ẢNH HƯỞNG CỦA NGUYÊN TỐ HỢP KIM ĐẾN TỔ CHỨC VÀ TÍNH CHẤT CỦA THÉP HADFIELD

Dưới tải trọng va đập Austenite ở bề mặt, nơi chịu va đập sẽ chuyển biến thành Martensite có độ cứng cao, trong khi đó lõi vẫn giữ nguyên tổ chức Austenite dẻo dai.Đây là loại thép c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KHOA HỌC & KỸ THUẬT VẬT LIỆU

BÁO CÁO TỐT NGHIỆP

ẢNH HƯỞNG CỦA NGUYÊN TỐ HỢP KIM ĐẾN TỔ CHỨC VÀ TÍNH CHẤT CỦA THÉP HADFIELD

 Bố cục luận án

• 5

• phần

• chính

• 1•• Tổng quan Tổng quan

• 2•• Cơ sở lý thuyết Cơ sở lý thuyết

• 3• Thực nghiệm và khảo

I.Tổng quan về thép Mn cao

Là loại thép có hàm lượng

Mn cao Điển hình là thép

Hadfield có thành phần hóa

học là:

Mn = 10-14%

C = 1,0-1,4%

Tỷ lệ C/Mn = 1:10

Thép có tổ chức Austenite, chứa cacbon và mangan cao Dưới tải trọng va đập Austenite ở bề mặt, nơi chịu va đập sẽ chuyển biến thành Martensite có độ cứng cao, trong khi đó lõi vẫn giữ nguyên tổ chức Austenite dẻo dai.

Đây là loại thép có tính chống mài mòn đặc biệt cao khi làm việc dưới tải trọng

va đập (dưới tác dụng của ứng suất pháp), dưới tác dụng của ứng suất tiếp (như phun cát) lại bị mài mòn khá nhanh như các loại thép khác

Nguyên nhân: Là do có sự chuyển biến

của Austenite

Công dụng của thép Hadfield

II.Cơ sở lý thuyết

nguyên tố Mn, Cr, Ti và đất hiếm.

2 Chuyển biến Austenit trong quá

trình hóa biến dạng.

3 Ảnh hưởng của chế độ nhiệt

luyện đến chuyển biến Austenite

Ảnh hưởng của nguyên tố Mn

định Austenit

tăng độ cứng cho thép như loại cacbit Mn3C, Mn3C2 và (Fe,Mn)23C6…

 Do đó, sau khi đúc thép Hadfield ta sẽ

thu được tổ chức Austenit

Ảnh hưởng của nguyên tố Cr

Tính chống oxy, tính chịu nhiệt, tính chống

gỉ cho thép

Là nguyên tố tạo Cacbit mạnh Cr26C6,

Cr7C3… khi ram cacbit crom nhỏ mịn tiết

ra có tác dụng hóa bền tiết pha và tăng tính chống mài mòn tốt

Cr tăng đáng kể độ thấm tôi, độ cứng của thép sau khi nhiệt luyện, hòa tan vào ferit và hóa bền nó, nhưng lại ít ảnh hưởng đến

độ dẻo

Ảnh hưởng của đất hiếm và Ti

- Austenit (có thể ký hiệu bằng γ, A, Feγ(C))))))

Là dung dịch rắn của C trong Feγ với mạng lập phương tâm mặt A1

- Martensite là dung dịch rắn xen kẽ quá bão hòa của cacbon trong Feα có nồng độ cacbon bằng nồng của Austenit ban đầu.

Cấu trúc của Martensite a) Mô hình khối cơ sở b) Ảnh tổ chức tế vi

Chuyển biến Austenit (FCC) thành

Đối với thép Hadfield, trong quá trình làm việc dưới tải trọng cao (dưới ứng suất pháp) nó sẽ xảy ra sự chuyển biến trong tổ chức từ Austenit sang Martensite theo cơ chế trượt (hiện tượng hóa bền cơ học)

