MỤC LỤC QUÁ TRÌNH KẾT TINH CỦA HỢP KIM Fe-C VỚI 0.4%C, 0.8%C, 1.2%C KHI LÀM NGUỘI CHẬM TỪ TRẠNG THÁI LỎNG.NÊU NHẬN XÉT VỀ TỔ CHỨC TẾ VI VÀ TÍNH CHẤT CỦA CAC HỢP KIM ĐÓ 1.Giản đồ trạng thái Fe-C: Giải thích giản đồ: A (1539 - 0); B (1499 - 0,5); C (1147 - 4,3); D (~1250 - 6,67); E (1147 - 2,14); F (1147 - 6,67); G (911 - 0); H (1499 - 0,10); J (1499 - 0,16); K (727 - 6,67); L (0 - 6,67); N (1392 - 0); P (727 - 0,02); S (727 - 0,80) Q (0 - 0,006); Một số đường có ý nghĩa thực tế quan trọng sau: - ABCD đường lỏng để xác định nhiệt độ chảy lỏng hoàn toàn hay bắt đầu kết tinh - AHJECF đường rắn để xác định nhiệt độ bắt đầu chảy hay kết thúc kết tinh - ECF (1147oC) đường tinh, xảy phản ứng tinh (eutectic) - PSK (727oC) đường tích, xảy phản ứng tích (eutectoid) - ES - giới hạn hòa tan cacbon Feγ - PQ - giới hạn hòa tan cacbon Feα 2.1 Các chuyển biến làm nguội chậm: Trong giản đồ có đầy đủ chuyển biến khảo sát - Chuyển biến bao tinh xảy 1499oC hợp kim có 0,10 - 0,50%C (đường HJB) δH + LB → γH hay δ0,10 + L0,50 → γ0,16 (3.1) song người ta thường không để ý đến phản ứng xảy nhiệt độ cao ảnh hưởng đến tổ chức thép gia công sử dụng - Chuyển biến tinh xảy 1147oC hợp kim có > 2,14%C (đường ECF) LC → (γE + Fe3CF) hay L4,3 → (γ2,14 + Fe3C6,67) (3.2) - Chuyển biến tích xảy 727oC với hợp kim (đường PSK) γS → [αP + Fe3CK] hay γ0,8 → [α0,02 + Fe3C6,67] (3.3) - Sự tiết pha Fe3C dư khỏi dung dịch rắn cacbon dung dịch rắn: Feγ theo đường ES Feα theo đường PQ 2.2 Các tổ chức pha: Ở trạng thái rắn gặp bốn pha sau Ferit (có thể ký hiệu α hay F hay Feα) dung dịch rắn xen kẽ cacbon Feα với mạng lập phương tâm khối (a = 0,286 - 0,291nm) song lượng hòa tan nhỏ (lớn 0,02%C 727oC - điểm P, nhiệt độ thường thấp 0,006%C - điểm Q) nên coi Feα (cacbon chui vào lỗ hổng Feα, lượng cacbon hòa tan không đáng kể nằm khuyết tật mạng, chủ yếu vùng biên giới hạt) Ferit có tính sắt từ đến 768oC Trên giản đồ tồn vùng GPQ (tiếp giáp với Feα trục sắt) Do không chứa cacbon nên tính ferit sắt nguyên chất: dẻo, dai, mềm bền Trong thực tế ferit hòa tan Si, Mn, P, Cr nên cứng bền song dẻo dai Ferit hai pha tồn nhiệt độ thường sử dụng (< 727oC), song với tỷ lệ cao (trên 90%), nên đóng góp tỷ lệ quan trọng tính hợp kim Fe - C Tổ chức tế vi ferit trình bày hình 3.19a có dạng hạt sáng, đa cạnh Hình 3.19 Tổ chức tế vi ferit (a) austenit (b) (x500) Austenit [ ký hiệu γ, A, Feγ(C) ] dung dịch rắn xen kẽ cacbon Feγ với mạng lập phương tâm mặt (a ≈ 0,364nm) với lượng hòa tan đáng kể cacbon (cao tới 2,14% hay khoảng 8,5% số nguyên tử 1147oC điểm E, tức tối đa tính bình quân ba - bốn ô sở cho phép nguyên tử cacbon định vị vào lỗ hổng tám mặt chúng, 727oC 0,80%C - điểm S) Khác với