Giáo trình vật liệu 2 part 4 potx

Định nghĩa: là nung nóng thép đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt một thời gian thí ch hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ xác định để nhận được tổ chức, do đó tí nh chất theo yêu cầu.. -

43 Quan hệ phi tuyế n:

Quan hệ phi tuyế n: Trong trư ờ ng hợ p hạ t nhỏ đi hoặ c to lê n, tí nh chấ t đạ t đ ư ợ c sẽ thay

đ ổ i

tuỳ theo trư ờ ng hợ p: hạ t nhỏ di → độ dai tă ng = bề n

+ dẻ o tă ng

Chí nh vì thế mà tí nh chấ t củ a hợ p kim có thể khô ng

cò n tuâ n theo quan hệ tuyế n tí nh nhấ t là tạ i đ iể m

cù ng tinh, cù ng tí ch và lâ n cậ n (hì nh 3.17)

Hì nh 3.17 Quan hệ phi tuyế n giữ a tí nh chấ t và GĐP

3.3

3.3 Giản đồ pha Fe Giản đồ pha Fe Giản đồ pha Fe C (Fe C (Fe C (Fe Fe Fe3C)C)

Giả n đ ồ pha Fe - C (chỉ xé t hệ Fe - Fe3C) khá phứ c tạ p, rấ t đ iể n hì nh đ ể minh họ a cá c tư ơ ng tá c thư ờ ng gặ p và đ ư ợ c sử dụ ng rấ t nhiề u trong thự c tế

Ngoà i ra cò n có giả n đ ồ Fe - grafit là hệ câ n bằ ng ổ n chủ yế u là dù ng trong gang

3.3.1

3.3.1 Tươ ng tá c giữa Fe và CTươ ng tá c giữa Fe và CTươ ng tá c giữa Fe và C

Fe,

Fe, khá dẻ o (dễ biế n dạ ng nguộ i), dai, tuy bề n, cứ ng hơ n Al, Cu nhiề u song vẫ n cò n rấ t thấ p so vớ i yê u cầ u sử dụ ng

Khi đ ư a C và o Fe giữ a → hóa bề n, rẻ hơn → HK Fe-C trở nê n thông dụng

a

a Sự hò a tan của Sự hò a tan của Sự hò a tan của CCC và o và o và o FeFeFe

Tạ o dung dị ch rắ n xen kẽ :

Tạ o dung dị ch rắ n xen kẽ : bá n kí nh nguyê n tử rC = 0,077nm, rFe = 0,1241nm) → C chỉ có thể hò a tan có hạ n và o Fe ở dạ ng dung dị ch rắ n xen kẽ

Fe có 2 kiể u mạ ng tinh thể : lftk A2 (no < 911oC - Feα và 1392 ữ 1539oC - Feδ) và lftm A1 (911 ữ 1392o

C - Feγ), khả nă ng hò a tan cacbon và o cá c pha Fe khá c nhau:

Feα và Feδδδδ vớ i mạ ng vớ i mạ ng ạ ng A2A2A2 tuy mậ t đ ộ xế p thấ p, có nhiề u lỗ hổ ng, song mỗ i lỗ hổng lạ i có

kí ch thư ớ c quá nhỏ (lỗ tá m mặ t có r = 0,02, lỗ bố n mặ t lớ n hơ n có r = 0,036), lớ n nhấ t

cũ ng chỉ bằ ng 50% kí ch thư ớ c củ a nguyê n tử sắ t → Feα chỉ hoà tan đ ư ợ c ≤0,02%C và

Feδ ≤0,1%C

Feα v và Feà Feδδδδ, Feγγγγ với mạ ng A1 với mạ ng A1:::: tuy có mậ t độ xế p cao hơ n, như ng lỗ hổ ng lạ i có kí ch thư ớ c

lớ n hơ n (lỗ bố n mặ t r = 0,028nm, lỗ tá m mặ t r = 0,051nm), vẫ n cò n hơ i nhỏ như ng nhờ cá c nguyê n tử sắ t có thể giã n ra → Feγ hò a tan đ ư ợ c cacbon ≤2,14%C

b

b Tươ ng tá c hó a họ c Tươ ng tá c hó a họ c Tươ ng tá c hó a họ c giữa Fe và Cgiữa Fe và Cgiữa Fe và C

Austenit (γ) là DDR của C trong Feγ, mạ ng A1, g/hạ n hoà tan: 727oC -0,8%C, 1147o C-2,14%C

Ferit (α) là DDR của C trong Feα, mạ ng A2, giớ i hạ n hoà tan: 20oC-0,006%C, 727oC-0,8%C

Fe3C là pha xen kẽ , có kiể u mạ ng phứ c tạ p, có thà nh phầ n 6,67%C + 93,33%Fe

3.3.2

3.3.2 Giản đồ pha Fe Giản đồ pha Fe Giản đồ pha Fe Fe Fe3C và các tổ chứcC và các tổ chức

a

a Giản đồ pha Fe Giản đồ pha Fe Giản đồ pha Fe Fe Fe3C C

Hì nh 3.18 vớ i cá c ký hiệ u cá c tọ a đ ộ

(no, oC - %C) như sau:

Mộ t số đườ ng có ý nghĩ a thực tế rấ t quan trọ ng:

Mộ t số đườ ng có ý nghĩ a thực tế rấ t quan trọ ng:

- ABCD là đ ư ờ ng lỏ ng đ ể xá c đ ị nh nhiệ t đ ộ chả y → đúc

- AHJECF là đ ư ờ ng rắ n → kế t tinh hoà n toà n → đ ú c

- PSK (727oC) là đư ờ ng cù ng tí ch → nhiệ t luyệ n

- ES - giớ i hạ n hò a tan cacbon trong Feγ→ hoá nhiệ t luyệ n, nhiệ t luyệ n

%B → B

A

Σ

L α+L

PΣ

L+ β α

β

α+β

Pβ

Pα

44

- PQ - giớ i hạ n hò a tan cacbon trong Feα→ nhiệ t luyệ n ké m quan trong hơn

A (1539 - 0) B (1499 - 0,5)

C (1147 - 4,3) H (1499 - 0,10)

P (727 - 0,02) Q (0 - 0,006)

S (727 - 0,80) D (~1250 - 6,67)

E (1147 - 2,14) K (727 - 6,67)

G (911 - 0) F (1147 - 6,67)

J (1499 - 0,16) N (1392 - 0)

Hì nh 3.18 Giản đồ pha Fe - C

(Fe - Fe3C)

b Các chuyể n biế n khi là m nguộ i chậ m

b Các chuyể n biế n khi là m nguộ i chậ m

- Chuyể n biế n bao tinh xả y ra ở 1499oC: δH + LB→ γJ hay δ0,10+ L0,50→ γ0,16 (3.1)

- Chuyể n biế n cù ng tinh xả y ra ở 1147oC: LC→ (γE + Xê ) hay L4,3→ (γ2,14+ Xê ) (3.2)

- Chuyể n biế n cù ng tí ch xả y ra ở 727oC: γS→ [αP + Xê ] hay γ0,8→ [α0,02+ Xê ] (3.3)

- Sự tiế t pha Fe3C d− ra khỏ i dung dị ch rắ n củ a cacbon: γ, no< ES →XêII và α, no< PQ

→XêIII

c

c Cá c tổ chức mộ t phaCá c tổ chức mộ t phaCá c tổ chức mộ t pha

Ferit

Ferit (αααα, F, F, F), đ ã nê u ở trê n, Ferit là pha tồ n tạ i ở nhiệ t đ ộ th− ờ ng, tỷ lệ cao nhấ t (tớ i 90%), quan trọ ng đ ó i vớ i cơ tí nh củ a hợ p kim Fe - C Tổ chứ c tế vi củ a ferit (xem hì nh 3.22) có dạ ng cá c hạ t sá ng, đ a cạ nh

Austenit

Austenit [γγγγ, AAA, FeFeγγγγ(C)], đ ã nê u trê n, khá c vớ i F, (C) γγγγ không có tí nh sắ t từ, chỉ tồn tạ i ở nhiệ t

đ ộ cao (> 727oC), chỉ tồ n tạ i ở nhiệ t đ ộ cao hoặ c TKG austenit, Γ13,… nh−ng lạ i có vai trò quyế t đ ị nh trong biế n dạ ng nó ng và nhiệ t luyệ n

Tí nh chấ t củ a γγγγ: : : : có tí nh dẻ o rấ t cao (mạ ng A1)

Nhờ γγγγ có tí nh dẻ o cao có tí nh dẻ o cao → thể tiế n hà nh biế n dạ ng nóng mọi hợp kim Fe - C với C < 2,14% →

Là m nguộ i austenit vớ i tố c đ ộ ≠ → tổ chức ≠ → cơ tí nh ≠: nguội chậ m → P+F mề m, nguộ i nhanh → mactenxit cứng Tổ chức tế vi của γγγγ gồm cá c hạ t sá ng, có thể với mà u

