Nghiên ứu ảnh hưởng ủa mứ độ biến dạng đến tổ hứ và ơ tính ủa thép tbf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu ảnh hưởng mức độ biến dạng đến tổ chức tính thép TBF TRẦN PHÁP ĐÔNG tranphapdong@sis.hust.edu.vn Ngành Khoa học vật liệu Chuyên ngành Khoa học Kỹ thuật Vật liệu (Kim loại) Giảng viên hướng dẫn chính: TS Nguyễn Hồng Hải Đơn vị: Viện Khoa học Kỹ thuật Vật liệu Chữ ký GVHD Đại học Bách Khoa Hà Nội Giảng viên hướng dẫn phụ: TS Nguyễn Dương Nam Đơn vị: Viện Cơ khí Đại học Hàng hải Việt Nam HÀ NỘI, 6/2020 i Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061132044711000000 Chữ ký GVHD LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng mức độ biến dạng đến tổ chức tính thép TBF Giáo viên hướng dẫn Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Ký ghi rõ họ tên ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập làm Luận văn, nhận hướng dẫn, giúp đỡ quý báu Thầy Cô giáo bạn bè đồng nghiệp Trước hết xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Hồng Hải, TS Nguyễn Dương Nam - tận tình dạy, giúp đỡ, động viên mặt suốt thời gian làm Luận văn Những ý kiến nhận xét, đánh giá, góp ý mang tính gợi mở Thầy vô quý giá, giúp hiểu sâu vấn đề nghiên cứu, xin bày tỏ lòng biết ơn, tri ân sâu sắc đến Thầy Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; Ban chủ nhiệm Viện Khoa học Kỹ thuật vật liệu; Ban Giám hiệu trường Đại học Hàng hải Việt Nam; Ban lãnh đạo Viện Cơ khí, tồn thể bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ tinh thần vật chất thời gian để tơi hồn thành q trình học tập thực Luận văn Trong luận văn có sử dụng số tài liệu, kết nguồn trích dẫn luận án TS Đinh Văn Hiến nhóm nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn TS Đinh Văn Hiến nhóm nghiên cứu iii Tóm tắt nội dung luận văn - Từ mác thép CMnSi luyện từ sắt xốp đạt yêu cầu, nghiên cứu công nghệ tạo phôi thép TBF với chế độ gia công biến dạng trước thông số biến dạng (mức độ cán nguội) gia công cơ-nhiệt chọn cố định nhờ phân tích quy luật lý thuyết thực nghiệm, đảm bảo thép có độ hạt ferit siêu mịn; chọn mơi trường tơi có tốc độ nguội lớn tốc độ nguội tới hạn để xử lý nhiệt - Chỉ biến đổi biến công nghệ: nhiệt độ - thời gian nung vùng hai pha (giữa Ac1 Ac3); nhiệt độ-thời gian nguội đẳng nhiệt bainit Luận văn trình bày kết nghiên cứu ảnh hưởng mức độ biến dạng đến tổ chức tính thép cacbon hợp kim thấp xử lý nhiệt kiểu TBF Luận văn trình bày kết nghiên cứu mẫu thực mức độ biến dạng khác nhau: 40%; 60% 80% Các kết nghiên cứu cho thấy rằng: Khi thực mức độ biến dạng 80% giá trị độ bền cao đạt 800MPa, độ dãn dài cao 36%, tích số độ bền độ dãn dài (Rm*A) cao nhất: 28774MPa*% Điều phù hợp với kết phân tích tổ chức tế vi hợp kim biến dạng với mức độ 80% tỷ phần austenite dư cao khoảng 16%; tỷ lệ ferrite 52% với kích thước hạt trung bình ferrite 6,4μm; austenite dư 2μm Học viên thực Ký ghi rõ họ tên iv MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu số loại thép đặc trưng Thép HSLA Thép AHSS Thép TRIP 1.2 Thành phần-tổ chức-cơ tính thép AHSS TBF Thành phần tổ chức tế vi thép AHSS TBF Cơ tính thép AHSS TBF 1.3 Công nghệ sản xuất ứng dụng thép AHSS TRIP Công nghệ sản xuất thép AHSS Công nghệ cơ-nhiệt sản xuất thép AHSS 11 Công nghệ cơ-nhiệt sản xuất thép TBF 13 Ứng dụng thép AHSS thép TRIP 14 1.4 Kết luận chương 15 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TỔ CHỨC VÀ CƠ TÍNH CỦA THÉP CMnSi XỬ LÝ NHIỆT KIỂU TBF 16 2.1 Nhiệt động học hình thành tổ chức thép TBF yếu tố ảnh hưởng 16 Cơ sở nhiệt động học hình thành tổ chức thép TBF 16 TBF Ảnh hưởng C, Mn, Si đến động học hình thành tổ chức thép 18 2.2 Độ bền độ dẻo thép TBF 20 Luật trộn pha áp dụng thép TBF 20 Các nguyên lý hãm lệch để tăng bền sử dụng thép TBF 21 Hóa bền dung dịch rắn tiết pha phân tán thép TBF 22 Nguyên lý hóa bền tăng dẻo làm nhỏ hạt thép TBF 24 TBF Hai nguyên lý hóa bền tăng dẻo chuyển biến pha thép 26 v 2.3 Quan hệ thành phần C, Mn Si với tổ chức tính thép TBF 31 2.4 Ảnh hưởng thông số cơ-nhiệt đến tạo thành tổ chức thép TBF 35 Ảnh hưởng biến dạng dẻo 35 Ảnh hưởng nung vùng tới hạn 35 Ảnh hưởng tốc độ nguội 36 Ảnh hưởng làm nguội đẳng nhiệt vùng bainit 36 2.5 Kết luận chương 37 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 39 3.1 Thiết lập sơ đồ công nghệ nấu luyện tạo phôi đúc 39 3.2 Nghiên cứu trình xử lý phôi thép TBF sau đúc 41 3.3 Nhận diện tổ chức pha hiển vi quang học 45 3.4 Đo cỡ hạt tỷ lệ pha 46 3.5 Nhận diện austenit dư mactenxit sau biến dạng nhiễu xa tia X 46 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 48 4.1 Thực nghiệm xử lý nhiệt tạo phôi thép TBF 48 4.2 Tổ chức tế vi thép TBF sau xử lý nhiệt 49 4.3 Kiểm tra tổ chức tế vi phơi thép TBF hệ sau q trình xử lý – nhiệt 52 4.4 Thực nghiệm đánh giá tiêu tính thép TBF chế độ biến dạng xử lý nhiệt khác 56 KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT Ký hiệu/viết tắt Ý nghĩa A Độ giãn dài tương đối, [%] AHSS Thép độ bền cao tiên tiến (Advanced High Strength Steel) Ac1, Ac3 Nhiệt độ bắt đầu, kết thúc chuyển biến austenit nung (trạng thái không cân bằng), [0 C] Ae1, Ae3 Nhiệt độ bắt đầu, kết thúc chuyển biến austenit trạng thái cân bằng, [0C] BH Biến cứng nung (Bake Hardening) Bs , Ms Nhiệt độ bắt đầu chuyển biến bainit, mactenxit, CP (Thép) có cấu trúc pha phức hợp (Complex Phase Steel) C0 Hàm lượng cacbon thép, [% khối lượng] Cα Hàm lượng cacbon ferit, [% khối lượng] C αb Hàm lượng cacbon bainit, [% khối lượng] Cγ Hàm lượng cacbon austenit [% khối lượng] C γIA Hàm lượng cacbon austenit vùng tới hạn, [% khối lượng] C γd Hàm lượng cacbon austenit dư, [% khối lượng] cnt Nồng độ nguyên tử hòa tan DP (Thép) song pha (Dual Phase Steel) d Kích thước cỡ hạt, [µm] dα Kích thước (cỡ hạt) hạt ferit,[µm] d α’ Kích thước (cỡ hạt) hạt mactenxit, [µm] d γd Kích thước (cỡ hạt) hạt austenit dư, [µm] FLC Đường cong biến dạng tới