Bài 2 Nghiên Cứu Tctv Của Thép Hợp Kim.doc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM BÀI 2 NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC TẾ VI CỦA HỢP KIM Fe – C Ở TRẠNG THÁI CÂN BẰNG GIẢ ỔN ĐỊNH I MỤC ĐÍCH YÊU CẦU Phân tích được giản đồ trạng thái Fe C Quan sát mẫu thép v[.]

BÀI 2: NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC TẾ VI CỦA HỢP KIM

Fe – C Ở TRẠNG THÁI CÂN BẰNG GIẢ ỔN ĐỊNH

I MỤC ĐÍCH YÊU CẦU

- Phân tích được giản đồ trạng thái Fe-C

- Quan sát mẫu thép và gang trắng ở trạng thái cân bằng

- Phân biệt được sự khác nhau giữa thép và gang trắng

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Giản đồ trạng thái hợp kim Fe-C

1.1 Đặc điểm của Fe–C

1.1.1 Đặc điểm của Fe: Có các dạng thù hình

- t0 < 9110

C: Mạng lập phương thể tâm: Feα (Hình 2.1)

- 9110C < t0 < 13920C: Mạng lập phương diện tâm (Hình 2.2)

- 13920C < t0 < 15390C: Mạng lập phương thể tâm (Hình2.1)

Hình 2.1 - Mạng lập phương thể tâm Hình 2.2 - Mạng lập phương

diện tâm

1.1.2 Đặc điểm của Cacbon: Tồn tại ở các dạng sau:

+ Vô định hình: Than khoáng sản, than gỗ

+ Graphite: Có kiểu mạng lục giác xếp lớp

+ Mạng kim cương

a) Graphite (Lục giác xếp lớp) b) Mạng kim cương

Hình 2.3 – Các kiểu mạng tinh thể của Cacbon

1.2 Tương tác giữa Fe và C

1.2.1 Tạo Ferrite: Là dung dịch rắn xen kẽ của C trong Fe

Ký hiệu: F==Fe C);  = Fe (C) loại này có độ bền thấp, độ dẻo cao, độ cứng thấp

Hình 2.4 – Tổ chức tế vi của Ferrite

Cơ tính của sắt ở nhiệt độ thường:

- b = 250N/mm2; c = 120N/mm2; khối lượng riêng  = 7,8g/cm3

- Nhiệt độ nóng chảy t0 n/c = 1539 0C; Độ cứng = 80HB;  = 50%

1.2.2 Tạo Austenite: Là dung dịch rắn xen kẽ của C trong Fe

Ký hiệu: A = As =  = Fe(C)  tồn tại ở nhiệt độ lớn hơn 7270, là pha có độ bền khá cao, dẻo rất cao, cứng thấp

Hình 2.5 - Austenite

1.2.3 Tạo pha Cementite: Fe3C, có kiểu mạng lập phương phức tạp

Cementite là pha xen kẽ giữa Fe và C,

có độ cứng rất cao: 800 HV, tương đương

800 HB; tính chống mài mòn tốt, nhưng

rất giòn Thành phần C trong Fe3C tính

theo trọng lượng là 6,67%, ký hiệu Ce

Gồm CeI (Hình 2.8), CeII (Hình 2.9), CeIII

Fe

C

Hình 2.6 – Mạng tinh thể của Cementite

Fe C

Đường song tinh

1.3 Giản đồ trạng thái Fe-C

Hình 2.7 Giản đồ trạng thái

Đây là loại giản đồ cân bằng giả ổn định, Fe-Fe3C được sử dụng rộng rãi trong thực tế Phụ thuộc vào hàm lượng cacbon trong hợp kim mà người ta chia hợp kim Fe-C thành 2 loại:

+ Thép 0,02% < C  2,14% & Gang trắng 2,14% < C < 6,67%

Bảng 2.1 Trạng thái các điểm từ giản đồ pha Fe-C Điểm Nhiệt độ 0 C % C Điểm Nhiệt độ 0 C % C

1.4 Các tổ chức cơ bản.

1.4.1 Các tổ chức một pha.

Dung dịch lỏng là sự hòa tan của C và Fe, tồn tại ở t0 > t0 đường ABCD

+ Cementite (Ce hay Fe 3 C): là pha xen kẽ, thành phần chứa 6,67%C (trên giản đồ trạng

thái nó biểu thị bằng đường thẳng DFKL) Có 3 loại Ce:

+ Cementite thứ nhất (Ce I , Fe 3 C 1 ) được tạo thành từ dung dịch lỏng khi t0 < t0 CD (1600 0C

÷ 11470C), do tạo thành ở nhiệt độ thường nên nó có kích thước lớn nhất CeI có dạng vệt sáng dài, gọi là “đại lộ Ce”

Hình 2.8 - Tổ chức tế vi gang trắng sau cùng tinh

+ Cementite thứ hai (Ce II , Fe 3 C II ) được tạo thành từ dung dịch rắn austenit khi t0 < t0 đường ES (11470C ÷ 7270C), độ hòa tan của cacbon trong sắt γ giảm từ 2,14% xuống còn 0,8% Ở nhiệt độ thường CeII có thể là các hạt màu sáng hoặc có thể ở dạng lưới (màu trắng) bao quanh hạt P (loại lưới CeII làm xấu cơ tính của thép)