đ ậ m nhạ t khá c nhau đ ô i chú t, có cá c đ − ờ ng song tinh

Xê m

Xê mentitentitentit (XXXêêêê , FeFe3C): là pha xen kẽ vớ i kiể u mạ ng phứ c tạ p có cô ng thứ c FeC 3C và thà nh phầ n 6,67%C, cứ ng và giò n, cù ng vớ i ferit nó tạ o nê n cá c tổ chứ c khá c nhau củ a hợ p kim

Fe - C

Ng− ờ i ta phâ n biệ t 4 loạ i Xê :

- XeI tiế t ra từ pha lỏ ng khi là m nguộ i HK > 4,3%C XêI có dạ ng thẳ ng, thô to (hì nh 3.24b)

đ ô i khi có thể thấ y đ− ợ c bằ ng mắ t th− ờ ng

γ

γ+L

L

P

α

G

J

B

A

H

Q

δ

F+P p

P+XêI P+XêII+Lê Lê + XêI

727

1147

A3

Acm

L+Xê

3 C

910

1200

%C →

500

D

F

K γ+Xê II γ+Xê II +Lê Lê + XêI

S

45

- XeII đ ư ợ c tạ o thà nh là m nguộ i γ theo đường ES HK có 0,80<%C< 2,14, Dạ ng lưới bao quanh hạ t γγγγ (peclit) hì nh 3.23, lưới liê n tục là m giả m mạ nh tí nh dẻ o và dai của hợp kim, lư ớ i rá ch tă ng cứ ng và chị u mà i mò n tố t

- XeIII đ ư ợ c tạ o thà nh khi là m nguộ i F dư ớ i đ ư ờ ng PQ, quá nhỏ thư ờ ng đ ư ợ c bỏ qua

- Xê cù ng tí ch đ ư ợ c tạ o thà nh do chuyể n biế n cù ng tí ch → peclit, rấ t quan trọng, xé t sau Grafit

Grafit chỉ đ ư ợ c tạ o thà nh trong gang vì có Si, khả o sá t trong gang sau nà y

d

d Cá c tổ chức hai phaCá c tổ chức hai phaCá c tổ chức hai pha

Peclit

Peclit (có thể ký hiệ u bằ ng PPP, [Fe[Feα + Fe3C]C])

Đ/n: là hỗ n hợ p cù ng tí ch củ a F và Xê đ ư ợ c tạ o thà nh từ phả n ứ ng cù ng tí ch (3.3)

Đ/đ iể m: Trong P có 88% F và 12% Xê phâ n bố đ ề u → kế t hợp dẻ o với pha cứng → bề n cao, cứ ng như ng cũ ng đ ủ dẻ o, dai là vậ t liệ u kế t cấ u và cô ng cụ tố t, gồ m: P tấ m và peclit hạ t

Peclit tấ m (hì nh 3.21a): thư ờng gặ p hơ n, F & Xê đ ề u ở dạ ng tấ m nằ m xen kẽ nhau

Peclit hạ t (hì nh 3.21b): í t gặ p hơ n, Xê thu gọ n lạ i thà nh dạ ng hạ t nằ m phâ n bố đ ề u trê n

nề n F So vớ i peclit tấ m, peclit hạ t có đ ộ bề n, đ ộ cứ ng thấ p hơ n, đ ộ dẻ o, đ ộ dai cao hơ n

đ ô i chú t Peclit hạ t thư ờ ng đ ư ợ c tạ o thà nh khi giữ nhiệ t lâ u ở (600 ữ 700oC)

Lê đê burit

Lê đê burit (Lê hay [[[[P + XeP + XeP + Xe]) trê n 727oC là [γ+Xê ] dưới 727oC là [P+Xê ]

Hì nh 3.21: Lê = hỗ n hợ p củ a peclit tấ m (cá c hạ t tố i nhỏ ) trê n nề n xê mentit sá ng

Lê đ ê burit cứ ng và giò n vì tỷ lệ Xê cao (%Xê =(4,3-0,8)/(6,67-0,8)=59,6%) và chỉ có trong gang trắ ng

3.3.3

3.3.3 Phâ n loạ iPhâ n loạ iPhâ n loạ i

a

a Khái niệ m Khái niệ m Khái niệ m chung về thé p, gangchung về thé p, gangchung về thé p, gang

Thé p và gang đ ề u là hợ p kim Fe-C, trong đ ó : < 2,14%C là thé p, ≥ 2,14%C là gang

