Làm thế nào để bạn làm cứng thép? Phương pháp, Các bước & Mẹo

Việc làm cứng vỏ thực sự có tác dụng gì đối với thép

Làm cứng vỏ là một quá trình xử lý nhiệt nhằm làm cứng bề mặt bên ngoài của bộ phận thép trong khi vẫn giữ cho lõi bên trong cứng và dẻo. Kết quả là tạo ra một thành phần có khả năng chống mài mòn và mỏi bề mặt ở bên ngoài nhưng có thể hấp thụ sốc và ứng suất mà không bị nứt ở bên trong. Sự kết hợp này chính xác là những gì các thành phần rèn và gia công thép yêu cầu trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe như bánh răng, trục cam, trục và dụng cụ cắt.

Lớp cứng bên ngoài - được gọi là "vỏ" - thường có phạm vi từ Độ sâu 0,1 mm đến hơn 3 mm , tùy thuộc vào phương pháp được sử dụng và thời gian phơi sáng. Lõi vẫn tương đối mềm, thường nằm trong khoảng 20–40 HRC, trong khi vỏ có thể đạt tới 58–65 HRC trong các quy trình được kiểm soát tốt. Cấu trúc vùng kép này không thể đạt được chỉ bằng cách làm cứng xuyên suốt, khiến cho việc làm cứng vỏ trở thành một kỹ thuật khác biệt và có tính thực tế cao trong rèn và sản xuất thép.

Điều đáng hiểu là không phải tất cả các loại thép đều phản ứng như nhau đối với quá trình làm cứng vỏ. Thép có hàm lượng carbon thấp (0,1%–0,3% carbon) là loại thép được làm cứng phổ biến nhất vì lõi của chúng vẫn dẻo sau khi xử lý. Thép carbon trung bình cũng có thể được xử lý, nhưng thay vào đó, thép carbon cao thường được làm cứng hoàn toàn vì lõi của chúng đã có khả năng đạt được độ cứng cao.

Các phương pháp chính được sử dụng để làm cứng thép

Có một số phương pháp đã được thiết lập để làm cứng vỏ thép, mỗi phương pháp phù hợp với các vật liệu khác nhau, yêu cầu về độ sâu của vỏ và môi trường sản xuất. Việc lựa chọn loại phù hợp phụ thuộc vào hợp kim thép cơ bản, độ cứng bề mặt mong muốn, dung sai kích thước và thiết bị sẵn có.

cacbon hóa

Carburizing là phương pháp làm cứng vỏ được sử dụng rộng rãi nhất cho các bộ phận rèn thép. Quá trình này bao gồm việc cho thép có hàm lượng cacbon thấp tiếp xúc với môi trường giàu cacbon ở nhiệt độ cao - điển hình là 850°C đến 950°C (1560°F đến 1740°F) - đủ lâu để cacbon khuếch tán vào bề mặt. Sau khi đã hấp thụ đủ lượng carbon, bộ phận này sẽ được làm nguội để khóa vào hộp cứng.

Có ba biến thể phổ biến của quá trình cacbon hóa:

• Cacbon hóa khí: Bộ phận này được đặt trong lò có môi trường khí chứa carbon, thường là khí thu nhiệt được làm giàu bằng khí tự nhiên hoặc propan. Đây là phương pháp có thể kiểm soát và mở rộng nhất, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp rèn ô tô và thép.
• Gói cacbon hóa: Phần thép được đóng gói trong một thùng chứa bằng vật liệu cacbon rắn (như than trộn với bari cacbonat) và đun nóng trong vài giờ. Đây là phương pháp công nghệ thấp vẫn được sử dụng trong các xưởng nhỏ hoặc đối với các hình dạng không đều.
• Chế hòa khí dạng lỏng (tắm muối): Bộ phận này được ngâm trong bể muối chứa xyanua nóng chảy. Phương pháp này nhanh và hiệu quả nhưng chứa các hóa chất độc hại nên ngày càng ít được sử dụng do lo ngại về môi trường và an toàn.