ferit, austenit tính sắt từ mà có tính thuận từ, tồn nhiệt độ cao (> 727oC) vùng NJESG (tiếp giáp với Feγ trục sắt) nên quan hệ trực tiếp đến khả sử dụng hợp kim lại có vai trò định biến dạng nóng nhiệt luyện Với tính dẻo cao (là đặc điểm mạng A1) mềm nhiệt độ cao nên biến dạng nóng (dạng chủ yếu để tạo phôi bán thành phẩm) thép thực trạng thái austenit đồng (thường 1000oC) Vì tiến hành biến dạng nóng hợp kim Fe - C với C < 2,14% nhiệt độ thường thể độ cứng tính giòn cao Làm nguội austenit với tốc độ khác nhận hỗn hợp ferit - xêmentit với độ nhỏ mịn khác hay mactenxit với tính cao đa dạng, đáp ứng rộng rãi yêu cầu sử dụng gia công Tổ chức tế vi austenit trình bày hình 3.19b có hạt sáng, với màu đậm nhạt khác đôi chút (do định hướng tẩm thực) đường song tinh (song song) cắt ngang hạt (thể tính dẻo cao) Xêmentit (có thể ký hiệu Xe, Fe3C) pha xen kẽ với kiểu mạng phức tạp có công thức Fe3C thành phần 6,67%C, ứng với đường thẳng đứng DFKL giản đồ Đặc tính xêmentit cứng giòn, với ferit tạo nên tổ chức khác hợp kim Fe - C Người ta phân biệt bốn loại xêmenntit: - Xêmentit thứ (XeI) tạo thành giảm nồng độ cacbon hợp kim lỏng theo đường DC hạ nhiệt độ, có hợp kim có > 4,3%C Do tạo thành nhiệt độ cao (> 1147oC) nên xêmentit thứ có dạng thẳng, thô to (hình 3.24b) thấy mắt thường - Xêmentit thứ hai (XeII) tạo thành giảm nồng độ cacbon austenit theo đường ES hạ nhiệt độ, thường thấy rõ hợp kim có > 0,80 2,14%C Do tạo thành nhiệt độ tương đối cao (> 727oC) tạo điều kiện cho tập trung biên giới hạt, nên xêmentit thứ hai với lượng đủ lớn tạo thành lưới liên tục bao quanh hạt austenit ((peclit) biểu thị hình 3.23, tức tạo khung giòn, làm giảm mạnh tính dẻo dai hợp kim - Xêmentit thứ ba (XeIII) tạo thành đo giảm nồng độ cacbon ferit theo đường PQ hạ nhiệt độ, với số lượng (tỷ lệ) nhỏ (nhiều 2o/oo) nên khó phát tổ chức tế vi thường bỏ qua - Xêmentit tích tạo thành chuyển biến tích austenit → peclit Loại xêmentit có vai trò quan trọng, trình bày mục Grafit tạo thành hợp kim Fe - C cao chứa lượng đáng kể silic, pha quan trọng tổ chức gang 2.3 Các tổ chức pha: Peclit (có thể ký hiệu P, [Feα + Fe3C]) Peclit hỗn hợp tích ferit xêmentit tạo thành từ austenit với 0,80%C 727oC phản ứng (3.3) Trong peclit có 88% ferit 12% xêmentit phân bố nhau, nhờ kết hợp lượng lớn pha dẻo với lượng định pha cứng, peclit tổ chức bền, cứng đủ dẻo, dai đáp ứng tốt yêu cầu vật liệu kết cấu công cụ Peclit biến thể (xoocbit, trôxtit, bainit) có mặt hầu hết hợp kim Fe - C Người ta phân biệt hai loại peclit peclit hạt Peclit (hình 3.20a) thường gặp cả, có cấu trúc (lớp phiến), tức hai pha dạng nằm đan xen nhau, nên mặt cắt ngang để lại vạch theo hướng hay đa