Nâng cao cơ tính tổng hợp của gang cầu bằng xử lý nhiệt tạo nền ferit và ausferit

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HỒNG ANH TUẤN NÂNG CAO CƠ TÍNH TỔNG HỢP CỦA GANG CẦU BẰNG XỬ LÝ NHIỆT TẠO NỀN FERIT VÀ AUSFERIT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU Hà Nội – 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HOÀNG ANH TUẤN NÂNG CAO CƠ TÍNH TỔNG HỢP CỦA GANG CẦU BẰNG XỬ LÝ NHIỆT TẠO NỀN FERIT VÀ AUSFERIT Ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số: 9520309 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN HỮU DŨNG TS NGUYỄN HỒNG HẢI Hà Nội – 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực, khơng vi phạm điều luật sở hữu trí tuệ pháp luật Việt Nam Các kết luận án chưa công bố cơng trình Hà Nội, ngày 16 tháng 03 năm 2022 Giáo hƣớng dẫn khoa học PGS TS Nguyễn Hữu Dũng TS Nguyễn Hồng Hải Nghiên cứu sinh Hoàng Anh Tuấn i LỜI CẢM ƠN Qua luận án Tôi xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình chu đáo PGS.TS Nguyễn Hữu Dũng, TS Nguyễn Hồng Hải, giúp đỡ thầy Bộ môn Vật liệu Công nghệ Đúc, giúp đỡ phịng thí nghiệm trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phịng thí nghiệm Trung tâm Đo lường/Viện Công nghệ - Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng/Bộ Quốc phòng, quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi phòng Đào tạo - trường Đại học Bách khoa Hà Nội bạn đồng nghiệp Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành, sâu sắc tới Thủ trưởng đơn vị, anh chị em đồng nghiệp Trung tâm Đo lường/Viện Công nghệ - Tổng cục Cơng nghiệp Quốc phịng/Bộ Quốc phịng, tạo điều kiện tốt để thục luận án Cuối xin gửi lời cám ơn đến gia đình, người thân bạn bè cổ vũ, động viên tơi hồn thành luạn án Hà Nội, ngày 16 tháng 03 năm 2022 Tác giả Hoàng Anh Tuấn ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Gang cầu đẳng nhiệt ADI 1.2 Gang cầu có tổ chức ferit thứ cấp ausferit 1.3 Tình hình nghiên cứu gang cầu tơi đẳng nhiệt 1.3.1 Tình hình nghiên cứu gang cầu tơi đẳng nh 1.3.2 Tình hình nghiên cứu gang cầu tơi đẳng nh 1.4 Sự hình thành graphit cầu gang 1.5 Ảnh hƣởng thành phần hóa học đến tính chất gang cầu 1.5.1 Carbon silic 1.5.2 Mangan 1.5.3 Lưu huỳnh phốt 1.5.4 Nguyên tố cầu hóa 1.5.5 Các ngun tố hợp kim hố 1.56 Các ngun tố hình thành cacbit ngun 1.6 Tính chất ứng dụng gang cầu 1.6.1 Cơ tính gang cầu ADI đa pha 1.6.2 Lĩnh vực sử dụng gang cầu ADI đa pha 1.7 Các phƣơng pháp nâng cao tính tổng hợp gang cầu 1.7.1 Nâng cao chất lượng cầu hoá 1.7.2 Hợp kim hoá 1.7.3 Kết hợp hợp kim hóa nhiệt luyện 1.7.4 Các phương án nhiệt luyện 1.8 Chuyển pha gang cầu tơi đẳng nhiệt 1.8.1 Q trình austenit hóa iii 1.8.1.1 Tạo mầm austenit 1.8.1.2 Sự lớn lên mầm austenit 1.8.1.3 Hành vi cacbon trình aus 1.8.2 Chuyển biến austenit thành ferit thứ cấp 1.8.3 Chuyển biến ausferit 1.8.3.1 Cơ chế chuyển biến 1.8.3.2 Độ hạt austenit graphit 1.8.3.3 Ảnh hưởng thời gian nhiệt độ tô CHƢƠNG NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Gang cầu ban đầu 2.2 Đánh giá tổ chức tế vi 2.3 Phƣơng pháp tính tỷ phần pha austenit sau p 2.4 Xác định tính thành phần hoá học 2.5 Chế độ nhiệt luyện 2.6 Phƣơng pháp nghiên cứu chuyển biến tỉ ph nhiệt CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Thành phần, tổ chức gang cầu trạng thá 3.2 Xác định vùng nhiệt độ tới hạn 3.2.1 Xác định nhiệt độ tới hạn giản đồ pha 3.2.2 Xác định vùng nhiệt độ tới hạn phươn 3.3 Q trình austenit hóa hàm lƣợng cacbon 3.3.1 Nhiệt độ thời gian austenite hóa 3.3.2 Hàm lượng cacbon austenit 3.4 Sự hình thành ferit thứ cấp 3.5 Chuyển biến đẳng nhiệt (chuyển biến ausferit 3.5.1 Xác định chế độ tơi đẳng nhiệt 3.5.2 Sự hình thành tổ chức ausferit gang c 3.5.3 Xác định cửa sổ trình 3.5.4 Động học chuyển biến giai đoạn I iv 3.5.5 Năng lượng hoạt hóa chuyển biến ausferit 3.6 Tổ chức tế vi gang cầu ADI đa pha 3.6.1 Ảnh hưởng nhiệt độ austenit hóa 3.6.2 Ảnh hưởng nhiệt độ ủ vùng ba pha 3.6.3 Ảnh hưởng nhiệt độ đẳng nhiệt 3.6.4 Ảnh hưởng thời gian đẳng nhiệt 3.7 Cơ tính gang cầu ADI đa pha 3.7.1 Độ cứng gang cầu ADI đa pha 3.7.2 Độ bền gang cầu ADI đa pha KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ADI (Austempered Ductile Iron) = Gang cầu đẳng nhiệt WTO (World Trade Organization) = Tổ chức thương mại giới T- T –T (Transformation – Temperature – Time ) = chuyển biến – nhiệt độ - thời gian GĐP = Giản đồ pha HKTG = Hợp kim trung gian Công ty TNHH NN MTV = Công ty trách nhiệm hữu hạn nhà nước thành viên F = Ferit P = Peclit Af = Ausferit C = Cacbon NTĐH = Nguyên tố đất γC, γHC = Austenit cacbon cao γ = Austenit PAI, PAII, PAIII, PAIV, PAV, PAVI = Phương án I, II, III, IV, V, VI (FeS) = Sunfua sắt xỉ lỏng [FeS] = Sunfua sắt hợp kim lỏng Ms = Nhiệt độ bắt đầu chuyển biến mactensit Mf = Nhiệt độ kết thúc chuyển biến mactensit Cđl = Cacbon đương lượng N = Thường hóa nhiệt độ cho vi NT = Thường hóa ram nhiệt độ cho Fu = Ủ ferit hóa O CC = Từ 900 C làm nguội có điều khiển E = Giữ vùng chuyển biến tích nhiệt độ cho làm nguội nhanh vii [85] J.Sietsma, S.van der Zwaag A concise model for mixed-mode phase transformations in the solid state Acta Materialia, 52:4143–4152, 2004 [86] C.Bos,J.Sietsma A mixed-mode model for partitioning phase transformations Scripta Materialia, 57(12):1085–1088, 2007 [87] G Purdy, J Ågren, A Borgenstam, Y Bréchet, M Enomoto, A ten-year history of discussions of alloying-element interactions with migrating interfaces Metallurgical and Materials Transactions A, 42(12):3703–3718, 2011 [88] [89] ZdzisławŁawrynowicz (2016), Bainitic Transformation During Austempering of Ductile Cast Iron 71 Paripex – Indian Journal of ressearch Vol 5, Issue : 4| [90] G Cooper (2002), International Journal of Castings Reseach 11(1999),S [91] Priyanshu Bajaj (2013), Effect of Austenitising Temperature on Microstructure andWear Properties of Low Cacbon Equivalent Austempered Ductile Iron Indian Foundry Journal Vol 59; No 10; October 2013 [92] Mohamed Hameda Alaalam (1998) Effect of Austenitizing Conditions on the Impact Properties of an Alloyed