Một chu trình cacbon hóa khí điển hình để đạt được độ sâu trường hợp 1 mm trên thép cacbon thấp như AISI 8620 mất khoảng 8–10 giờ ở 930°C. Sau khi cacbon hóa, bộ phận này được làm nguội trong dầu hoặc nước, sau đó được tôi luyện ở nhiệt độ 150°C–200°C để giảm ứng suất nguội trong khi vẫn giữ được độ cứng bề mặt trên 60 HRC.

thấm nitơ

Thấm nitơ đưa nitơ vào bề mặt thép chứ không phải carbon. Nó hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể - 480°C đến 590°C (900°F đến 1095°F) - có nghĩa là độ biến dạng là tối thiểu và không cần phải dập tắt. Điều này làm cho quá trình thấm nitơ đặc biệt thích hợp cho các bộ phận chính xác và các bộ phận hoàn thiện trong đó độ chính xác về kích thước là rất quan trọng.

Trường hợp kết quả là nông hơn so với chế hòa khí (thường 0,1 mm đến 0,6 mm ), nhưng giá trị độ cứng bề mặt có thể vượt quá Tương đương 70 HRC (1100 HV) trong thép hợp kim có chứa các nguyên tố tạo nitrit như crom, molypden, nhôm và vanadi. Các loại thấm nitơ phổ biến bao gồm thép AISI 4140, 4340 và thép nitralloy.

Quá trình thấm nitơ khí sử dụng amoniac phân ly trong lò nung. Quá trình thấm nitơ plasma (ion) sử dụng sự phóng điện phát sáng để đưa nitơ vào và có thể xử lý các hình dạng phức tạp một cách đồng đều hơn. Quá trình thấm nitơ trong dung dịch muối (nitrit cacbon hóa ferritic) nhanh hơn và cải thiện cả khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn.

Làm cứng cảm ứng

Làm cứng cảm ứng không liên quan đến khuếch tán hóa học. Thay vào đó, nó sử dụng cảm ứng điện từ để làm nóng nhanh chóng bề mặt của một bộ phận thép lên trên nhiệt độ austenit hóa của nó, sau đó là làm nguội ngay lập tức. Quá trình này diễn ra cực kỳ nhanh - sự nóng lên bề mặt có thể xảy ra trong 1 đến 10 giây — và tạo ra vỏ martensitic cứng mà không ảnh hưởng đến lõi.

Phương pháp này yêu cầu thép cacbon trung bình (0,35%–0,55% cacbon) hoặc thép hợp kim đã có đủ cacbon để tạo thành martensite khi tôi. Nó thường được sử dụng cho trục, bánh răng, trục khuỷu và các bộ phận đường ray trong lĩnh vực rèn thép và ô tô. Độ sâu trường hợp thường dao động từ 1 mm đến 6 mm tùy thuộc vào tần số sử dụng và thời gian gia nhiệt.

Tần số cảm ứng cao hơn tạo ra trường hợp nông hơn; tần số thấp hơn thâm nhập sâu hơn. Tần số 10 kHz có thể đạt được trường hợp 3–5 mm, trong khi tần số 200 kHz chỉ có thể đạt 0,5–1 mm. Độ cứng thường đạt 55–62 HRC trên các loại thép được lựa chọn đúng cách.

Làm cứng ngọn lửa

Làm cứng ngọn lửa sử dụng ngọn lửa oxy-axetylen hoặc oxy-propan trực tiếp để làm nóng bề mặt thép nhanh chóng, sau đó làm nguội bằng nước. Đây là một trong những phương pháp làm cứng bề mặt chọn lọc lâu đời nhất và không cần thiết bị lò nung chuyên dụng. Kỹ thuật này hoạt động trên thép cacbon trung bình và thép hợp kim và thường được áp dụng cho các bộ phận lớn hoặc khó sử dụng - chẳng hạn như vật rèn lớn, đường dẫn máy và bánh xích - không thể dễ dàng lắp vào bên trong lò nung hoặc cuộn dây cảm ứng.

Độ sâu trường hợp với phạm vi làm cứng ngọn lửa rộng rãi từ 1,5 mm đến 6 mm và giá trị độ cứng 50–60 HRC là có thể đạt được. Tuy nhiên, quy trình này khó kiểm soát hơn quy trình làm cứng cảm ứng và để đạt được độ sâu vỏ nhất quán trên các hình dạng phức tạp đòi hỏi người vận hành phải có tay nghề cao.

