Ủ đẳng nhiệt áp dụng cho loại thép nào?

Lò xo cần có độ đàn hồi cao và khả năng chịu tải tốt. Nhiệt luyện thép thành tổ chức xoocbit (sorbite) sẽ tạo ra một cấu trúc tế vi mịn, dẻo dai và có độ bền cao, phù hợp cho các ứng dụng chịu tải và biến dạng đàn hồi như lò xo. Các tổ chức khác như bainit, trôxtit, peclit có thể có những đặc tính phù hợp cho các ứng dụng khác, nhưng không phải là lựa chọn tối ưu cho lò xo.

Giòn ram loại II (giòn ram không thuận nghịch) xảy ra ở thép hợp kim (Cr, Mn, Cr-Ni, Cr-Mn) khi làm nguội nhanh sau ram ở khoảng nhiệt độ 250-400°C. Nguyên nhân là do sự phân bố không đều của các nguyên tố hợp kim tại biên giới hạt austenite trước đây, tạo ra các vùng có nồng độ nguyên tố hợp kim cao và các vùng có nồng độ nguyên tố hợp kim thấp. Khi ram ở nhiệt độ thấp, các nguyên tố hợp kim này khuếch tán chậm, dẫn đến sự tập trung của chúng tại biên giới hạt, làm giảm độ bền liên kết giữa các hạt và gây ra giòn. * **A. Làm nguội chậm sau ram:** Làm nguội chậm giúp giảm ứng suất nhiệt và tạo điều kiện cho sự khuếch tán đồng đều hơn của các nguyên tố hợp kim, do đó giảm nguy cơ giòn ram loại II. * **B. Nung nóng quá chậm khi ram:** Tốc độ nung nóng khi ram ít ảnh hưởng đến giòn ram loại II. * **C. Nung nóng quá nhanh khi ram:** Tốc độ nung nóng khi ram ít ảnh hưởng đến giòn ram loại II. * **D. Làm nguội nhanh sau ram:** Làm nguội nhanh không cho phép các nguyên tố hợp kim khuếch tán và phân bố đồng đều, dẫn đến sự tập trung của chúng tại biên giới hạt và gây ra giòn ram loại II.

Chiều sâu lớp thấm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó quan trọng nhất là nhiệt độ và thời gian thấm. Nhiệt độ cao hơn giúp các nguyên tử khuếch tán nhanh hơn vào bề mặt vật liệu, và thời gian thấm dài hơn cho phép các nguyên tử này di chuyển sâu hơn vào bên trong. Do đó, tăng cả nhiệt độ và thời gian thấm sẽ là biện pháp hiệu quả nhất để tăng chiều sâu lớp thấm. * **A. Tăng nhiệt độ thấm:** Tăng nhiệt độ có thể tăng tốc độ khuếch tán, nhưng nếu không đủ thời gian, chiều sâu lớp thấm sẽ không đạt được tối đa. * **B. Tăng nồng độ chất thấm:** Nồng độ chất thấm ảnh hưởng đến lượng chất thấm có sẵn, nhưng không trực tiếp tác động đến chiều sâu lớp thấm bằng nhiệt độ và thời gian. * **C. Tăng cả nhiệt độ và thời gian thấm:** Đây là phương án tối ưu vì nó kết hợp cả hai yếu tố quan trọng nhất để tăng chiều sâu lớp thấm. * **D. Tăng thời gian thấm:** Tăng thời gian thấm có thể giúp tăng chiều sâu lớp thấm, nhưng hiệu quả sẽ hạn chế nếu nhiệt độ không đủ cao để thúc đẩy quá trình khuếch tán.

Nội năng (U) là tổng động năng và thế năng của tất cả các hạt cấu thành hệ. Do đó, nội năng đặc trưng cho năng lượng dự trữ của hệ gồm nhiều chất điểm chuyển động (nguyên tử, ion). Entanpy (H) là một hàm trạng thái nhiệt động, biểu thị tổng năng lượng của một hệ nhiệt động cộng với tích của áp suất và thể tích của nó (H = U + pV). Năng lượng tự do (F), còn gọi là năng lượng tự do Helmholtz, là một hàm trạng thái nhiệt động đo công hữu ích tối đa có thể thu được từ một hệ nhiệt động ở nhiệt độ và thể tích không đổi. Entropy (S) là một đại lượng đo mức độ hỗn loạn hoặc ngẫu nhiên của một hệ.

Câu hỏi đề cập đến mác thép C20 và khả năng chế tạo chi tiết kích thước lớn. Thép C20 là thép carbon thấp. * **Độ thấm tôi** là khả năng đạt được độ cứng cao sau khi tôi ở chiều sâu của vật liệu. Thép có độ thấm tôi thấp sẽ chỉ cứng ở bề mặt sau khi tôi, trong khi phần bên trong vẫn mềm. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các chi tiết lớn, vì cần đảm bảo độ cứng đồng đều trên toàn bộ tiết diện. Thép C20 có hàm lượng carbon thấp, dẫn đến độ thấm tôi thấp. Do đó, khi chế tạo các chi tiết lớn bằng thép C20 và thực hiện quá trình nhiệt luyện (tôi), chỉ có lớp bề mặt đạt được độ cứng mong muốn, còn lõi bên trong vẫn mềm, làm giảm khả năng chịu tải và độ bền của chi tiết. Các lựa chọn khác không giải thích đầy đủ lý do tại sao C20 không phù hợp cho các chi tiết lớn: * **Độ cứng thấp (do ít các bon)**: Đúng là C20 có độ cứng thấp hơn so với thép có hàm lượng carbon cao hơn, nhưng độ cứng không phải là yếu tố duy nhất quyết định khả năng sử dụng cho chi tiết lớn. Độ thấm tôi quan trọng hơn trong trường hợp này. * **Độ bền thấp**: C20 có độ bền nhất định, nhưng độ thấm tôi thấp mới là vấn đề chính khi chế tạo chi tiết lớn. * **Không có nguyên tố hợp kim**: Thép hợp kim có độ thấm tôi tốt hơn, nhưng việc thiếu nguyên tố hợp kim không phải là nguyên nhân trực tiếp khiến C20 không thể dùng cho chi tiết lớn. Nguyên nhân chính vẫn là do hàm lượng carbon thấp dẫn đến độ thấm tôi kém. Do đó, đáp án chính xác nhất là **D. Độ thấm tôi thấp**.