cao, quá trình chuyển biến này có thể dẫn đến sự thay đổi kích thước từ việc thay đổi kích thước mạng tinh thể của các pha khác nhau. Ổn định kích thước có thể được thực hiện bởi việc lặp đi lặp lại các quá trình gia công lạnh. Điều này là rất quan trọng với những dung sai lắp ghép yêu cầu độ chính xác rất nhỏ hoặc các mẫu chuẩn đo lường.

2.2. Quy trình gia công lạnh

Với hầu hết các loại thép, gia công lạnh được thực hiện trong khoảng nhiệt độ dưới M_f từ -30^oC đến -140^oC. Thời gian của quá trình gia công lạnh vào khoảng 1h/25mm theo tiết diện hoặc có thể tính từ 1-1,5 giờ sau khi đạt nhiệt độ yêu cầu. Sau đó, chi tiết được lấy ra ngoài và để nguội từ từ tới nhiệt độ môi trường. Có thể sử dụng quạt để tăng tốc độ đối lưu và giảm thời gian làm nguội.

Sau khi tôi, nếu thép được giữ một thời gian ở nhiệt độ môi trường hoặc nung đến nhiệt độ ram thì austenit dư sẽ ổn định, có nghĩa là sẽ khó để chuyển thành mactenxit hơn. Để quá trình chuyển biến austenit thành mactenxit đạt được tối đa, gia công lạnh nên được tiến hành ngay sau khi tôi và trước khi ram.

Lượng mactenxit mới hình thành với cacbon quá bão hòa không ổn định, dòn và dễ gây ra nứt. Vì thế, nhiều loại thép hợp kim cao cần được ram sơ bộ ở  khoảng nhiệt độ 100^oC-160 ^oC để ngăn ngừa nứt vỡ rồi sau đó mới đưa gia công lạnh và ram

3. Gia công lạnh sâu

Khả năng chịu mài mòn, độ dẻo dai, độ cứng và tính ổn định kích thước là những yêu cầu quan trọng đối với thép dụng cụ. Khả năng chịu mài mòn sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ của dụng cụ chế tạo từ thép hợp kim cao và tuổi thọ của chúng có thể được cải thiện đáng kể nhờ ứng dụng phương pháp gia công lạnh sâu. Khi nhiệt luyện đúng đắn kết hợp với gia công lạnh sâu với nhiệt độ và thời gian hợp lý, các tính chất của thép có thể đạt được vượt lên trên kết quả của quá trình chuyển biến austenit dư thành mactenxit.

Quá trình gia công lạnh sâu

Cũng giống như gia công lạnh, gia công lạnh sâu được tiến hành đối với thép đã được tôi. Nhiệt độ gia công lạnh sâu xung quanh -180^oC với thời gian dài từ 24-72h, sau đó làm ấm từ từ đến nhiệt độ môi trường. Tốc độ làm lạnh nằm trong khoảng 2,5-5^oC/phút, quá trình đưa chi tiết về nhiệt độ thường nên được thực hiện trong không khí động với tốc độ 1^oC/phút. Với những chi tiết có tiết diện dày, có thể cần được làm lạnh xuống nhiệt độ trung gian cho đồng đều nhiệt trên toàn bộ chi tiết trước khi tiếp tục làm nguội xuống. Quá trình này giúp việc ngăn chặn khả năng nứt vỡ của chi tiết. Sử dụng khí nitơ như là phương tiện truyền nhiệt sẽ cho phép kiểm soát được quá trình làm lạnh và nung nóng trở lại.