Xyanua và cacbonit hóa

thấm cacbon đồng thời đưa cả carbon và nitơ vào bề mặt thép ở nhiệt độ 700°C đến 900°C . Nó thường được coi là sự kết hợp giữa cacbon hóa và thấm nitơ. Sự hiện diện của nitơ làm giảm mức độ làm nguội cần thiết, giảm sự biến dạng và cải thiện độ cứng. Độ sâu của vỏ thường nông hơn so với chế hòa khí hoàn toàn - 0,07 mm đến 0,75 mm - và nó được sử dụng rộng rãi cho các bộ phận có tiết diện mỏng, ốc vít và bánh răng nhỏ.

Xyanua sử dụng dung dịch natri xyanua lỏng để đưa cacbon và nitơ vào cùng một lúc. Mặc dù hiệu quả và nhanh chóng nhưng bản chất độc hại của muối xyanua đã khiến phương pháp này phần lớn trở nên lỗi thời ở hầu hết các quốc gia do các quy định về môi trường.

Quy trình từng bước chế hòa khí thép tại nhà hoặc tại cửa hàng

Đối với những người làm việc bên ngoài môi trường công nghiệp - trong xưởng rèn, xưởng máy nhỏ hoặc lò rèn tại nhà - chế hòa khí theo gói là phương pháp dễ tiếp cận nhất. Đây là hướng dẫn thực tế của quy trình.

1. Chọn thép phù hợp. Sử dụng thép có hàm lượng carbon thấp như 1018, 1020 hoặc A36. Thép có hàm lượng carbon cao không được hưởng lợi từ quá trình cacbon hóa theo cách tương tự. Phôi thép rèn được làm từ các loại có hàm lượng carbon thấp là nguyên liệu ban đầu phổ biến.
2. Làm sạch bộ phận kỹ lưỡng. Loại bỏ tất cả dầu, cặn, rỉ sét và ô nhiễm trên bề mặt. Các chất gây ô nhiễm đóng vai trò là rào cản đối với sự khuếch tán carbon và tạo ra độ sâu trường hợp không đồng đều.
3. Chuẩn bị hợp chất cacbon hóa. Trộn than gỗ cứng (nghiền thành 6–12 mm) với chất tạo năng lượng cacbonat - bari cacbonat ở mức 10–20% trọng lượng là truyền thống, mặc dù canxi cacbonat (bột đá vôi) hoạt động như một giải pháp thay thế an toàn hơn. Cacbonat phản ứng với cacbon monoxit trong thùng chứa để tạo ra CO₂, chất này quay trở lại CO và duy trì bầu không khí giàu cacbon.
4. Đóng gói thùng chứa. Đặt bộ phận bên trong hộp kim loại hoặc hộp kín (gang hoặc thép dày). Gói hợp chất than xung quanh bộ phận, đảm bảo có ít nhất 25 mm hợp chất ở tất cả các mặt. Bịt kín nắp bằng xi măng chịu lửa hoặc đất sét nung để giảm thiểu sự thoát khí.
5. Đun nóng trong lò. Đặt thùng chứa đã đóng gói vào lò nung và mang đến 900°C–950°C (1650°F–1740°F) . Duy trì nhiệt độ này trong thời gian ngâm cần thiết. Theo hướng dẫn sơ bộ, 1 giờ ở 900°C tạo ra độ sâu vỏ khoảng 0,25 mm; 8 giờ tạo ra khoảng 1 mm.
6. Dập tắt phần. Lấy bộ phận ra khỏi hộp khi vẫn còn nóng và làm nguội ngay trong dầu (dầu động cơ hoặc dầu làm nguội). Làm nguội bằng nước nhanh hơn nhưng làm tăng nguy cơ nứt. Làm nguội bằng dầu phù hợp với hầu hết các loại thép có hàm lượng carbon thấp và tạo ra độ cứng vỏ từ 58–63 HRC.
7. Nhiệt độ sau khi dập tắt. Hâm nóng bộ phận ở nhiệt độ 150°C–200°C (300°F–390°F) trong 1–2 giờ để giảm bớt áp lực bên trong do quá trình nguội. Điều này làm giảm độ giòn trong khi vẫn duy trì độ cứng bề mặt. Bỏ qua bước này có nguy cơ bị vi nứt.

