Tóm tắt luận án tiến sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính nhằm ổn định công nghệ thấm nitơ thể khí lên một số loại thép thông dụng ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Ngọc Minh NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CHÍNH NHẰM ỔN ĐỊNH CÔNG NGHỆ THẤM NITƠ THỂ KHÍ LÊN MỘT SỐ LOẠI THÉP THÔNG D

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nguyễn Ngọc Minh

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CHÍNH NHẰM ỔN ĐỊNH CÔNG NGHỆ THẤM NITƠ THỂ KHÍ LÊN MỘT SỐ LOẠI THÉP

THÔNG DỤNG Ở VIỆT NAM

Chuyên ngành: Kim loại học

Mã số: 62440129

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU

Hà Nội – 2015

2

Công trình được hoàn thành tại:

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:

PGS TS Nguyễn Văn Tư

TS Nguyễn Văn Hiển

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

1 Thư viện Tạ Quang Bửu – Trường ĐHBK Hà Nội

2 Thư viện Quốc gia Việt Nam

3

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của luận án:

Thấm nitơ thể khí là một công nghệ hóa nhiệt luyện đang được ứng dụng khá phổ biến và rộng rãi trên thế giới nhờ tạo ra được lớp bề mặt

có độ cứng cao chịu mài mòn trong khi chi phí giá thành thấp và dễ áp dụng hơn các loại hình công nghệ khác Với lịch sử hơn 100 năm phát triển, ở những thập niên cuối của thế kỷ 20, loại hình công nghệ này dường như bị đẩy vào quên lãng khi mà một số công nghệ xử lý bề mặt tiên tiến khác xuất hiện và tưởng chừng có thể thay thế mãi mãi công nghệ thấm nitơ thể khí thì trong khoảng gần 10 năm trở lại đây, trung bình hàng năm luôn có ít nhất từ 1 đến 2 nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ thấm nitơ thể khí được công bố tại các nước phát triển như Cộng hòa liên bang Đức, Cộng hòa pháp, Hợp chủng quốc Hoa kỳ, Nhật bản….Điều này chứng tỏ công nghệ thấm nitơ thể khí vẫn còn rất nhiều tiềm năng cần tiếp tục khám phá và ứng dụng

Ở Việt Nam, hiện tại công nghệ thấm nitơ thể khí vẫn là loại hình được ứng dụng rộng rãi nhất so với công nghệ thấm nitơ thể lỏng và plasma Tuy nhiên, qua đi sâu vào khảo sát tính hình áp dụng công nghệ này trong các nhà máy sản xuất quy mô công nghiệp, đặc biệt là tại các cơ sở sản xuất tư nhân thì nhìn chung đều bộ lộ còn khá nhiều bất cập trong việc làm chủ hoàn toàn công nghệ Ở một vài nơi nhập khẩu thiết bị đồng bộ có đi kèm với nó là công nghệ cố định cho từng nhóm chi tiết nhất định Trong quá trình làm việc do số lượng và chủng loại chi tiết không ổn định nên thường làm thay đổi thể tích rỗng của buồng thấm, qua đó làm ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng lớp thấm trên bề mặt thép Cá biệt có một vài nơi, do số lượng chi tiết cần thấm quá ít, do đó để duy trì được thể tích rỗng của buồng thấm theo thiết kế của công nghệ đi kèm, người vận hành còn để cả sắt thép vụn vào buồng thấm cùng với chi tiết

Chủng loại mác thép được sử dụng trong việc áp dụng công nghệ thấm nitơ thể khí tại Việt nam cũng rất đa dạng Những mác thép cacbon thấp như C20, 20CrMo thường được sử dụng trong chế tạo các chi tiết của xe đạp như may ơ, chốt xích đến các mác thép nhiệt luyện hóa tốt như SKD61 trong chế tạo các loại khuôn dập nóng, khuôn đùn ép… Để tìm được chế độ thấm thích hợp nhất cho từng mác thép, người thực hiện thường phải tiến hành khảo sát cụ thể ở rất nhiều chế

