BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC BÀI 2: NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC TẾ VI CỦA HỢP KIM SẮT- CARBON Ở TRẠNG THÁI CÂN BẰNG GIẢ ỔN ĐỊNH

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC BÀI 2: NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC TẾ VI CỦA HỢP KIM SẮT- CARBON Ở TRẠNG THÁI CÂN BẰNG GIẢ ỔN ĐỊNH GVHD: ThS... BÀI 2: NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC TẾ VI CỦA HỢP KIM SẮT-

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

Ho Chi Minh University of Technology and Education

………… o0o…………

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC

BÀI 2: NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC TẾ VI CỦA HỢP KIM SẮT- CARBON Ở TRẠNG THÁI CÂN BẰNG GIẢ

ỔN ĐỊNH

GVHD: ThS NGUYỄN THANH TÂN

SVTH: CAO VĂN ĐỨC HIỀN MSSV: 19344030

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

Điểm: ………

KÝ TÊN

BÀI 2: NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC TẾ VI CỦA HỢP KIM SẮT- CARBON 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.cứng của thép

- Xác định được thành phần cacbon có trong hợp kim dựa vào giản đồ trạng thái Fe-C

- So sánh được cơ tính của các mác thép đựa vào tổ chức và tỉ lệ pha

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 < 9110C: 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

Cơ tính của sắt ở nhiệt độ thường:

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

- Nhiệt độ nóng chảy t0n/c = 15390C; 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 2.4 – 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 t0n/c = 15390C; 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 800HB; 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 (Hình2.8), CeII (Hình 2.9), CeIII

Hình 2.6 – Mạng tinh thể của Cementite

1.3 Giản đồ trạng thái Fe-C

Hình 2.1 - 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 2.2 Trạng thái các điểm từ giản đồ pha Fe-C4

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 < t0CD (16000C ÷

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

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

• 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 họccùng 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

Pearlite tấm gồm các tấm cementite và tấm Ferrite nằm

Hình 2.10 – Tổ chức tế vi thép cùng

tích (Pearlite tấm)

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)

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

cùng tinh, tạo thành từ dung dịch lỏng có 4,3%C ở11470C

(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

Hình 2.12 – Tổ chức tế vi thép cùng

tích (Pearlite tấm)

Hình 2.12 – Tổ chức tế vi thép cùng

tích (Pearlite tấm)

+ Thép cùng tích

- %C = 0,8%

- Tổ chức tế vi: 100% P có 2 dạng: P tấm (Hình2.11) và P hạt (Hình2.12)

+ 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)

HÌNH TÓM TẮT TỔ CHỨC TẾ VI CỦA HỢP KIM Fe-C

GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI FE-C

III NỘI DUNG THÍ NGHIỆM

➢ Có từ 7 mẫu được đánh số theo thứ tự 1; 2; 3;…

➢ Sinh viên tiến hành quan sát tất cả trên kính hiển vi kim loại và vẽ lại tổ chức tế vi của

nó

IV KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT TN

bông (Gang Ferrite)

3

- Thép sau cùng tích

>0,8%C

- Tổ chức cân bằng Pearlite+CenmentiteII

4

- Thép trước cùng tích

<0,8%C

- Tổ chức:

Ferrite(sáng) +

Pearlite

5 Gang cầu Pearlite

bông ( Gang Ferrite)

7

- Gang trắng trước cùng tinh: 2.14% < C

< 4.3%

- Tổ chức: Pearlite tấm + Ledeburite + CememtiteII sáng

8

- Gang trắng cùng tinh: C = 4.3%

- Tổ chức: LedeburitII

9

- Gang trắng sau cùng tinh: 4.3% < C < 6.67%

- Tổ chức tế vi ở nhiệt

độ thưởng: XeI + LeII đại lộ Xementit

10

- Thép cùng tích

= 0,8%C

- Tổ chức: cân bằng

Pearlite

11