hướng, vạch tối mỏng (với lượng hơn) xêmentit, vạch sáng dày (với lượng nhiều hơn, gọi nền) ferit nên tổng thể có dạng vân Peclit hạt (hình 3.20b) gặp hơn, có cấu trúc hạt tức xêmentit dạng thu gọn (bề mặt nhất) - hạt xêmentit phân bố ferit Giữa hai loại có khác biệt nhỏ tính: so với peclit hạt, peclit có độ bền, độ cứng cao hơn, độ dẻo, độ dai thấp đôi chút Austenit đồng dễ tạo thành peclit tấm, austenit đồng dễ tạo thành peclit hạt Peclit hạt ổn định peclit nên nung lâu nhiệt độ tương đối cao (ví dụ 600 - 700oC) peclit có xu hướng chuyển thành peclit hạt Hình 3.20 Tổ chức tế vi peclit (a) peclit hạt (b) (x500) Lêđêburit [có thể ký hiệu Le, hay (γ + Xe) hay (P + Xe)] Hình 3.21 Tổ chức tế vi lêđêburit - (P+Xe) (x500) Lêđêburit hỗn hợp tinh austenit xêmentit tạo thành từ pha lỏng với 4,3%C 1147oC nhờ phản ứng (3.2), nhiên làm nguội tiếp tục lại có phản ứng tích (3.3) để austenit chuyển biến thành peclit nên tổ chức tế vi cuối quan sát (hình 3.21) hỗn hợp peclit (các hạt tối nhỏ) xêmentit sáng Lêđêburit cứng giòn (vì có nhiều, tới 2/3, xêmentit) có hợp kim Fe - C dạng gang trắng, gặp Các tên gọi pha tổ chức kể với nghĩa xuất xứ sau: để kỷ niệm nhà khoa học lỗi lạc ngành Robert Austen (người Anh) cho austenit, Ledebur (người Đức) cho lêđêburit; từ chất hay đặc trưng tính chất ferrum (sắt, tiếng latinh) cho ferit, pearl (vân) cho peclit, cement (ximăng, cứng) cho xêmentit 3.Quá trình kết tinh Fe-C làm nguội chậm từ trạng thái lỏng: 3.1 Hợp kim Fe-C, 0,4%C : 3.1.1.Quá trình kết tinh: Có thành phần cacbon nằm khoảng 0,1 – 0,51%C kết tinh xảy phản ứng bao tinh: δH + LB → γJ Lúc đầu, làm nguội đến đường lỏng AB, hợp kim lỏng kết tinh dung dịch rắn trước Khi nhiệt độ hạ xuống tới 1499oC (ứng với đường HB), hợp kim có hai pha dung dịch rắn δ chứa 0,10%C dung dịch rắn ôstenit chứa 0,16%C: Sau phản ứng bao tinh thừa pha lỏng L, sau làm nguội pha lỏng tiếp tục chuyển biến thành pha γ Như vậy, cuối hợp kim 0,10 – 0,51%C làm nguội xuống đường NJE có tổ chức pha ôstenit 3.1.2.Tổ chức tế vi tính chất: - Thép trước 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 tổ chức tế vi trình bày hình 3.22 Phần lớn thép thường dùng nằm loại nhỏ song tập trung vào loại ≤ 0,20%C tiếp đến 0,30 - 0,40%C Theo tính toán từ quy tắc đòn bảy, lượng cacbon tăng lên tổ chức tế vi tỷ lệ phần peclit (màu tối) tăng lên, phần ferit (màu sáng) giảm Hợp kim Fe-C, 0,4%C cứng bền song dẻo dai tính chất tế vi ferit, bên cạnh hợp kim Fe-C, 0,4%C có tổ chức bền, cứng đủ dẻo, dai đáp ứng tốt yêu cầu vật liệu kết cấu công cụ tính chất peclit Hình 3.22 Tổ chức tế vi thép trước tích (x500) 0,40%C 3.2.Hợp kim Fe-C, 0,8%C: 3.2.1.Quá trình kết tinh: -Phần đồ thị: Có thành