TIỂU LUẬN 1: QUÁ TRÌNH KẾT TINH CỦA HỢP KIM FeC VỚI 0.4%, 0.8%, 1.2%C KHI LÀM NGUỘI CHẬM TỪ TRẠNG THÁI LỎNG NHẬN XÉT VỀ TỔ CHỨC TẾ VI VÀ TÍNH CHẤT CỦA CÁC HỢP KIM ĐÓCÁC LOẠI THÉP GANG THEO GIẢN ĐỒ FeCCăn cứ vào tổ chức khác nhau trên giản đồ pha ta có ba loại thép và ba loại gang khác nhau:Thép tương ứng với giản đồ pha Fe C là loại hợp kim ngoài Fe với C < 2,14% ra chỉ chứa lượng không đáng kể các nguyên tố khác được gọi là thép cacbon hay thép thường, gồm ba loại nhỏ sau đây:+Thép trước cùng tích với lượng cacbon biến đổi từ 0,10 đến 0,70%, tức ứng với bên trái điểm S có tổ chức ferit (sáng) + peclit (tối) mà các tổ chức tế vi được trình bày ở hình 3.22. Phần lớn thép thường dùng nằm trong loại nhỏ này song tập trung hơn cả vào loại ≤ 0,20%C rồi tiếp đến 0,30 0,40%C. Theo tính toán từ quy tắc đòn bẩy, khi lượng cacbon tăng lên thì trên tổ chức tế vi tỷ lệ phần peclit (màu tối) cũng tăng lên, còn phần ferit (màu sáng) giảm đi. Nếu không chứa cacbon (hay quá ít, 0,02 0,05%) có thể coi là sắt nguyên chất với tổ chức hầu như ferit (hình 3.19a) tức chỉ có các hạt sáng. Với 0,10%C phần tối (peclit tấm) chiếm khoảng 18, với 0,40%C là 12 và với 0,60%C là 34, cuối cùng là 0,80%C thì toàn bộ là màu tối (peclit tấm). Vậy đối với loại thép này lượng cacbon của nó được tính bằng tỷ lệ phần tối nhân với 0,80%.
Trang 1TIỂU LUẬN 2 : QUÁ TRÌNH KẾT TINH CỦA HỢP KIM Fe– C CÂN BẰNG GIẢ ỔN ĐỊNH, 3.0 % C, 4.3% C, VÀ 5.0 % C KHI LÀM NGUỘI ĐỦ NHANH NÊU NHẬN XÉT VỀ TỔ CHỨC TẾ VI VÀ
TÌNH CHẤT CỦA CÁC HỢP KIM ĐÓ
CÁC LOẠI THÉP GANG THEO GIẢN ĐỒ Fe-C
Căn cứ vào tổ chức khác nhau trên giản đồ pha ta có ba loại thép và ba loại gang khác nhau:
Thép tương ứng với giản đồ pha Fe - C là loại hợp kim ngoài Fe với C < 2,14% ra chỉ chứa lượng không đáng kể các nguyên tố khác được gọi là thép
cacbon hay thép thường, gồm ba loại nhỏ sau đây:
+Thép trước cùng tích với lượng cacbon biến đổi từ 0,10 đến 0,70%, tức ứng với bên trái điểm S có tổ chức ferit (sáng) + peclit (tối) mà các tổ chức tế vi được trình bày ở hình 3.22 Phần lớn thép thường dùng nằm trong loại nhỏ này song tập trung hơn cả vào loại ≤ 0,20%C rồi tiếp đến 0,30 - 0,40%C Theo tính toán từ quy tắc đòn bẩy, khi lượng cacbon tăng lên thì trên tổ chức tế vi tỷ lệ phần peclit (màu tối) cũng tăng lên, còn phần ferit (màu sáng) giảm đi Nếu không chứa cacbon (hay quá ít, 0,02 - 0,05%) có thể coi là sắt nguyên chất với tổ chức hầu như ferit (hình 3.19a) tức chỉ có các hạt sáng Với 0,10%C phần tối (peclit tấm) chiếm khoảng 1/8, với 0,40%C là 1/2 và với 0,60%C là 3/4, cuối cùng là
0,80%C thì toàn bộ là màu tối (peclit tấm) Vậy đối với loại thép này lượng
cacbon của nó được tính bằng tỷ lệ phần tối nhân với 0,80%
+Thép cùng tích với thành phần 0,80%C (có thể xê dịch một chút) tức ứng với điểm S có tổ chức chỉ gồm peclit
Tổ chức tế vi của các thép trước cùng tích (x500):
Trang 2a 0,10%C,
b 0,40%C,
c 0,60%C.
- Thép sau cùng tích với thành phần ≥ 0,90%C (thường chỉ tới 1,50%, cá biệt
có thể tới 2.0 - 2,2%) tức ở bên phải điểm S có tổ chức peclit + xêmentit thứ hai
Trang 3thường ở dạng lưới sáng bao bọc lấy peclit tấm như ở hình 3.23.