Đ/đ iể m: tấ t cả cá c thé p khi đ ư ợ c nung nó ng trê n đ ư ờ ng GSE tư ơ ng ứ ng đ ề u có 1 pha γ

Tí nh đ ú c củ a thé p là thấ p (no chả y cao, co nhiề u), í t đ ư ợ c sử dụ ng đ ể chế tạ o vậ t đ ú c Gang khô ng thể nung nó ng đ ể có tổ chứ c mộ t pha γ mà bao giờ cũng còn Xê (hay grafit)

→ không biế n dạ ng nguội lẫ n nóng được (kể cả loạ i được gọi là gang rè n), tí nh đúc tốt

b Các loạ i thé p, gang theo giả n đồ pha Fe

b Các loạ i thé p, gang theo giả n đồ pha Fe C C C

Thé p C:

Thé p C: loạ i chỉ chứ a C và 1 lượ ng không đ á ng kể cá c nguyê n tố khá c, gồ m 3 loạ i: -

Thé p trư ớ c cù ng tí ch: %C <0,8%, bê n trá i đ iể m S, tổ chứ c F (sá ng) + P (tối) (hì nh 3.22) Phầ n lớ n thé p thư ờ ng dù ng là loạ i nà y mà tậ p trung ở loạ i ≤ 0,20%C rồ i tiế p đ ế n 0,30 ữ

0,40%C Khi %C ↑→ %P ↑, → F ↓

- Thé p cù ng tí ch: thé p chứ a 0,80%C → tổ chức peclit

- Thé p sau cù ng tí ch: vớ i thà nh phầ n > 0,80%C (thư ờ ng chỉ tớ i 1,50%, cá biệ t có thể tớ i

2.0 ữ 2,2%), tổ chức P+XêII (hì nh 3.23)

Hì nh 3.21 Tổ chứ c tế vi củ a:

a) Pec lit tấ m

b) Peclit hạ t

c) Lê đ ê burit

b)

46

Gang

Gang:::: t− ¬ ng øng ví i G§P Fe-C (Fe-Fe3C) lµ gang tr¾ ng, Ý t dï ng v× qu¸ cø ng, giß n, kh« ng thÓ gia c« ng c¾ t ® − î c gå m 3 lo¹ i:

- Gang tr¾ ng tr− í c cï ng tinh ví i %C< 4,3%, cã tæ chø c P+ XªII + Lª (h× nh 3.24a)

- Gang tr¾ ng cï ng tinh cã 4,3%C, ® ó ng ® iÓ m C hay l© n cË n, ví i tæ chø c chØ lµ Lª (h× nh

3.21)

- Gang tr¾ ng sau cï ng tinh ví i > 4,3%C ë bª n ph¶ i ® iÓ m C, cã tæ chø c Lª + XªI (h× nh 3.24b)

H× nh 3.23 Tæ chøc tÕ vi

cña thÐp sau cïng tÝ ch H× nh 3.24 Tæ chøc tÕ vi cña gang tr¾ng (x500):

(1,20%C) (x500) tr−íc cïng tinh (a) vµ sau cïng tinh (b) c

c C¸ c ®iÓ m tíi h¹ n cña thÐ pC¸ c ®iÓ m tíi h¹ n cña thÐ pC¸ c ®iÓ m tíi h¹ n cña thÐ p

A (tõ tiÕ ng Ph¸ p arrª t=dõ ng, c- chauffer=nung nã ng, r- refroidir=lµ m ngué i)

A ví i 1, 2, 3, 4, vµ cm, chó ng ® −î c gä i lµ c¸ c ® iÓ m (hay nhiÖ t ® é ) tí i h¹ n, gå m:

A1 - ® − ê ng PSK (727oC) ø ng ví i chuyÓ n biÕ n austenit ↔ peclit, cã trong mäi lo¹ i thÐ p

A3 - ® − ê ng GS (911 ÷ 727o

C) ø ng ví i b¾ t ® Ç u tiÕ t ra F khá i γ khi lµ m nguéi hay kÕ t thóc

hß a tan ferit vµ o austenit khi nung nã ng, chØ cã trong thÐ p tr− í c cï ng tÝ ch

Acm ®− ê ng ES (1147 ÷ 727oC) ø ng ví i b¾ t ® Ç u tiÕ t ra XªII khá i γ khi lµ m nguéi hay kÕ t thó c hß a tan XªII vµ o γ khi nung nãng, chØ cã trong thÐ p sau cïng tÝ ch AA0 (210oC) - ® iÓ m Curi cñ a Xª , A2- (768oC) - ® iÓ m Curi cñ a ferit,