độ để tìm ra thông số tối ưu Việc làm này gây lãng phí rất nhiều thời gian, công sức và làm tăng chi phí trên mỗi đầu sản phẩm Ở thời điểm hiện tại, khí thấm sử dụng thường hoàn toàn là NH3 nên khi có yêu cầu nâng cao độ cứng lớp thấm thì biện pháp phổ biến vẫn là đưa thêm lưu

4

lượng khí cung cấp để làm tăng thế thấm của môi trường Biện pháp này tuy có cải thiện được độ cứng lớp bề mặt tuy nhiên lại lại gây ra lãng phí một lượng lớn nguồn khí thấm khá lớn và ô nhiễm môi trường

Vì lý do đó, luận án thực hiện nghiên cứu để khắc phục các nhược điểm trên Việc xác định và chọn ra các thông số công nghệ thấm hợp

lý cho từng chủng loại mác thép là công việc mà từ trước đến này chưa

có một nghiên cứu hoàn chỉnh nào thực hiện tại Việt nam Các kết quả nghiên cứu dự định áp dụng tại Công ty FC Hòa Lạc

Mục đích của đề tài luận án:

Làm rõ mức độ ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ chính như nhiệt

độ, thời gian lưu khí và thành phần khí thấm đến chất lượng lớp thấm Qua đó lựa chọn được các thông số công nghệ ổn định áp dụng cho một

số chủng loại mác thép thông dụng tại Việt nam như C20, 20CrMo, 30CrNi2MoVA và SKD61

Ý nghĩa khoa học của đề tài luận án:

- Xác định được ảnh hưởng của cấu trúc thép ban đầu đến sự hình thành lớp thấm nitơ thể khí:

+ Sự hình thành lớp thấm trên bề mặt thép đều khẳng định cơ chế khuếch tán nitơ theo biên hạt luôn chiếm ưu thế trong khoảng nhiệt độ thấm thực nghiệm

+ Lớp thấm phát triển trên tổ chức thép sau thường hóa chính là sự phát triển mở rộng và xâm lấn của biên hạt Các nguyên tố hợp kim (nếu có) sẽ khuếch tán vào biên hạt và sự hình thành các nitơrit hợp kim chính là sự thay thế của chúng trong các nitơrit sắt

+ Với thép sau nhiệt luyện hóa tốt, các nitơrit hợp kim hình thành là nhờ sự thay thế dần cácbon trong cácbit bởi các nguyên tử nitơ hấp thụ vào từ bề mặt thép

- Đánh giá được mối quan hệ phụ thuộc giữa hệ số truyền chất với nhiệt

độ và thế thấm, từ đó xác định được vùng nhiệt độ và mức độ phân hủy nhiệt NH3 hợp lý cho từng chủng loại thép thấm

- Luận án đã làm rõ được mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ thấm, thời gian lưu và thành phần khí thấm đến chất lượng lớp thấm nhận được

- Xác định được các thông số công nghệ tối ưu áp dụng cho một số chủng loại thép Ngoài việc góp phần cải thiện chất lượng lớp thấm, kết quả còn có ý nghĩa trong việc góp phần hạ giá thành sản phẩm

Phương pháp nghiên cứu:

- Tập hợp tài liệu về thấm nitơ trong và ngoài nước

- Sử dụng các thiết bị công nghệ: lò nhiệt luyện và lò thấm nitơ và thiết

bị sensơ hydro để kiểm soát mức độ phân hủy NH3

5

- Sử dụng phương pháp xác định hệ số truyền chất để xác lập mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ và thế thấm đến hệ số truyền

- Sử dụng các phương pháp nghiên cứu hiện đại: Quang học, EDX, SEM, Mapping, Rơnghen và phân bố độ cứng để phân tích tổ chức

Những điểm mới của luận án:

- Xây dựng được mô hình phát triển lớp thấm nitơ đối với thép sau thường hóa (C20) và sau nhiệt luyện hóa tốt (SKD61) Qua đó làm rõ thêm về ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim và của tổ chức thép ban đầu đến sự hình thành và phát triển lớp thấm

- Xây dựng được mối quan hệ phụ thuộc giữa thế nitơ với tổ chức, tính chất của lớp thấm nhận được đối với các loại thép nghiên cứu ở chế độ nhiệt luyện thường áp dụng trong thực tế

- Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ: nhiệt độ thấm, thời gian lưu, thời gian thấm, thành phần thép đến thế thấm nitơ Qua

đó xác định được các vùng thông số công nghệ thích hợp cho từng

chủng loại thép thấm

CHƯƠNG 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG

CÔNG NGHỆ THẤM NITƠ 1.1 Công nghệ thấm nitơ trên thế giới và tại Việt Nam

Dựa vào công bố khoa học trên thế giới và khảo sát tại một số khu vực miền Bắc VN

1.1.1 Công nghệ thấm nitơ trên thế giới

Trên thế giới có 3 loại hình công nghệ thấm nitơ: công nghệ thấm thể khí, công nghệ thấm thể lỏng và công nghệ thấm plasma

1.1.2 Công nghệ thấm nitơ tại Việt nam

Tại Việt nam, công nghệ thấm nitơ được áp dụng phổ biến nhất, được

áp dụng từ những nhà máy quy mô công nghiệp đến cả các cơ sở sản xuất tư nhân

Sử dụng hỗn hợp các muối nóng chảy gồm: muối xianat hoặc xyanua

của kim loại kiềm như NaCN, KCN, NaCNO và KCNO

1.2.3 Phương pháp thấm nitơ plasma

Nhờ áp dụng các biện pháp điều khiển hiện tượng phóng điện phát

quang trong chân không để làm nguồn tạo ra nitơ nguyên tử tính

1.3 Ưu và nhược điểm các loại hình công nghệ

6

Công nghệ thấm nitơ thể khí khó áp dụng với thép cácbon và thép không gỉ nhưng chi phí giá thành thấp và dễ áp dụng trong sản xuất do không yêu cầu khắt khe về trình độ người vận hành Công nghệ thấm thể lỏng, tuy có thể thấm cho thép cácbon và thép không gỉ nhưng thường phải thực hiện ở nhiệt độ khác cao nên dễ gây ảnh hưởng tổ chức thép nền Công nghệ thấm plasma tuy khắc phục được các nhược điểm của hai loại hình công nghệ phía trên nhưng thiết bị rất đắt tiền và đòi hỏi người vận hành thiết bị phải có mức hiểu biết khá cao

1.4 Mục tiêu, đối tƣợng và nội dung nghiên cứu

1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu

Một số mục tiêu cần thực hiện trong luận án này như sau:

- Đánh giá được mức độ ảnh hưởng của cấu trúc ban đầu đến sự khuyếch tán nitơ vào bề mặt thép

- Xây dựng được mô hình phát triển lớp thấm trên nhóm thép sau thường hóa (C20) và sau nhiệt luyện hóa tốt (SKD61)

- Xây dựng được mối quan hệ phụ thuộc giữa hệ số truyền chất với thế thấm và nhiệt độ để chọn được vùng phân hủy NH3 và nhiệt độ thích hợp áp dụng cho từng nhóm thép thấm

- Làm rõ mức độ ảnh hưởng của nhiệt độ, thế thấm (thông qua thời gian lưu, thành phần khí thấm) và thời gian thấm đến cấu trúc và tính chất lớp thấm

- Dựa vào các số liệu thực nghiệm đạt được để đề xuất quy trình thấm

N thể khí ổn định áp dụng cho một số mác thép hiện đang được sử dụng phổ biến ở Việt Nam