Một thử nghiệm hiện trường thường được sử dụng để kiểm tra độ cứng của vỏ là thử giũa: một giũa mới, sắc sẽ trượt khỏi bề mặt mà không bị cắt nếu vỏ đã cứng hoàn toàn. Để đo chính xác hơn, kiểm tra độ cứng Rockwell (thang HRC) hoặc kiểm tra độ cứng vi mô Vickers trên mặt cắt ngang là các phương pháp tiêu chuẩn.

So sánh các phương pháp làm cứng vỏ: Tổng quan thực tế

Bảng dưới đây tóm tắt những điểm khác biệt chính giữa các phương pháp làm cứng trường hợp phổ biến nhất để giúp chọn quy trình phù hợp cho một ứng dụng nhất định.

Các loại thép phù hợp nhất cho việc làm cứng vỏ

Không phải mọi loại thép đều phản ứng với việc làm cứng vỏ theo cùng một cách. Việc lựa chọn vật liệu cơ bản ảnh hưởng đáng kể đến độ sâu vỏ có thể đạt được, độ bền của lõi và độ ổn định kích thước sau khi xử lý. Trong các ứng dụng rèn thép, việc kết hợp đúng cấp độ với quy trình làm cứng vỏ là điều cơ bản đối với hiệu suất của bộ phận.

Thép cacbon thấp để cacbon hóa

• AISI 1018/1020: Sự lựa chọn phổ biến và kinh tế nhất. Được sử dụng cho trục, chốt và các bộ phận rèn thép thông thường, nơi cần có khả năng chống mài mòn bề mặt nhưng phải kiểm soát chi phí. Dễ dàng gia công trước khi xử lý.
• AISI 8620: Thép hợp kim niken-crom-molypden được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bánh răng và trục. Nó được chế hòa khí một cách đáng tin cậy và mang lại độ bền lõi tuyệt vời sau khi xử lý nhiệt, khiến nó trở thành cấp chuẩn cho việc rèn thép của các bộ phận hệ thống truyền động.
• AISI 9310: Được sử dụng trong các ứng dụng hàng không vũ trụ và thiết bị hạng nặng hiệu suất cao. Cung cấp độ bền lõi đặc biệt và độ cứng của vỏ do hàm lượng niken cao.
• AISI 4118/4320: Các loại crom-molypden có độ cứng tốt. Được sử dụng trong các bánh răng truyền động và vật rèn đòi hỏi độ sâu vỏ sâu hơn và khả năng chống mỏi tốt hơn.

Thép hợp kim để thấm nitơ

• AISI 4140: Một loại thép crom-molypden linh hoạt đáp ứng tốt với quá trình thấm nitơ khí. Thường được sử dụng cho giá đỡ dụng cụ, trục xoay và trục chính xác trong thiết bị rèn thép.
• AISI 4340: Thép hợp kim niken-crom-molypden có độ bền cao. Sau khi thấm nitơ, nó đạt được sự kết hợp tuyệt vời giữa độ cứng bề mặt và độ dẻo dai của lõi. Phổ biến trong rèn hàng không vũ trụ và các thành phần cấu trúc.
• Nitralloy 135M: Được phát triển đặc biệt để thấm nitơ, có chứa nhôm như một nguyên tố tạo thành nitrit. Tạo ra một số giá trị độ cứng bề mặt cao nhất có thể đạt được thông qua quá trình thấm nitơ, thường vượt quá 1000 HV.