Cï ng mé t thÐ p bao giê cò ng cã : Ac1 > A1 > Ar1; Ac3 > A3 > Ar3 ,

H× nh 3.22 Tæ chøc tÕ vi cña

thÐp tr−íc cïng tÝ ch (x500):

a 0,10%C,

b 0,40%C,

c.0,60%C

47

Chương 4

nhiệt luyện thép

4.1.1 Sơ lược về nhiệt luyện thép

a Định nghĩa: là nung nóng thép đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt một thời gian

thí ch hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ xác định để nhận được tổ chức, do đó

tí nh chất theo yêu cầu

- Không làm nóng chảy và biến dạng sản phẩm thép

- Kết quả được đánh giá bằng biến đổi của tổ chức tế vi và tí nh chất

b Các yếu tố đặc trưng cho nhiệt luyện

Hình 4.1 Sơ đồ của quá trình nhiệt

c Phân loại nhiệt luyện thép luyện đơn giản nhất

1 Nhiệt luyện: thường gặp nhất, chỉ có tác động nhiệt làm biến đổi tổ chức và

tí nh chất gồm nhiều phương pháp: ủ, thường hoá, tôi, ram

2 Hóa - nhiệt luyện: Nhiệt luyện có kèm theo thay đổi thành phần hóa học ở bề

mặt rồi nhiệt luyện tiếp theo để cải thiện hơn nữa tí nh chất của vật liệu: Thấm

đơn hoặc đa nguyên tố:C,N,

nhận được tổ chức M nhỏ mịn có cơ tí nh tổng hợp cao nhất, thường ở xưởng cán nóng thép, luyện kim

4.1.2 Tác dụng của nhiệt luyện đối với sản xuất cơ khí

a Tăng độ cứng, tí nh chống mài mòn và độ bền của thép: phát huy triệt để

các tiềm năng của vật liệu: bền, cứng, dai… do đó giảm nhẹ kết cấu, tăng tuổi thọ,

b Cải thiện tí nh công nghệ

Phù hợp với điều kiện gia công: cần đủ mềm để dễ cắt, cần dẻo để dễ biến dạng,…

c Nhiệt luyện trong nhà máy cơ khí

- Nặng nhọc, độc → cơ khí hóa, tự động hóa, chống nóng, độc

- Phải được chuyên môn hóa cao → bảo đảm chất lượng sản phẩm và năng suất

- Tiêu phí nhiều năng lượng → phương án tiết kiệm được năng lượng

thời gian

τgn

Vng

T

Ba thông số quan trọng nhất (hình 4.1):

- Nhiệt độ nung nóng o

n

T :

- Thời gian giữ nhiệt t gn:

- Tốc độ nguội V nguội sau khi giữ nhiệt

Các chỉ tiêu đánh giá kết quả:

+ Tổ chức tế vi bao gồm cấu tạo pha, kí ch thước

hạt, chiều sâu lớp hóa bền là chỉ tiêu gốc, cơ bản

nhất

+ Độ cứng, độ bền, độ dẻo, độ dai

+ Độ cong vênh, biến dạng

48

- Là khâu sau cùng, thường không thể bỏ qua, do đó quyết định tiến độ chung, chất lượng và giá thành sản phẩm của cả xí nghiệp

4.2 Các tổ chức đạt được khi nung nóng và làm nguội thép

4.2.1 Các chuyển biến xảy ra khi nung nóng thép - Sự tạo thành austenit

a Cơ sở xác định chuyển biến khi nung

Dựa vào giản đồ pha Fe - C, hình 4.2: ở nhiệt độ thường mọi thép đều cấu tạo bởi

hai pha cơ bản: F và Xê (trong đó P =[F+Xê])

- Thép cùng tí ch: có tổ chức đơn giản là P

- Thép trước và sau cùng tí ch: P+F và P+XêII

Khi nung nóng: + Khi T< A1 → chưa có chuyển biến gì

+ Khi T= Ac1, P → γ theo phản ứng:Thép CT: [Feα + Xê]0,80%C→ γ0,80%C

Kí ch thước hạt austenit: Hình 4.2 Giản đồ pha Fe-C ýnghĩa: (phần thép)