1.4.2 Đối tƣợng nghiên cứu

Với mục tiêu nghiên cứu quy luật hình thành lớp thấm N trên thép C

và thép HK, cũng như ảnh hưởng của cácbon đến quá trình thấm, đề tài

đã chọn các mác thép điển hình là C20, 20CrMo, SKD61 và 30CrNi2MoVA Các mác thép này hiện đang được ứng dụng nhiều trong chế tạo các loại chốt xích, may ơ (C20, 20CrMo), các loại khuôn đùn ép, khuôn đúc áp lực cao (SKD61) và trong chế tạo các chi tiết cơ khí phục vụ cho các khí tài quân sự (nòng pháo) (30CrNi2MoVA)

1.4.3 Nội dung nghiên cứu

* Tổng quan tài liệu

* Xác lập lý thuyết mối quan hệ giữa hàm lượng nitơ nguyên tử khuếch tán vào trong thép với các thông số công nghệ Từ đó hiểu được sự hình thành cấu trúc lớp thấm nitơ

* Xây dựng cách tính hoạt độ nitơ trong môi trường thấm và trong thép

để xác lập được giá trị hệ số truyền chất

7

* Chế tạo các loại mẫu thử nghiệm cho từng loại thép sử dụng phù hợp với yêu cầu đặt ra ban đầu của mục tiêu nghiên cứu và tiến hành thấm nitơ trên các mẫu thép chế tạo với trong điều kiện thay đổi các thông số công nghệ trong phạm vi yêu cầu đặt ra ban đầu

* Đánh giá các kết quả đạt được thông qua việc phân tích: ảnh hiển vi quang học, ảnh hiển vi điện tử quét + EDX, nhiễu xạ rơnghen, phân bố

độ cứng lớp thấm…để xây dựng mô hình phát triển lớp thấm và xác lập được ảnh hưởng của các thông số công nghệ

* Đánh giá ảnh hưởng của các thông số đầu vào (nhiệt độ thấm, thời gian lưu và thành phần khí thấm) đến thế thấm (Kn) của môi trường

* Đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ chính (nhiệt độ, thế thấm và thời gian thấm) đến tổ chức và tính chất của lớp thấm

* Tổng hợp các kết quả nghiên cứu và đề xuất chế độ thấm cho từng chủng loại thép hiện đang áp dụng ở nước ta

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THẤM NITƠ THỂ KHÍ 2.1 Cơ sở quá trình thấm nitơ thể khí

Cơ sở nhiệt động học cho phép xác định mối quan hệ giữa các thông

số công nghệ ảnh hưởng đến chất lượng lớp thấm

2.1.1 Thế nitơ của quá trình thấm

Kết quả xây dựng theo lý thuyết đã chỉ ra rằng: lượng nitơ nguyên tử hấp thụ vào bề mặt thép luôn tỷ lệ với thế thấm nitơ trong môi trường thấm

2.1.2 Hoạt độ nitơ của môi trường thấm

Kết quả lý thuyết chứng minh rằng: ở nhiệt độ thấm xác định, hoạt

độ của nitơ trong môi trường thấm chỉ lệ thuộc vào thế thấm nitơ của môi trường và áp suất riêng phần của nitơ phân tử sinh ra trong quá trình phân hủy nhiệt NH3

2.1.3 Hoạt độ nitơ trong thép

Trên cơ sở lý thuyết xây dựng cũng chỉ ra được hoạt độ của nitơ trong thép tỷ lệ với thế thấm nitơ của môi trường khi nhiệt độ thấm không đổi

2.1.4 Hệ số truyền nitơ

Hệ số truyền nitơ ( ) có thể được coi là thông số đặc trưng cho toàn

bộ các quá trình động học xảy ra trong cả môi trường và trong thép Mặc dù, hiện nay nó chưa được sử dụng trong công nghệ để điều khiển quá trình thấm, nhưng có thể qua đó đánh giá được xu hướng hình thành lớp thấm và hiệu quả, cũng như chất lượng của quá trình thấm

2.2 Cấu trúc lớp thấm nitơ thể khí

8

Nhìn chung, lớp thấm thường được chia thành 2 vùng Vùng ngoài cùng thường được biết đến với tên gọi là lớp trắng, vùng này có nồng