Thép cacbon trung bình dùng cho cảm ứng và làm cứng ngọn lửa

• AISI 1045: Một loại thép cacbon trung bình được sử dụng rộng rãi để làm cứng cảm ứng. Phổ biến trong trục, trục và rèn nông cụ. Đạt được 55–60 HRC trên bề mặt sau khi xử lý cảm ứng.
• AISI 4140/4340: Cũng thích hợp để làm cứng cảm ứng khi được làm nguội ở nhiệt độ bề mặt cao. Được sử dụng trong các chốt quay, rèn cổ khoan và các bộ phận kỹ thuật nặng.
• AISI 1060/1080: Hàm lượng carbon cao hơn khiến chúng phù hợp cho các ứng dụng đường ray và lò xo, nơi thực hiện quá trình làm cứng ngọn lửa trên các bề mặt tiếp xúc có độ mài mòn cao.

Làm cứng vỏ tương tác như thế nào với Rèn thép Quy trình

Trong sản xuất công nghiệp, việc làm cứng vỏ hầu như luôn là một hoạt động rèn sau. Rèn thép - dù là khuôn mở, khuôn đóng (khuôn dập) hay rèn cuộn - đều tinh chỉnh cấu trúc hạt của thép và điều chỉnh dòng hạt phù hợp với hình dạng bộ phận. Quá trình sàng lọc hạt này cải thiện các tính chất cơ học của thép trước khi áp dụng bất kỳ phương pháp xử lý nhiệt nào.

Sau khi rèn thép, các bộ phận thường được chuẩn hóa hoặc ủ để giảm bớt ứng suất rèn, sau đó được gia công thô đến kích thước gần như cuối cùng. Việc làm cứng vỏ được áp dụng ở giai đoạn này. Trình tự quan trọng: nếu một bộ phận được gia công hoàn thiện trước khi đông cứng vỏ, quá trình đông cứng có thể gây ra những thay đổi nhỏ về kích thước (biến dạng) khiến bộ phận đó vượt quá giới hạn dung sai. Hầu hết các nhà sản xuất đều coi việc mài hoặc gia công hoàn thiện là bước cuối cùng sau khi đông cứng.

Trong quá trình cacbon hóa vật rèn, cấu trúc hạt mịn được tạo ra trong quá trình rèn thép giúp hạn chế sự biến đổi khuếch tán carbon và hỗ trợ độ sâu vỏ đồng đều hơn trên các dạng hình học phức tạp. Vật rèn có cấu trúc hạt chặt chẽ cũng cho thấy khả năng chống mỏi tốt hơn trong vùng chuyển tiếp vỏ-lõi, đây là nơi các vết nứt mỏi thường bắt đầu dưới tải trọng theo chu kỳ.

Ví dụ, các bánh răng truyền động ô tô được sản xuất thông qua việc rèn thép khuôn kín bằng thép 8620 thường được cacbon hóa thường xuyên đến độ sâu trường hợp là 0,8–1,2 mm , làm nguội, tôi luyện và sau đó hoàn thiện mặt đất. Sự kết hợp giữa rèn và cacbon hóa này tạo ra các bộ phận có khả năng chịu được ứng suất tiếp xúc vượt quá 1500 MPa qua hàng triệu chu kỳ tải - hiệu suất mà không một quy trình nào có thể đạt được.

Kiểm soát độ sâu trường hợp và độ cứng nhất quán

Một trong những vấn đề phổ biến nhất trong việc tăng cứng chữ là độ sâu chữ không nhất quán. Điều này có thể gây ra mỏi bề mặt sớm, nứt vỡ hoặc nứt khi sử dụng. Một số biến số chi phối tính nhất quán của độ sâu trường hợp và việc kiểm soát chúng là điều tạo nên sự khác biệt giữa xử lý nhiệt chất lượng và thực hành kém.

Tính đồng nhất nhiệt độ trong lò

Độ dốc nhiệt độ trong lò trực tiếp chuyển thành sự thay đổi độ sâu trường hợp trong một lô. Một lô bánh răng được xử lý trong lò nung có Biến đổi nhiệt độ ±15°C sẽ thấy chênh lệch độ sâu trường hợp là 10–15% trong toàn bộ tải. Lò đốt cacbon khí công nghiệp thường được chỉ định để duy trì Độ đồng đều ±5°C khắp vùng làm việc. Hiệu chuẩn cặp nhiệt điện và đánh giá lò (theo tiêu chuẩn như AMS 2750 hoặc CQI-9) là thông lệ tiêu chuẩn trong các cơ sở xử lý nhiệt được kiểm soát chất lượng.