Hạt γ càng nhỏ → M (hoặc tổ chức khác) có

độ dẻo, dai cao hơn

Cơ chế chuyển biến: P → γ: cũng tạo và phát

triển mầm như kết tinh (hình 4.4), nhưng do

bề mặt phân chia giữa F-Xê rất nhiều nên số

mầm rất lớn → hạt γ ban đầu rất nhỏ mịn (<

cấp 8-10, hình 4.4d)

chuyển biến peclit → austenit bao giờ cũng

làm nhỏ hạt thép, phải tận dụng

Hình 4.3 Giản đồ chuyển biến

đẳng nhiệt P → γ của thép cùng

tí ch

a) b) c) d)

Thép TCT và SCT: F và XêII không thay đổi

+ Khi T> Ac1: F và XêII tan vào γ nhưng không hoàn toàn

+ Khi T> Ac3 và Acm: F và XêII tan hoàn toàn vào γ

b Đặc điểm của chuyển biến peclit thành austenit

Nhiệt độ & thời gian chuyển biến: (hình 4.3)

Vnung càng lớn thì T chuyển biến càng cao

Tnung càng cao, khoảng thời gian chuyển biến càng

ngắn

- Tốc độ nung V2 > V1, thì nhiệt độ bắt đầu và kết thúc

chuyển biến ở càng cao và thời gian chuyển biến càng

ngắn

%C

0 0,5

500

o C

1,0 1,5 2,0

600

700

800

900

1000

1100

γ γ+α

γ+XêII

G

E

S

P

0,8

A 3

Acm

P+XêII P+F

A 1

a1

τ, phút

25

700

750

800

o C

A1

V1

V2

b1

b2

a2

bắ t đ ầ u chuyể n biế n

kế t thú c chuyể n biế n

Hì nh 4.4 Quá trình tạo mầm và

phát

t iể ầ t it từ lit (tấ )

49

Độ hạt austenit:

- peclit ban đầu: càng mịn → γ nhỏ

- Vnung càng lớn → hạt γ càng nhỏ

- T& τ giữ nhiệt lớn thì hạt lớn

- Theo bản chất thép: bản chất

hạt lớn và hạt nhỏ (hình 4.5)

Thép bản chất hạt nhỏ: thép

được khử ôxy triệt để bằng Al,

thép hợp kim Ti, Mo, V, Zr, Nb,

dễ tạo cacbit ngăn cản phát triển

hạt

Mn và P làm hạt phát triển

nhanh

4.2.2 Mục đí ch của giữ nhiệt

- Làm đều nhiệt độ trên tiết diện

- để chuyển biến xảy ra hoàn

toàn

- Làm đồng đều % của γ

Hình 4.5 Sơ đồ phát triển hạt austenit I- di truyền hạt nhỏ, II- di truyền hạt lớn

a Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt austenit quá nguội (giản đồ T-T-T) của thép cùng tí ch

Hình 4.6 Giản đồ T- T- T của thép cùng tí ch

- Giữ γ quá nguội ở sát A1: (T~ 700oC, ∆T0 nhỏ, ~25oC): Peclit (tấm), HRC 10 ữ 15 + (T~ 650oC, ∆T0 ~ 75oC): Xoocbit tôi, HRC 25 ữ 35

+ T ~ đỉnh lồi chữ “C“ (khoảng 500 ữ 600oC): Trôxtit, HRC 40

%C

0 0,5

500

o C

1,0 1,5 2,0

600

700

800

900

1000

1100

γ γ+α

G

E

S

P

0,8

A3

Acm

đ ộ lớ n

930

800

I

II

b) a)

γ+F+Xe

A1

Mđ~220 o C

MK~ -50 o C

mactenxit+ γdư

austenit

hỗ n hợ p F+Xê

peclit xoocbit trô xtit

bainit

austenit quá

nguộ i

o C

400

200

600

800

0 1 10 102 103 104

thờ i gian, s

Giản đồ T

Giản đồ T TTT T: T: T:

Nhiệt độ (T) - thời gian (T) và chuyển

biến (T)

Vì có dạng chữ "C") → đường cong chữ

“C”

Khi γ bị nguội (tức thời) dưới 727oC nó

chưa chuyển biến ngay được gọi là γ quá

nguội, không ổn định Giản đồ có 5 vùng:

- trên 727oC là khu vực tồn tại của γ ổn

định

- bên trái chữ "C" đầu tiên - vùng γ quá

nguội

- giữa hai chữ "C" - γ đang chuyển biến

(tồn tại cả ba pha γ, F và Xe)