***Gang tương ứng với giản đồ pha Fe - C (Fe - Fe3C) là gang trắng, rất ít được
sử dụng do quá cứng, giòn, không thể gia công cắt được Theo sự khác nhau về
tổ chức ta gặp ba loại gang trắng sau
- Gang trắng trước cùng tinh với thành phần cacbon ít hơn 4,3% ở bên trái điểm C, có tổ chức peclit + xêmentit thứ hai + lêđêburit (hình 3.24a)
- Gang trắng cùng tinh có 4,3%C ứng đúng điểm C hay lân cận, với tổchức chỉ
là lêđêburit (hình 3.21)
- Gang trắng sau cùng tinh với thành phần > 4,3%C ở bên phải điểm C, có tổ chức lêđêburit + xêmentit thứ nhất
Tổ chức tế vi của thép sau cùng tích (1,20%C) (x500).
Tổ chức tế vi của gang trắng (x500):
Trang 4
a.trước cùng tinh
b.sau cùng tinh
Các điểm tới hạn của thép
Từ giản đồ pha Fe - C , trong khu vực của thép có rất nhiều đường ứng với các chuyển biến pha khác nhau Để đơn giản hóa việc gọi tên các chuyển biến pha này người ta ký hiệu (đánh số) các đường tương ứng bằng chữ A (từ tiếng Pháp arrêt có nghĩa là dừng, vì khi có chuyển biến pha nhiệt
độ biến đổi chậm lại đôi khi dừng hẳn) với các số thứ tự 0, 1,
2, 3, 4, và cm, chúng được gọi là các điểm (hay nhiệt độ) tới hạn Các điểm tới hạn thường dùng nhất gồm:
Trang 5A1 - đường PSK (727 oC) ứng với chuyển biến austenit ←→
peclit, có trong mọi loại thép
A3 - đường GS (911 - 727 oC) ứng với bắt đầu tiết ra ferit
khỏi austenit khi làm nguội hay kết thúc hòa tan ferit vào austenit khi nung nóng, chỉ có trong thép trước cùng tích
Acm - đường ES (1147 - 727 oC) ứng với bắt đầu tiết ra
xêmentit khỏi austenit khi làm nguội hay kết thúc hòa tan xêmentit vào austenit khi nung nóng, chỉ có trong thép sau cùng tích
Các điểm tới hạn khác là A0 (210o C) - điểm Curi của
xêmentit, A2 (768 oC) - điểm Curi của ferit, A4 - đường JN (1499 - 1392 oC) ứng với chuyển biến γ ←→ δ]
Có thể dễ dàng xác định (gần đúng) giá trị của A3 và Acm của các thép có thành phần cacbon khác nhau theo giản đồ pha Fe - C bằng cách gióng hay tính toán với quy ước các đường tương ứng GS và ES là thẳng Tuy nhiên các điểm tới hạn tìm được này chỉ đúng với trạng thái cân bằng (nung nóng hay làm nguội vô cùng chậm), không phù hợp với các trường hợp nung nóng, làm nguội thông thường và nhanh
Cũng giống như các hiện tượng quá nguội (khi kết tinh), quá nung (khi nấu chảy) các điểm tới hạn này cũng thấp xuống hoặc cao lên khi làm nguội hoặc nung nóng; tốc độ càng cao sự cách biệt này càng lớn
Để phân biệt cùng một điểm tới hạn cho hai trường hợp: nung nóng và làm nguội, người ta thêm chữ c (chauffage) khi nung nóng, thêm chữ r (refroidissement) khi làm nguội Với cùng một thép bao giờ cũng có: Ac1 > A1 > Ar1; Ac3 > A3 >
Trang 6Ar3 , trong đó A tính theo giản đồ pha còn Ac cao hơn và phụ thuộc vào tốc độ nung, Ar thấp hơn và phụ thuộc vào tốc
độ nguội, tốc độ càng cao sự sai khác càng mạnh
Phần dưới của giản đồ
Phần dưới của giản đồ ứng với những chuyển biến ở trạng thái rắn Có ba pha chuyển biến đáng chú ý sau đây xuất phát từ ôstenit
Sự tiết ra xêmentit thứ hai từ ôstenit
Các hợp kim có thành phần cacbon lớn hơn 0,8% khi làm nguội từ 1147 oC đến 727 oC, ôstenit của nó bị giảm thành phần cacbon theo đường ES, do vậy, sẽ tiết ra xêmentit mà ta gọi là xêmentit thứ hai Cuối cùng ở 727 oC, ôstenit có thành phần cacbon 0,8% ứng với điểmS
Các hợp kim có thành phần cacbon nhỏ hơn 0,8% khi làm nguội từ 911 oC ÷ 727 oC, ôstenit của nó sẽ tiết ra ferit là pha ít cacbon, do vậy ôstenit còn lại giàu cacbon theo đường GS Cuối cùng ở 727 oC hợp kim gồm hai pha là ferit ứng với điểm P (0,02%C) và ôstenit ứng với điểm S (0,8%C)
Như vậy khi làm nguội tới 727oC trong tổ chức của mọi hợp kim Fe – C đều chứa ôstenit với 0,8%C (ứng với điểm S)
****Chuyển biến cùng tích: ôstenit thành peclit
Tại 727 o C ôstenit có thành phần 0,8%C sẽ chuyển biến
thành peclit là hỗn hợp của hai pha ferit và xêmentit
Trang 7Như đã nói ở trên, chuyển biến này có ở trong mọi hợp kim Fe – C.
