Trui thép là gì: vì sao nhúng nước và nhúng dầu cho kết quả khác nhau

Trui thép là nung thép tới nhiệt độ nhất định rồi làm nguội thật nhanh để thép cứng lên. Nhúng nước làm thép nguội nhanh hơn nhúng dầu, nên thép trui nước cứng mạnh hơn nhưng dễ cong vênh và nứt hơn; trui dầu nguội chậm và êm hơn, an toàn cho lưỡi mỏng và các loại thép hợp kim, đổi lại một số thép carbon thường sẽ không cứng hết. Chọn nước hay dầu tuỳ loại thép, độ dày và việc con dao sẽ làm, và đó là quyết định quan trọng nhất trong cả quy trình rèn dao.

Trui để làm gì

Khi nung thép carbon lên vùng đỏ anh đào, carbon hoà tan vào sắt. Nếu để nguội chậm, carbon có thời gian thoát ra, thép mềm trở lại. Nếu làm nguội đủ nhanh, carbon bị kẹt lại trong mạng sắt, tạo cấu trúc mactenxit rất cứng. Trui chính là cuộc chạy đua: với thép carbon thường, phải hạ nhiệt độ từ khoảng 800°C xuống dưới khoảng 500°C chỉ trong chừng một hai giây, trước khi carbon kịp thoát ra.

Mỗi loại thép có "tốc độ cần thiết" riêng. Thép carbon thường cần nguội rất nhanh; thép có thêm mangan, crôm, molypđen thì chậm hơn vẫn cứng được. Vì vậy câu hỏi "trui nước hay trui dầu" luôn bắt đầu bằng câu "thép gì".

Ba giai đoạn khi thép đỏ chạm chất lỏng

Nhúng thép đỏ vào nước, chuyện xảy ra không đơn giản là "nước làm mát thép". Có ba giai đoạn nối nhau:

1. Màng hơi: ngay khi chạm nước, một lớp hơi nước bọc quanh thép. Hơi dẫn nhiệt kém, nên trong giai đoạn này thép nguội khá chậm. Đây là giai đoạn nguy hiểm vì làm chậm đúng lúc cần nhanh nhất.
2. Sôi bọt: khi thép nguội bớt, màng hơi vỡ, nước chạm trực tiếp vào thép và sôi sùng sục. Đây là giai đoạn lấy nhiệt nhanh nhất.
3. Đối lưu: khi thép xuống dưới nhiệt độ sôi của chất lỏng, nhiệt chỉ truyền bằng dòng chảy, chậm lại.

Thợ rèn không gọi tên ba giai đoạn này, nhưng biết lắc phôi lên xuống trong nước để phá màng hơi. Một số thợ pha muối vào nước trui: nước muối làm màng hơi vỡ sớm hơn, nên thép nguội nhanh và đều hơn so với nước lã. Đó là lý do khoa học đằng sau một thói quen cũ.

Nước và dầu khác nhau ở đâu

Không có môi trường nào "tốt hơn" tuyệt đối. Có câu hay nói ở các xưởng: trui dầu mà thép cứng đủ thì đừng trui nước. Trui nước chỉ nên dùng khi thép thật sự cần tốc độ ấy.

Vì sao trui nước dễ nứt

Có hai lực cùng xé thép khi trui:

Co nhiệt không đều

Lưỡi mỏng nguội trước, sống dày nguội sau. Phần nguội co lại trong khi phần nóng vẫn nở, tạo ứng suất kéo giữa hai vùng. Nguội càng nhanh, chênh lệch càng lớn.

Mactenxit nở ra

Khi chuyển thành mactenxit, thép nở ra một chút về thể tích. Phần lưỡi chuyển trước, nở ra trong khi phần khác đã cứng hoặc chưa chuyển, sinh thêm ứng suất. Ở những chỗ có góc nhọn, vết khía, vết búa sâu, lỗ khoan, ứng suất dồn lại và thép nứt. Đôi khi vết nứt xuất hiện vài phút sau khi trui, kèm một tiếng "tách" nhỏ.

Từ đây suy ra những thói quen tốt: mài lưỡi đều hai bên trước khi trui, không để lưỡi quá mỏng, bo tròn các góc, thường hoá trước để thép đồng đều, và với thép nhạy nứt thì chọn dầu.