Austempered Ductile Iron of Initially Ferritic Matrix Structure Journal of Materials Engineering and Performance · April 1998 [93] Z Ławrynowicz (2013), Ausferritic or bainitic transformation in ADI Advances in Materials science, Vol 13, No (38) [94] Chengduo Wang, Xueshan Du (2017), Morphology and Crystallography of Ausferrite in Austempered Ductile Iron.Metals, 7, p238; [95] W Kapturkiewicz, Andriy Burbelko (2003), Modelling of ausferrite growth in ADI International Journal of Cast Metals Research · August 2003 [96] S.H Zahiri at al (2001), Application of bainite transformation model to estimation of processing window boundaries for Mn-Mo-Cu austempered ductile iron, Materials Science and Technology Vol.17 15631568 [97] M Nili Ahmadabadi and S Farjami (2003), Transformation kinetics of unalloyed and high Mn austempered ductile iron Materials Science and Technology May 2003 Vol.19 645 [98] J Gegner,et al (2012), “Alloy Dependence of the Diffusion Coefficient of Cacbon in Austenit and Analysis of Carburization Profiles in Case Hardening of Steels”,DOI: 10.13140/2.1.3871.2646 [99] J Čermák, L Král (2014), “Extremely slow cacbon diffusion in cacbon-supersaturated surface of ferrite”, Kovove Mater,52,pp.125-133 [100] Alexander A Vasilyev, Pavel A Golikov (2018), “Cacbon diffusion coefficient in alloyed ferrite”,Materials Physics and Mechanics,39,pp.111-119 [101] Z.Ławrynowicz (2013), “Ausferritic or bainitic transformation in ADI”, Advanced in Materials Science, 13 (4), DOI: 10.2478/adms-2013-0015 127 [102] 22Z Ławrynowicz Ausferritic or bainitic transformation in ADI Advanced in materials science, Vol 13, No (38), December 2013 [103] M Nili Ahmadabadi and S Farjami, Transformation kinetics of unalloyed and high Mn austempered ductile iron, Materials Science and Technology, Vol 19, 2003, pp.645-649 [104] Marie Romedenne, Fabien Rouillard Carburization of Austenitic and Ferritic Steels in Cacbon-Saturated Sodium: Preliminary Results on the Diffusion Coefficient of Cacbon at 873 K Oxidation of Metals, (2017) vol 87 (n° 5-6) pp 643-653 128 PHỤ LỤC Kết thử tính gang cầu ADI đa pha Thời gian Nhiệt giữ nhiệt độ vùng austenite hóa, pha, hóa, C 870 2h 770 Nhiệt độ austenite o oC 760 900 2h 770 Nhiệt độ austenite o hóa, C Thời gian Nhiệt giữ nhiệt độ vùng austenite hóa, pha, o C 780 900 2h 790 930 2h 770 135 Kết xác định tỷ phần ferit thứ cấp Nhiệt độ austenite o hóa, C 870 900 930 136 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HỒNG ANH TUẤN NÂNG CAO CƠ TÍNH TỔNG HỢP CỦA GANG CẦU BẰNG XỬ LÝ NHIỆT TẠO NỀN FERIT VÀ AUSFERIT Ngành: Kỹ thuật vật liệu... ứng dụng gang cầu 1.6.1 Cơ tính gang cầu ADI đa pha 1.6.2 Lĩnh vực sử dụng gang cầu ADI đa pha 1.7 Các phƣơng pháp nâng cao tính tổng hợp gang cầu 1.7.1 Nâng cao chất lượng cầu hoá 1.7.2 Hợp kim... nhiệt luyện, độ dẻo tốt 10 đến 20 % Đó tiêu chí luận án Tiến sĩ kỹ thuật ? ?Nâng cao tính tổng hợp gang cầu xử lý nhiệt tạo ferit ausferit? ?? Tính cấp thiết đề tài: Nâng cao chất lượng sàn phẩm tạo