- bên phải chữ "C" thứ hai - các sản phẩm

phân hóa đẳng nhiệt γ quá nguội là hỗn

hợp: F - Xê vớ i mức độ nhỏ mịn khá c nhau

1

2

3

4

5

50 Cả 3 chuyển biến trên đều là chuyển biến peclit, X, T là peclit phân tán

+ Khi giữ austenit quá nguội ở nhiệt: ~450 ữ 250oC: Bainit, HRC 50 ữ 55, Được coi là chuyển biến trung gian vì: F hơi quá bão hòa cacbon (0,10%),Xê là Fe2,4-3C,

có một lượng nhỏ γ (dư), trung gian (giữa P và M)

Từ peclit (tấm), xoocbit, trôxtit cho tới bainit độ quá nguội tăng lên → mầm càng nhiều → tấm càng nhỏ mịn hơn và độ cứng càng cao hơn

Tóm lại: chuyển biến ở sát A1 được peclit, ở phần lồi được trôxtit, ở giữa hai mức

trên được

Kết luận: khi làm nguội liên tục, tổ chức tạo thành ∈ vào vị trí của vectơ tốc độ nguội trên đường cong chữ "C

Đ/điểm 2: Tổ chức đạt được thường là không đồng nhất trên toàn tiết diện

Đ/điểm 3: Không đạt được tổ chức hoàn toàn bainit (B) (chỉ có thể T+B hoặc

T+B+M) vì nửa dưới chữ “C” lõm vào

Đ/điểm 4: Những điều trên chỉ đúng với thép cacbon, thép hợp kim đường cong

chữ "C" dịch sang phải do đó:

+ Vth có thể rất nhỏ Ví dụ, thép gió tôi

trong gió

+ Tổ chức đồng nhất trên tiết diện, ngay

cả đối với tiết diện lớn

c Giản đồ T - T - T của các thép khác

cùng tí ch

+ Thép trước và sau cùng tí ch, có thêm

nhánh phụ (hình 4.9) biểu thị sự tiết ra F

(TCT) hoặc XêII (SCT), có thêm đường

ngang A3 (TCT) hoặc Acm(SCT)

Hình 4.10 Giản đồ T-T-T của thép

khác cùng tí ch

3 điểm khác biệt so với thép cùng tí ch:

1- Đường cong (chữ "C" và nhánh phụ)

xoocbit, phí a dưới được bainit

Làm nguội đẳng nhiệt nhận được tổ chức

đồng nhất trên tiết diện

Cũng xét giản đồ chữ “C” (hình 4.7) như

chuyển biến đẳng nhiệt

V1: trên hình 4.7, ở sát A1: γ → peclit tấm,

V2: (làm nguội trong k/khí tĩnh) →

xoocbit

ở phần lồi: γ → trôxtit

V 4 : (làm nguội trong dầu),trôxtit +

mactenxit = bán mactenxit

A1

Mđ

peclit xoocbit trô xtit

400

200

600 800

thờ i gian, s

V2

V1

V3

V4

Vth

V5

austenit

bainit

Hì nh 4.7 Giản đồ T-T-T của thép cùng

tí ch với V1< V2< V3<V4< Vth< V5

austenit

1 peclit xoocbit trô xtit bainit

0 1 10 10 2

10 3 10 4 thờ i gian, s

A1

V2

V3

hỗ n hợ p F+Xê

F hoặc XeII A3 hoặc Acm

Mđ

MK mactenxit+ γdư

51 2- Khi làm nguội chậm liên tục (V2), γ quá nguội sẽ tiết ra F (TCT) hoặc XêII (SCT) trước sau đó mới phân hóa ra hỗn hợp F-Xê

3- Khi làm nguội đủ nhanh V3 (hoặc >V3) để Vng không cắt nhánh phụ, γ quá nguội

→ F-Xê dưới dạng X, T, B (B chỉ khi làm nguội đẳng nhiệt)

Thép không có thành phần đúng 0,80%C mà vẫn không tiết F hoặc Xê được gọi

là cùng tí ch giả

Đối với thép hợp kim, ngoài ảnh hưởng của C, các nguyên tố hợp kim (dịch chữ

"C" sang phải) sẽ xét sau

4.2.4 Chuyển biến của austenit khi làm nguội nhanh - Chuyển biến mactenxit (khi tôi)

Nếu Vng> Vth thì γ → M gọi đó là tôi thép

Vth: là tốc độ làm nguội nhỏ nhất để gây ra

chuyển biến mactenxit

m

m

th A T

V

τ

ư

= 1

Hình 4.11 Giản đồ T-T-T

và tốc độ tôi tới hạn Vth (τm và

Tm - thời gian và nhiệt độ

ứng với γ kém ổn định nhất)