Ảnh hưởng của quá trình

nhiệt luyện

III.Thực nghiệm & Khảo sát

Mục đích thí nghiệm

1 Khảo sát sự ảnh hưởng của

đến tổ chức và tính chất của thép Hadfield

3 Khảo sát ảnh hưởng của các chế độ nhiệt luyện đến sự chuyển biến Austenit trong thép Mn cao

4 Bước đầu kháo sát sự biến đổi cấu trúc mạng nhằm xác định quá trinh chuyển biến Austenit trong thép Mn cao

Phần thực nhiệm thư nhất

• Nấu luyện 5 mẻ thép với hàm lượng Mn

= 13%, 16%, 18%, mẻ liệu 13% có biến tính bằng đất hiếm với lượng 0,1% và

biến tính bằng Ti với lượng 0,1% Đúc

mẫu hình trụ có tiết diện 3,8cm

• Mục đích : Xét cơ tính của thép Hadfield thay đổi như thế nào khi gia tăng hàm

lượng Mn và thay đổi lượng Cr để đánh giá về tổ chức của thép cũng như các

tính chất khác

Phần thực nhiệm thứ hai

 Mẫu sau khi đúc ta đem cắt, đưa đi phân tích thành phần hóa học và nhiệt luyện với

2 chế độ khác nhau, mài, đánh bong để chụp ảnh tố chức tế vi và đo độ cứng.

 Nghiên cứu thép sau khi nấu có đạt được thành phần và tính chất như mong muốn không So sánh chất lương của 3 mác thép

có hàm lượng Mn khác nhau, 2 mác thép hàm lương Mn = 13% có và không biến tính, 2 mác thép có chứa thành phần Cr khác nhau.

Phần thực nhiệm thứ ba

Tiến hành va đập các mẫu dưới cùng 1 tải trọng va đập với hơn 1000 lần bằng máy dằn khuôn

Mục đích : để xác định sự thay đổi về cơ tính và tổ chức tế vi của mẫu sau khi va đập so với mẫu trước khi va đập

Qui trình thực nghiệm

Mẫu thí nghiệmPhân tích thành phần hóa học

Mẫu sau nhiệt luyện

b3

Bước 1

a Mẫu chuẩn bị b Máy astm e415-2005

Xác định thành phần hóa học sử dụng phương pháp phổ phát xạ nguyên tử ASTM E415-2005 với thiết bị đo thành phần sử dụng máy quang phổ phát

xạ nguyên tử ARL 3460 OES

2cm

3,8cm

Làm nguội trong nước

Chế độ 2:

0 50 100 150 200 250 300 350 0

Nâng lên 900 o C, giữ nhiệt 50 phút làm nguội trong

lò xuống 630 o C trong 40 phút Sau đó làm nguội bằng không khí rồi tiếp tục nâng lên 1090 o C, giữ nhiệt 50 phút rồi làm nguội bằng nước.

thang Vikers Mỗi mẫu

được đo tối thiểu tại 3

điểm và lấy giá trị trung

bình cho mỗi mẫu.

Bước 5

• Các mẫu sau khi đúc, sau khi nhiệt luyện và sau khi va đập được mài trên máy Struers – Labopol 25 bằng giấy nhám SiC Tốc độ vòng quay từ 250 – 300vg/ph và được làm mát bằng nước.

• Mẫu được mài lần lượt trên giấy nhám Khi bề mặt mẫu đạt được sáng, không có vết xước Mẫu đạt được tiếp tục được đánh bóng trên máy bằng vải dạ tẩm bột crom(III)oxit Rửa sạch mẫu bằng nước sạch, tiếp đến rửa bằng cồn 90 o rồi đem sấy mẫu thật khô Sau đó tẩm thực mẫu bằng dung dịch nital 2% (hỗn hợp HNO3 + etanol) trong 15s.

Máy mài mẫu Struers – Labopol 25

Bước 6

Việc nghiên cứu cấu trúc của thép được thực hiện trên Kính hiển vi quang học (Optical Microscope) Leica MDS4000M tại Phòng thí nghiệm Công nghệ Vật liệu kim loại – Viện Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, Trường

đại học Bách Khoa Hà Nội Kính

hiển vi quang học Leica MDS4000M được sử dụng để quan sát tổ chức tế vi của mẫu ở các độ phóng đại khác nhau từ 50 đến 1000 lần.

IV.Kết quả thực nghiệm

Thành phần hóa học các mẫu

Các mẫu được kiểm tra thành phần hóa học bằng phương pháp quang phổ phát xạ tại Công ty Vico

Kết quả đo độ cứng