Kiểm soát tiềm năng carbon trong quá trình cacbon hóa khí

Trong quá trình cacbon hóa khí, thế năng cacbon của khí quyển lò phải được điều chỉnh cẩn thận. Thế năng carbon quá cao khiến mạng lưới cacbua bề mặt hình thành - cacbua sắt dạng tấm, giòn ở ranh giới hạt làm giảm đáng kể tuổi thọ mỏi. Thế năng carbon quá thấp dẫn đến lượng carbon bề mặt không đủ và vỏ không đủ cứng. Hầu hết các hệ thống lò đốt đều sử dụng đầu dò oxy (đầu dò shim stock hoặc đầu dò lambda) để liên tục theo dõi và điều chỉnh tiềm năng carbon, nhắm mục tiêu 0,8%–1,0% carbon bề mặt cho hầu hết các ứng dụng bánh răng và trục.

Mức độ nghiêm trọng của dập tắt và thiết kế cố định

Việc làm nguội không đồng đều là một nguyên nhân chính khác gây ra biến dạng và độ cứng không nhất quán. Các bộ phận đi vào môi trường làm nguội theo các hướng khác nhau hoặc nơi môi trường làm nguội chảy không đều xung quanh bộ phận sẽ nguội ở các tốc độ khác nhau và tạo ra các cấu trúc vi mô khác nhau ở các vùng khác nhau. Các thiết bị cố định được thiết kế phù hợp sẽ giữ các bộ phận một cách an toàn trong quá trình tôi và cho phép phương tiện dập tắt nhất quán truy cập vào tất cả các bề mặt. Nhiệt độ dầu trong quá trình làm nguội thường được duy trì ở mức 40°C–80°C (100°F–175°F) đối với hầu hết các ứng dụng rèn thép - dầu nguội nguội quá mạnh, dầu nóng nguội quá chậm.

Kiểm tra sau điều trị

Việc xác minh kết quả làm cứng vỏ được thực hiện thông qua thử nghiệm phá hủy và không phá hủy. Thử nghiệm phá hủy bao gồm việc cắt một mặt cắt ngang từ phiếu mẫu được xử lý cùng với lô sản xuất, sau đó đo độ cứng ở độ sâu tăng dần bằng máy đo độ cứng vi mô Vickers để tạo hồ sơ độ cứng. Độ sâu trường hợp hiệu quả được định nghĩa là độ sâu tại đó độ cứng giảm xuống 550 HV (khoảng 52 HRC) theo ISO 2639. Các phương pháp không phá hủy bao gồm phân tích tiếng ồn Barkhausen từ tính và kiểm tra dòng điện xoáy, có thể phát hiện các điểm bất thường về độ sâu vỏ và độ cứng bề mặt mà không cần cắt bộ phận.

Những sai lầm thường gặp khi làm cứng vỏ và cách tránh chúng

Hầu hết các lỗi trong quá trình xử lý trường hợp cứng rắn có thể bắt nguồn từ một số ít lỗi có thể tránh được. Nhận biết trước những lỗi này — dù làm việc trong xưởng sản xuất hay lò rèn nhỏ — sẽ ngăn ngừa việc làm lại tốn kém và loại bỏ bộ phận.