độ nitơ rất cao và cấu trúc pha nhận được là các nitơrit sắt

Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc lớp thấm nitơ thể khí

Vùng khuyếch tán là phần còn lại của lớp thấm, vùng này nằm giữa lớp trắng và nền thép, do đó có nồng độ nitơ thấp hơn so với lớp trắng nói trên Tuy nhiên đây lại là vùng có sự phân bố các nitơrit của nguyên tố hợp kim làm tăng mạnh độ cứng

2.3 Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ chính đến sự hình thành lớp thấm

Theo công nghệ thấm nitơ tiên tiến hiện này trên thế giới, các yếu tố công nghệ có tác động lớn đến sự hình thành và chất lượng lớp thấm là: nhiệt độ, thế nitơ và thời gian thấm

2.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Một trong những ưu điểm nổi bật của thấm nitơ so với các công nghệ khác là sử dụng nhiệt độ thấm thấp, qua đó bảo toàn được tính chất của vật liệu nền, ngoài ra còn giảm thiểu đáng kể các tác động bất lợi đến

độ bền mỏi của chi tiết Ngoài việc ảnh hưởng đến hệ số khuyếch tán, nhiệt độ cũng ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ phân hủy NH3 trong buồng thấm, do đó làm thay đổi thế thấm (Kn)

2.3.2 Ảnh hưởng của thế thấm K n

2.3.2.1 Ảnh hưởng của thành phần chất thấm

Để thay đổi thế thấm nitơ, biện pháp đang được áp dụng rộng rãi trên thế giới hiện nay là pha loãng thành phần khí thấm Do đó, luận án đã đưa ra phương án pha loãng khí thấm bằng khí N2

2.3.2.2 Ảnh hưởng của thời gian lưu

- Fe 2-3 N

’ - Fe 4 N

- Fe (N) + các nitơrít hợp kim (CrN, Mo 2 N…)

Lớp trắng có tính chất chống ăn mòn

và ma sát

Lớp khuyếch tán có độ cứng cao chịu mài mòn và ứng suất nén

dư, tăng khả năng chịu mỏi

9

Thời gian lưu được biết đến như một thông số có ảnh hưởng tới thời gian tồn tại của nitơ nguyên tử hoạt tính trong môi trường thấm Khi lưu lượng khí thấm cung cấp quá lớn (thời gian lưu nhỏ), mức độ phân hủy NH3 giảm mạnh sẽ làm tăng mạnh giá trị thế thấm (Kn) và hoạt độ nitơ trong môi trường thấm, qua đó cải thiện rõ rệt giá trị độ cứng của lớp bề mặt

2.3.3 Ảnh hưởng của thời gian thấm và yếu tố khác

- Ảnh hưởng của thời gian thấm: để tạo được chiều sâu lớp thấm đáng

kể, nhất thiết cần phải có thời gian đủ lớn để nitơ có thể khuyếch tán được vào sâu phía trong bề mặt thép Do đó, lựa chọn khoảng thời gian thấm hợp lý, phù hợp với từng loại thép cũng là điều cần thiết

- Ảnh hưởng của thành phần hợp kim: bên cạnh ưu điểm làm tăng rất mạnh độ cứng trên lớp bề mặt trong quá trình thấm nitơ, các nguyên tố hợp kim còn có một nhược điểm là làm giảm chiều dày của lớp thấm

CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Nguyên vật liệu sử dụng

- Thép nghiên cứu: các mác thép sử dụng trong nghiên cứu đều có thành phần hóa học nằm trong phạm vi tiêu chuẩn của Việt nam, Nhật

và Nga

- Khí thấm: khí sử dụng trong quá trình thực nghiệm được cung cấp có

độ sạch đều luôn lớn hơn 99,5%

3.2 Thiết bị sử dụng

3.2.1 Thiết bị đo độ phân hủy NH 3

Có 2 loại sen sơ sử dụng để kiểm soát mức độ phân hủy nhiệt NH3 trong buồng thấm là: Sensor connection KF16 và TCD Gas Analyzer Gasboard-7000