(a) Cementite hạt (b) Cementite lưới

Hình 2.9 - Tổ chức tế vi thép sau cùng tích

+ Cementite thứ ba (Ce III ) cũng được tạo thành từ trạng thái rắn nhưng là từ Ferrite khi t0

< t0 đường PQ (nhiệt độ < 7270C), %C giảm từ 0,02% ở 7270C  0,006%C ở t0 thường Số lượng CeIII rất ít, có thể bỏ qua

CeI

CeII

CeII

Hình 2.10 - Tổ chức tế vi thép cùng

tích (Pearlite tấm)

 Ferrite (F, α) : Là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon trong Feα, mạng lập phương thể tâm,

trên giản đồ trạng thái nó độc lập trong vùng GPQ, %Cmax ở 7270C là 0,02%, %Cmax ở 00C

là 0,006% (Hình2.7).

 Austenite (γ, As): Là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon trong Feγ, mạng lập phương diện

tâm, trên giản đồ nó độc lập trong vùng NJESG, %Cmax ở 11470C là 2,14%, %Cmax ở

7270C là 0,8%

1.4.2 Các tổ chức hai pha.

Các tổ chức hai pha là cùng tích và cùng

tinh, chúng đều là hỗn hợp cơ học của Ferrite

và cementite tạo thành ở nhiệt độ khác nhau

 Pearlite ( P=[ F+ Ce] ) là hỗn hợp cơ học

cùng tích của Ferrite và cementite, tạo

thành ở nhiệt độ 7270C từ dung dịch rắn

austennit có nồng độ C=0,8%, Pearlite chứa

88%F + 12%Ce Tùy vào hình dạng của Ce

trong hỗn hợp ta phân biệt P tấm và P hạt

+ Pearlite tấm gồm các tấm cementite và

tấm Ferrite nằm xen kẽ nhau trên tổ chức tế

vi thấy rất rõ các vạch Ce có màu tối nổi

trên nền F sáng

+ Pearlite hạt là hỗn hợp cơ học của các hạt Ce màu trắng có biên giới màu đen trên nền

F màu trắng

Hình 2.11 - Tổ chức tế vi thép cùng tích (Pearlite hạt)

 Ledeburit [ Lê=(+ Ce), (P+Ce) ] : là hỗn hợp cơ học

cùng tinh, tạo thành từ dung dịch lỏng có 4,3%C ở

11470C (điểm C); (P+Ce) do =(+ Ce) tạo thành khi

t0<7270C Lúc mới tạo thành gồm Lê=( + Ce), tồn tại

trong khoảng nhiệt độ 7270C< t0 <11470C, khi làm

nguội xuống dưới 7270C thì  chuyển thành P nên lúc

này Lê = (P+Ce); Loại này tồn tại ở t0<7270C

Tổ chức tế vi của Lê ở nhiệt độ thường gồm các hạt đen P nổi trên nền sáng Ce có dạng như da báo

2 Phân loại thép và gang trắng

2.1 Thép

Định nghĩa: Thép là hợp kim của Fe và C mà 0,02

< C% ≤ 2,14

Các loại thép: Căn cứ vào điểm cùng tích S

(0,8%C; 7270C)

+ Thép trước cùng tích

- 0,02% < C < 0,8%

- Tổ chức tế vi ở nhiệt độ thường: F+P Tỉ lệ

F(màu sáng) và P (màu tối) phụ thuộc vào hàm lượng

cacbon Hàm lượng cacbon càng cao thì tỉ lệ P càng

cao

+ Thép cùng tích

- %C = 0,8%

- Tổ chức tế vi: 100% P có 2 dạng: P tấm (Hình2.10) và P hạt (Hình2.11).

+ Thép sau cùng tích

- 0,8% < C ≤ 2,14%

- Tổ chức tế vi: P + CeII có 2 dạng: CeII dạng hạt (Hình2.9.a) và CeII dạng lưới (Hình2.9.b)

2.2 Gang trắng

Định nghĩa: Gang trắng là hợp kim của Fe và C mà

2,14% < C < 6,67%

Các loại gang trắng: Căn cứ điểm cùng tinh C

(4,3%C; 11470C)

+ Gang trắng trước cùng tinh

- 2,14% < C < 4,3%

- Tổ chức tế vi ở nhiệt độ thường: P + CeII + LeII

+ Gang trắng cùng tinh

- C = 4,3%

- Tổ chức tế vi ở nhiệt độ thường: 100% LeII

+ Gang trắng sau cùng tinh

- 4,3% < C < 6,67%

- Tổ chức tế vi ở nhiệt độ thường: CeI + LêII (Hình2.8)

 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ

(I) 1,2,3,4,5T,6,7T: Mài bóng – tẩm thực – quan sát – kết quả

(II) 13,30,31: Rửa sạch – lau khô – quan sát – kết quả

(III) 5V,7,9,10,1,51,53: Mài bóng – lau khô – quan sát – chụp hình –tẩm thực – kết quả

Hình 2.12 – Ledeburit II (gang trắng cùng tinh)

Hình 2.13 - Tổ chức tế vi thép trước

cùng tích

Hình 2.14 - Tổ chức tế vi gang trắng trước cùng tinh

1

Perlite tấm

7T Cementite lưới (CeII)