Phần trên của giản đồ
Phần trên của giản đồ trạng thái Fe – C ứng với sự kết tinh
từ trạng thái lỏng thấy có ba khu vực rõ rệt ứng với ba khoảng thành phần cacbon khác nhau
Khu vực có thành phần 0,1 – 0,51%C (có phản ứng bao tinh)
Tất cả các hợp kim có thành phần cacbon 0,1 – 0,51%C khi kết tinh sẽ xảy ra phản ứng bao tinh: δH + LB → γJ
Lúc đầu, khi làm nguội đến đường lỏng AB, hợp kim lỏng sẽ kết tinh ra dung dịch rắn trước Khi nhiệt độ hạ xuống tới
1499 oC (ứng với đường HB), hợp kim có hai pha là dung dịch rắn δ chứa 0,10%C và dung dịch rắn ôstenit chứa 0,16%C:
Các hợp kim có 0,1 – 0,16%C sau phản ứng bao tinh còn
thừa pha δ và khi làm nguội tiếp, pha này tiếp tục chuyển biến thành pha γ
Các hợp kim có 0,16 – 0,51%C sau phản ứng bao tinh còn thừa pha lỏng L, và sau khi làm nguội tiếp theo pha lỏng tiếp tục chuyển biến thành pha γ Như vậy, cuối cùng hợp kim 0,10 – 0,51%C khhi làm nguội xuống dưới đường NJE chỉ có
tổ chức một pha ôstenit
Trang 8Khu vực có thành phần 0,51 – 2,14%C kết thúc
kết tinh bằng sự tạo thành dung dịch rắn ôstenit
Hợp kim thành phần 2,14 – 4,3%C: khi làm nguội hợp kim tới đường lỏng BC nó sẽ kết tinh ra ôstenit Làm nguội tiếp tục, ôstenit có thành phần thay đổi theo đường JE, hợp kim lỏng còn lại thay đổi theo đường BC
Khu vực có thành phần 0,51 – 2,14%C kết thúc kết
tinh bằng sự tạo thành dung dịch rắn ôstenit
Hợp kim có thành phần 2,14 – 4,3%C, kết thúc kết tinh bằng
sự kết tinh của dung dịch lỏng có thành phần ứng với điểm C
ra hai pha: ôstenit có thành phần ứng với điểm E và xêmentit
ở 1147oC
Hỗn hợp cùng tinh lêđêburit
Sau khi kết tinh xong hợp kim này có tổ chức ôstenit +
lêđêburit (γ + Xe)
Khu vực có thành phần 4,3 – 6,67%C (kết tinh ra
xêmentit thứ nhất)
Phần hợp kim 4,3 – 6,67%C: khi hợp kim được làm nguội tới đường lỏng DC nó kết tinh ra xêmentit và gọi là xêmentit thứ nhất Khi làm nguội tiếp tục sẽ phản ứng tạo nên cùng tinh
Trang 9lêđêburit xảy ra ở 1147 oC Sau khi kết tinh xong, hợp kim này
có tổ chức xêmentit thứ nhất + lêđêburit (γ + Xe)
Tóm lại: khi kết tinh từ pha lỏng, trong hợp kim Fe – C có xảy
ra các quá trình sau: kết tinh ra δ (< 0,51%C) và phản ứng cùng tinh (2,14 – 6,67%C)
Một vài nhận xét về hệ Fe-Fe3C
C chiếm một lượng nhỏ như tạp chất xen kẽ trong sắt ở dạng các pha
a, b, g trong sắt
Lượng hoà tan cacbon tối đa trong pha a-BCC là 0,022% ở 727C, do mạng lập phương tâm khối có kích thước lỗ hổng (vị trí xen kẽ) nhỏ hơn so với mạng lập phương tâm mặt
Lượng C hoà tan trong Austenite (mạng lập phương tâm mặt) là 2,14% ở 1147C do mạng này có kích thước lỗ hổng (vị trí xen kẽ) lớn hơn so với mạng lập phương tâm khối
Cơ tính: Xêmentít có tính cứng dòn, khi có mặt trong thép sẽ làm tăng bền cho thép Cơ tính còn phụ thuộc độ hạt hay cấu trúc vi mô cũng như tương quan giữa F và Xê
Từ tính: Ferrit có từ tính ở nhiệt độ dưới 768C (còn gọi là nhiệt độ Curie), Austenite hoàn toàn không có từ tính
Phân loại: dựa vào các đặc điểm trên ta phân ra làm ba loại hợp kim như sau:
Sắt non: chứa hàm lượng C dưới 0,008% trong pha a-Ferrite
ở nhiệt độ phòng
Thép: chứa hàm lượng C từ 0,008% – 2,14% (thường <1%)
tổ chức gồm a-ferrite và Xê ở nhiệt độ thường
Gang: chứa hàm lượng C từ 2,14 – 6,17% (thường < 4, 5%C)