Cách thợ nhúng thép

• Lưỡi xuống trước, thẳng đứng: hai mặt dao chạm chất lỏng cùng lúc, nguội đều, ít cong.
• Chuyển động lên xuống, không quẹt ngang: quẹt ngang làm một mặt nguội nhanh hơn mặt kia, dao cong về một phía.
• Đủ chất lỏng: thùng nhỏ thì chất lỏng nóng lên nhanh, các con dao sau trui yếu dần.
• Trui chỉ phần lưỡi: với dao nông cụ, dao đi rừng, thợ thường nhúng lưỡi, giữ sống ngoài nước, để sống mềm dai.
• Trui ngắt: một số thợ nhúng nước vài giây cho qua vùng nhiệt quan trọng rồi chuyển ngay sang dầu hoặc rút ra, để giảm nguy cơ nứt. Kỹ thuật này đòi kinh nghiệm, đếm giờ sai là hoặc không cứng, hoặc nứt.
• Dầu hơi ấm: với dầu trui, nhiều xưởng làm ấm dầu một chút trước khi trui vì dầu lạnh đặc, làm nguội kém đều.

Trui xong, thép ở trạng thái cứng nhất và giòn nhất. Phải ram càng sớm càng tốt, không để dao vừa trui nằm qua đêm, vì ứng suất có thể gây nứt muộn.

Thử xem đã trui được chưa

Cách phổ biến nhất là dùng giũa. Kéo nhẹ cạnh giũa qua lưỡi dao: nếu giũa trượt, kêu ken két như trên kính, thép đã cứng; nếu giũa cắn vào và ra mạt, thép chưa cứng. Lý do có thể là thép không đủ carbon, nung chưa đủ nóng, nung không đều, hoặc môi trường trui quá chậm với loại thép ấy. Thép chưa cứng có thể ủ, thường hoá rồi trui lại, nhưng mỗi lần nung lại là một lần mất chút carbon bề mặt.

Những "bí quyết nước trui" trong dân gian

Nhiều nền rèn trên thế giới, kể cả ở Việt Nam, có chuyện kể về nước trui đặc biệt: nước pha thứ này thứ kia, nước giếng riêng, nước giữ bí mật trong gia đình. Về khoa học, những gì thay đổi tốc độ làm nguội thì có tác dụng thật: muối hoà tan làm nước trui nhanh hơn; nhiệt độ nước ảnh hưởng rõ, nước ấm trui chậm hơn nước lạnh. Những thứ khác thường không có bằng chứng rõ. Điều thật sự là bí quyết của từng lò là thời điểm rút dao, độ sâu nhúng và màu thép lúc nhúng — những thứ học bằng mắt, không bỏ vào chai được.

An toàn khi trui

• Dầu bốc cháy: thép đỏ nhúng vào dầu có thể làm dầu bùng lửa trên mặt thùng, nhất là khi nhúng nông. Thùng dầu phải có nắp kim loại để đậy dập lửa; tuyệt đối không dập dầu cháy bằng nước; có bình chữa cháy phù hợp gần đó.
• Hơi nước phụt: nước trui sôi tạo hơi nóng và nước bắn; không cúi mặt trên thùng.
• Thép hết đỏ vẫn nóng: dao vừa rút khỏi nước có thể vẫn nóng ở sống, nhất là khi trui chỉ phần lưỡi.
• Kính, găng, quần áo sợi bông: vải tổng hợp chảy dính vào da khi gặp dầu nóng hoặc tia lửa.
• Thông gió: dầu trui bốc khói; lò than sinh khí CO; xưởng phải thoáng.

Bỏng nhẹ: xả nước mát sạch 15–20 phút, không bôi kem đánh răng, nước mắm, mỡ. Bỏng dầu rộng, sâu, bỏng mặt, tay, mắt: đi cấp cứu, gọi 115. Người mới chỉ nên tập trui ở xưởng có thợ hướng dẫn.

Góc nhìn hôm nay: hỏi người bán dao một câu

Khi mua dao rèn, câu hỏi "trui nước hay trui dầu" cho biết khá nhiều. Thợ trả lời ngay và giải thích được vì sao là người hiểu thép của mình. Dao trui nước thường cứng lưỡi, hợp việc cần giữ sắc nhưng nên tránh dùng chặt xương cứng hay bẩy. Dao trui dầu từ thép lò xo thường dai hơn, chịu va đập tốt. Muốn hiểu kỹ hơn, có thể tìm sách luyện kim – vật liệu học phổ thông, phần nhiệt luyện thép, đọc về giản đồ chuyển biến khi nguội.