3.2.2 Thiết bị đánh giá tổ chức và tính chất lớp thấm

- Kính hiển vi quang học Axiovert 25A

- Máy đo độ cứng Struers Duramin-2

- Hiển vi điện tử quét trường bức xạ (FESEM) Model JSM 7600F

- Thiết bị phân tích nhiễu xạ X-ray Model D5005

3.2.3 Thiết bị thực nghiệm

- Lò nhiệt luyện mẫu trước thấm: mẫu trước khi thấm sẽ được tiến hành nhiệt luyện trong lò Nabertherm N11/H

- Lò thấm nitơ: là loại lò được chế tạo dành cho thực nghiệm thấm nitơ

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Đánh giá mức độ khuyếch tán nitơ và sự tiết pha nitơrit

10

Để đánh giá ảnh hưởng của tổ chức ban đầu đến quá trình khuyếch tán, đề tài đã thí nghiệm với các loạt mẫu có chế độ nhiệt luyện khác nhau Tổ chức của mẫu sau thấm được đánh giá trên các thiết bị hiển vi quang học, hiển vi điện tử quét (SEM) và phổ EDX

3.3.2 Phương pháp xác định hệ số truyền

Hệ số truyền chất ( ) được xác định thông qua giá trị hoạt độ của nitơ trong môi trường thấm và trong thép Giá trị hoạt độ của nitơ trong môi trường thấm được xác định thông qua các công thức tính trong khi giá trị hoạt độ của nitơ trong lá thép mỏng được tính toán dựa vào phần mềm thermo-calc

3.3.3 Phương pháp xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ

Để xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ Các quy trình thấm được tiến hành trong điều kiện như sau:

- Nhiệt độ thấm trong khoảng 5100C đến 5500

C

- Thời gian lưu được thay đổi trong phạm vi từ 5 phút đến 15 phút

- Thành phần khí N2 pha loãng chiếm các tỷ lệ 25%,50% và 75%

- Thời gian thấm được thay đổi trong khoảng từ 2 đến 8 giờ

3.4 Các quy trình thực nghiệm

3.4.1 Quy trình xử lý nhiệt luyện trước thấm

- Thép C20 và 20CrMo được xử lý nhiệt luyện thường hóa tại 8800C

- Thép 30CrNi2MoVA được nhiệt luyện hóa tốt (tôi 8600C, ram 6500C)

- Thép SKD61 được nhiệt luyện hóa tốt (tôi 10300C, ram 5600C)

3.4.2 Quy trình thấm

Quy trình thấm nitơ thể khí được thực hiện ở các điều khác nhau nhằm đánh giá được mức độ ảnh hưởng của các thông số công nghệ chính như nhiệt độ, thời gian lưu và thành phần khí thấm Trong quá trình thực hiện, áp suất buồng thấm luôn duy trì ở 1,2 at và thời gian 8 giờ Các mẫu sau thấm đều được làm nguội cùng lò xuống nhiệt độ phòng trước khi được lấy ra phân tích kết quả Khí N2 luôn được sử dụng để bảo vệ trong quá trình nung nóng và làm nguội để tránh hiện tượng oxy hóa bề mặt mẫu

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

4.1 Kết quả phân tích đánh giá mẫu trước thấm

4.1.1 Kết quả ảnh hiển vi quang học

11

Ảnh tổ chức tế vi quan sát trên kính hiển vi quang học của các mẫu sau

xử lý nhiệt đều thấy có sự hiện lên biên hạt khá rõ, đặc biệt với các mẫu sau thường hóa

Hình 4.1: Ảnh tổ chức tế vi của các mẫu xử lý nhiệt luyện trước thấm với độ phóng đại 500 lần: (a) thép C20, (b) thép 20CrMo, (c) thép