• Vật liệu nền sai: Cố gắng cacbon hóa thép cacbon cao mang lại ít lợi ích và có thể tạo ra mạng lưới cacbua giòn. Luôn xác nhận hàm lượng carbon của thép cơ bản trước khi chọn phương pháp làm cứng vỏ.
• Bỏ qua sự nóng nảy: Thép tôi mà không được ủ sẽ chịu áp lực bên trong rất lớn. Các bộ phận có thể bị nứt nhiều giờ sau khi tôi nguội nếu không được tôi luyện kịp thời. Luôn ủ trong vòng vài giờ sau khi nguội, ngay cả khi chỉ ngâm 1 giờ ở nhiệt độ 160°C.
• Gia nhiệt không đều trước khi nguội: Một bộ phận không có nhiệt độ austenit hóa đồng đều khi được làm nguội sẽ có cấu trúc vi mô không đồng nhất. Đảm bảo thời gian ngâm thích hợp ở nhiệt độ xử lý trước khi làm nguội. Những phần mỏng có thể chỉ cần ngâm 15–20 phút; rèn dày có thể cần một giờ hoặc hơn.
• Ô nhiễm bề mặt: Dầu, mỡ hoặc quá trình oxy hóa trên bề mặt bộ phận trước khi cacbon hóa sẽ tạo ra các vùng chết nơi cacbon không thể khuếch tán. Các bộ phận phải được tẩy dầu mỡ và phun cát nhẹ hoặc làm sạch trước khi xử lý.
• Trường hợp nhỏ hơn cho ứng dụng: Vỏ mỏng (0,2 mm) trên bánh răng chịu tải nặng sẽ bị thủng khi chịu lực tiếp xúc, làm lộ lõi mềm và gây mòn hoặc rỗ nhanh chóng. Hãy khớp thông số kỹ thuật về độ sâu của vỏ với áp suất tiếp xúc và tải trọng mà bộ phận sẽ thấy khi vận hành.
• Quá nhiều cacbon: Thời gian hoặc thế năng carbon quá mức sẽ tạo ra một lớp austenite và cacbua và austenite còn sót lại dày, màu trắng trên bề mặt. Lớp này có thể bong ra, làm giảm đáng kể độ bền mỏi hơn là cải thiện nó.

Các ứng dụng trong đó các bộ phận rèn thép cứng là tiêu chuẩn

Làm cứng trường hợp không phải là một phương pháp điều trị thích hợp. Nó được đưa vào các quy trình sản xuất tiêu chuẩn trong nhiều ngành công nghiệp dựa vào việc rèn thép cho các bộ phận kết cấu và cơ khí.

• Hộp số và vi sai ô tô: Bánh răng vành, bánh răng nhỏ và bánh răng mặt trời trong hộp số tự động được rèn từ thép 8620 hoặc 4320 và được chế hòa khí đến độ sâu vỏ 0,9–1,4 mm. Sự kết hợp giữa độ cứng bề mặt và độ dẻo dai của lõi giúp xử lý ứng suất tiếp xúc lặp đi lặp lại và tải sốc của hệ thống truyền động xe trên quãng đường hàng trăm nghìn km.
• Rèn kết cấu hàng không vũ trụ: Các bộ phận của thiết bị hạ cánh, trục truyền động và ổ trục trong máy bay thường được làm từ thép 4340, được thấm nitơ hoặc được cacbon hóa để mang lại khả năng chống mài mòn trong khi vẫn duy trì độ bền và độ bền cao theo yêu cầu của các thông số kỹ thuật hàng không vũ trụ như AMS 6415.
• Thiết bị khai thác mỏ và xây dựng: Các chốt ray, ống lót, răng gầu và chốt cần máy xúc được rèn từ thép hợp kim và vỏ được làm cứng để chống mài mòn khi tiếp xúc với đá và đất. Độ sâu vỏ từ 2–4 mm là phổ biến trong các ứng dụng này để mang lại độ bền trong các điều kiện cực kỳ khắc nghiệt.
• Trục khuỷu và trục cam: Trục khuỷu ô tô, thường được rèn từ thép 1045 hoặc thép vi hợp kim, được làm cứng cảm ứng ở các bề mặt cổ trục để đạt được độ cứng bề mặt cục bộ trong khi phần còn lại của trục vẫn giữ được độ dẻo dai. Độ cứng tạp chí 55–60 HRC giúp kéo dài tuổi thọ ổ trục một cách đáng kể so với các bề mặt chưa được xử lý.
• Dụng cụ cầm tay và dụng cụ cắt: Các dụng cụ đục, đục lỗ và khuôn làm từ thép 1020 có thể được cacbon hóa tại nhà để tạo ra lưỡi cắt cứng. Đây là một trong những ứng dụng lâu đời nhất của việc làm cứng vỏ và vẫn phù hợp với các thợ rèn và nhà chế tạo công cụ làm việc bên ngoài môi trường công nghiệp.