phần cacbon nằm khoảng 0,51 – 2,14%C kết thúc kết tinh tạo thành dung dịch rắn ôstenit -Phần đồ thị: Chuyển biến tích: ôstenit thành peclit Tại 727oC ôstenit có thành phần 0,8%C chuyển biến thành peclit hỗn hợp hai pha ferit xêmentit 3.2.2 Tổ chức tế vi tính chất: Thép tích với thành phần 0,80%C (có thể xê dịch chút) tức ứng với điểm S có tổ chức gồm peclit, tổ chức bền, cứng đủ dẻo, dai đáp ứng tốt yêu cầu vật liệu kết cấu công cụ 3.3 Hợp kim Fe-C, 1,2%C: 3.3.1 Quá trình kết tinh: -Phần đồ thị: Có thành phần cacbon nằm khoảng 0,51 – 2,14%C kết thúc kết tinh tạo thành dung dịch rắn ôstenit -Phần đồ thị: Hợp kim Fe-C, 1,2%C làm nguội từ 1147oC đến 727oC, ôstenit bị giảm thành phần cacbon theo đường ES, vậy, tiết xêmentit mà ta gọi xêmentit thứ hai Cuối 727oC, ôstenit có thành phần cacbon 0,8% ứng với điểm S 10 3.3.2 Tổ chức tế vi tính chất: Thép sau tích với thành phần 1,2%C tức bên phải điểm S có tổ chức peclit + xêmentit thứ hai thường dạng lưới sáng bao bọc lấy peclit Tổ chức tế vi thép sau tích (1,20%C) (x500) hợp kim Fe-C, 1.2%C có tổ chức bền, cứng đủ dẻo, dai đáp ứng tốt yêu cầu vật liệu kết cấu công cụ tính chất peclit đồng thời tạo khung giòn, làm giảm mạnh tính dẻo dai hợp kim đặc điểm xêmentit thứ hai tạo nên 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình vật liệu khí Sites.google.com 12 [...]...3.3.2 Tổ chức tế vi và tính chất: Thép sau cùng tích với thành phần 1,2%C tức ở bên phải điểm S có tổ chức peclit + xêmentit thứ hai thường ở dạng lưới sáng bao bọc lấy peclit tấm Tổ chức tế vi của thép sau cùng tích (1,20%C) (x500) hợp kim của Fe-C, 1.2%C cũng có tổ chức khá bền, cứng nhưng cũng đủ dẻo, dai đáp ứng rất tốt các yêu cầu của vật liệu kết cấu và công cụ do tính chất của peclit đồng... bền, cứng nhưng cũng đủ dẻo, dai đáp ứng rất tốt các yêu cầu của vật liệu kết cấu và công cụ do tính chất của peclit đồng thời tạo ra khung giòn, làm giảm mạnh tính dẻo và dai của hợp kim bởi đặc điểm của xêmentit thứ hai tạo nên 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình vật liệu cơ khí Sites.google.com 12 ... lêđêburit; từ chất hay đặc trưng tính chất ferrum (sắt, tiếng latinh) cho ferit, pearl (vân) cho peclit, cement (ximăng, cứng) cho xêmentit 3 .Quá trình kết tinh Fe-C làm nguội chậm từ trạng thái lỏng:... Hợp kim Fe-C, 0,4%C : 3.1.1 .Quá trình kết tinh: Có thành phần cacbon nằm khoảng 0,1 – 0,51%C kết tinh xảy phản ứng bao tinh: δH + LB → γJ Lúc đầu, làm nguội đến đường lỏng AB, hợp kim lỏng kết. .. sau làm nguội pha lỏng tiếp tục chuyển biến thành pha γ Như vậy, cuối hợp kim 0,10 – 0,51%C làm nguội xuống đường NJE có tổ chức pha ôstenit 3.1.2 .Tổ chức tế vi tính chất: - Thép trước tích với