Đ/điểm: vì quá bão hoà C → mạng chí nh phương tâm khối (hình 4.12)

Độ chí nh phương c/a = 1,001 ữ 1,06 (∈ %C) → xô lệch mạng rất lớn → M rất cứng

Hình 4.12 ô cơ sở của Hình 4.13 Đường cong động

mạng tinh thể mactenxit học chuyển biến mactenxit

b Các đặc điểm của chuyển biến mactenxit

1) Chỉ xảy ra khi làm nguội nhanh và liên tục γ với tốc độ > Vth

2) Chuyển biến không khuếch tán: C ~ giữ nguyên vị trí , Fe: từ γ (A1) → M (gần như A2)

3) Xảy ra với tốc độ rất lớn, tới hàng nghìn m/s

Tm

A1

mactenxit+ γdư

austenit

V th

thờ i gian τm

Fe

C

a

c

nhiệ t đ ộ , 20 o C

25

50

75

MK

Mđ

25 %

γdư

52

Hì nh 4.14: Độ cứng tô i phụ thuộ c và o %C

%C

30

45

60

0,3 0,6

4) Chỉ xảy ra trong khoảng giữa Mđ và kết thúc MK Mđ và MK giảm khi tăng %C và

% nguyên tố hợp kim (trừ Si, Co và Al), Mđ và MK không phụ thuộc vào Vnguội

5) Chuyển biến xảy ra không hoàn toàn vì hiệu ứng tăng thể tí ch gây lực nén lên

γ → không thể chuyển biến, γ không chuyển biến được gọi là γ dư Điểm MK

thường thấp (<20oC) có khi rất thấp (ví dụ -100oC) → lượng γ dư có thể (20 ữ 30%) Tỷ lệ γ dư : phụ thuộc vào các yếu tố sau:

+ Điểm MK: MK càng thấp dưới 20oC lượng γ dư càng nhiều: MK giảm khi tăng lượng nguyên tố hợp kim trong γ

+ %C tăng → ∆V ↑ → γ dư càng nhiều

c Cơ tí nh của mactenxit

Chú ý : phân biệt độ cứng của M và độ cứng của thép tôi: độ cứng của thép tôi là

độ cứng tổng hợp của M tôi+ γ dư+ cacbit (XêII nếu có) Thường γ dư làm giảm độ cứng của thép tôi:

> 10% làm giảm 3-5HRC (cá biệt tới 10HRC),vài % → không đáng kể

Tí nh giòn:là nhược điểm của M làm hạn chế sử dụng, tí nh giòn phụ thuộc vào:

+ Kim M càng nhỏ tí nh giòn càng thấp → làm nhỏ hạt γ khi nung thì tí nh giòn ↓ + ứng suất bên trong càng nhỏ tí nh giòn càng thấp

Dùng thép bản chất hạt nhỏ, nhiệt độ tôi và phương pháp tôi thí ch hợp để giảm ứng suất bên trong như tôi phân cấp, đẳng nhiệt và ram ngay tiếp theo

4.2.5 Chuyển biến khi nung nóng thép đã tôi (khi ram)

Đ/n: ram nung nóng thép sau khi tôi để điều chỉnh độ cứng và tí nh chất phù hợp với yêu cầu

a Tí nh không ổn định của mactenxit và austenit

Tổ chức thép tôi=M+γ dư : khi nung nóng M → F+Xê theo: Feα(C) →Fe3C + Feα

γ dư → F+Xê theo: Feγ(C) → Fe3C + Feα

M và γ dư không chuyển biến ngay thành hỗn hợp F-Xê mà phải qua tổ chức trung gian là M ram theo sơ đồ: (M + γ dư) → M ram → F-Xê

b Các chuyển biến xảy ra khi ram

Thép cùng tí ch (0,80%C): tổ chức M và γ dư, quá trình chuyển biến khi ram:

- < 80oC trong thép tôi chưa có chuyển biến gì, tức vẫn có M và γ dư

- Từ 80-200oC: γ dư chưa chuyển biến,

M có tiết C dưới dạng cacbit ε FexC (x=2,0ữ2,4), hình tấm mỏng, phân tán, %C trong M giảm xuống còn khoảng 0,25 ữ 0,40%, c/a giảm đi Hỗn hợp M í t cacbon

và cacbit ε đó được gọi là M ram (vẫn liền mạng):

(M tôi) Feα(C)0,8→ [Feα(C)0,25 ữ 0,40 + Fe2 ữ 2,4C] (M ram)