30CrNi2MoVA và (d) thép SKD61

4.1.2 Kết quả phân tích hiển vi điện tử quét

Để đánh giá mức độ phân bố các nguyên tố hợp kim, thép SKD61 đã được chọn để phân tích EDX Kết quả xác định ở nhiệt độ tôi đã chọn, cácbit vanadi tồn tại dưới dạng V4C3 rất ổn định và không bị hòa tan

Sự phân bố đồng đều của Cr và Mo (hình 4.3c và 4.3e) trên toàn tiết diện mẫu quét đã chứng tỏ: kết quả sau quá trình tôi, các nguyên tố hợp kim như Cr và Mo đều tồn tại dưới dạng hòa tan trong dung dịch rắn của Fe

Hình 4.2: Ảnh hiển vi điện tử quét trên mẫu thép SKD61 sau tôi (a) và

phổ EDX xác định thành phần của các hạt cacbit (b)

Với vanađi (V) thì đã có sự khác biệt khá rõ nét, đây là một nguyên tố được đánh giá là có khả năng tạo cacbit mạnh, ở nhiệt độ tôi như trên, cacbit này chưa bị phân hủy và vẫn tồn tại dưới dạng các đám nhỏ Việc quan sát sự phân bố nguyên tố trên hình 4.3d đối với vanađi và sự tích tụ cacbon tại các vùng tương ứng với vị trí của vanađi trên hình 4.3f đã chứng minh được sự tồn tại của các hạt cacbit vanađi không bị

12

phân hủy trong quá trình nung tôi thép Mẫu thép sau ram cũng được tiến hành quan sát tổ chức trên kính hiển vi điện tử quét và kết quả quan sát tổ chức được thể hiện trên hình 4.4

Hình 4.3: Phân bố nguyên tố trên mẫu thép SKD61 sau tôi: (a) bề mặt thực, (b) phân bố Fe, (c) phân bố Cr, (d) phân bố V, (e) phân bố Mo và

(f) phân bố C

Sử dụng phương pháp tẩm thực màu hiện cacbit (hình 4.4b) còn chứng minh được rằng: việc tiết ra cácbít hợp kim thức cấp ngoài khu vực tập trung chủ yếu tại biên hạt thì loại cacbit này còn tồn tại một lượng khá lớn nằm bên trong hạt Mactenxit (dung dịch rắn quá bão hòa của C trong Fe )

Hình 4.4: (a) ảnh hiển vi điện tử quét và (b) ảnh tẩm thực màu phóng

đại 1000 lần trên mẫu thép SKD61 sau ram

Các kết quả trên hình 4.5 cũng đã cho thấy rằng: ngoài cacbit sơ cấp của vanađi tồn tại ngay từ ban đầu, sự phân bố nguyên tố Cr và Mo trên các hình 4.5d và 4.5f cũng đã cho thấy đã có sự phân bố lại nồng độ các nguyên tố này tập trung nhiều tại biên hạt như trên hình 4.5a

13

Hình 4.5: Phân bố nguyên tố trên mẫu thép SKD61 sau ram: (a) bề mặt thực của mẫu, (b) phân bố Fe, (c) phân bố C, (d) phân bố Cr, (e) phân

bố V và (f) phân bố Mo

4.1.3 Kết quả phân tích nhiễu xạ Rơn ghen

Với cả 2 mẫu thép cacbon thấp (C20 và 20CrMo), nhiễu xạ Rơnghen cho thấy thành phần pha chính tồn tại chủ yếu dưới dạng ferrit (F) tương ứng với các mặt nhiễu xạ (110) và (200) Kết quả sau ram của mẫu thép 30CrNi2MoVA và SKD61 cho thấy đã có sự xuất hiện của

các loại cacbit hợp kim có trong thành phần

Hình 4.6: Kết quả nhiễu xạ tia X các mẫu thép trước thấm (a) - thép C20; (b) - thép 20CrMo; (c) – thép 30CrNi2MoVA; (d) – thép SKD61