hạn (Forming Limit Curve) f Tỷ phần thể tích pha hạt phân tán, [%] vii fα , fαb, f γ fα Tỷ phần thể tích ferit, bainit, austenit mactenxit, [%] fα+ αb Tỷ phần thể tích ferit + bainit, [%] fα*b Tỷ phần thể tích cuối banit, [%] fγeq Tỷ phần thể tích austenit vùng tới hạn trạng thái cân bằng, [%] fγIA Tỷ phần thể tích austenit nung vùng tới hạn, [%] fγd0 Tỷ phần thể tích austenit dư ban đầu (khi chưa biến dạng), [%] fγd Tỷ phần thể tích austenit dư lại chịu mức độ biến dạng định, [%] HSLA (Thép) hợp kim thấp độ bền cao (High Strength Low Alloy Steel) h, k, l Các số Miller mặt tinh thể IF (Thép) nguyên tử xen kẽ (Interstitial Free Steel) IF-HS (Thép) khơng có ngun tử xen kẽ độ bền cao (Interstitial Free High Strength Steel) Iα, I γ Cường độ nhiễu xạ ferit austenit MS Thép mactenxit (Martensite Steel) Ms Nhiệt độ bắt đầu chuyển biến mactenxit, [0C] M sσ Nhiệt độ bắt đầu chuyển biến mactenxit nhờ ứng suất, [ 0C] M sε Nhiệt độ bắt đầu chuyển biến mactenxit biến dạng, [ 0C] Rp Giới hạn chảy đơn giới hạn chảy quy ước mức độ biến Rm dạng dẻo 0,2% thử kéo, [MPa] TRIP (Thép) dẻo chuyển biến pha (TRansformation Induced Plasticity Steel) TWIP (Thép) dẻo song tinh (TWinning Induced Plasticity Steel) viii T0 Giá trị nhiệt độ lý thuyết lượng tự austenit mactenxit nhau, [0C] TB Nhiệt độ nguội đẳng nhiệt vùng chuyển biến bainit, [0C] Tnc Nhiệt độ nóng chảy, [0C] Tα+ γ Nhiệt độ nung vùng tới hạn, [0C] t Thời gian giữ nhiệt tB Thời gian giữ nhiệt nguội đẳng nhiệt vùng chuyển t α+γ biến bainit, [Phút] Vng Tốc độ nguội, [0 C/s] Vth Tốc độ nguội tới hạn, [0 C/s] α, α ’, γ, αb , θ P Các pha ferit, mactenxit, austenit, bainit, cacbit (hoặc xementit) peclit γc Biến dạng trượt δ Biến dạng dài ε Mức độ biến dạng εh Mức độ cán nguội, [%] εu Mức độ biến dạng đồng kéo ε TRIP ε α, εα b, ε α’ εγd Mức độ biến dạng gây do chuyển pha mactenxit Mức độ biến dạng pha ferit, bainit, mactenxit austenit dư εα+ αb Mức độ biến dạng trung bình hỗn hợp pha ferit bainit σ Ứng suất σ α, σαb,σ α’và σγd Ứng suất (độ bền) chảy động ferit, bainit, mactenxit austenit dư ix DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Quan hệ giới hạn bền với độ giãn dài số thép kết cấu.[11] Hình 1.2 Tổ chức thép HSLA AHSS [9] Hình 1.3 Quan hệ độ bền kéo độ giãn dài số thép [21] Hình 1.4 Cơ tính thép TRIP, DP HSLA có giới hạn chảy[11] Hình 1.5 Lưu trình cơng nghệ sản xuất thép kinh điển tiên tiến Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ cơ-nhiệt sản xuất thép AHSS.[30] 11 Hình 1.7 Hình giản đồ xử lý nhiệt thép TBF 12 Hình 1.8 Một số sản phẩm chế tạo từ thép AHSS[11] 14 Hình 1.9 Sơ đồ xử lý tính thép AHSS dùng dập nóng sản phẩm[35] 15 Hình 2.1 Giản đồ nguội đẳng nhiệt austenit thép TBF 17 Hình 2.2 Mơ tả chuyển biến bainit [14] 17 Hình 2.3 Đường cân lượng T0 ferit austenit [18] 17 Hình 2.4 Mơ tả cách xác định độ bền độ biến dạng vật thể đa pha [32].21 Hình 2.5 So sánh ứng suất vi mơ ứng suất tính tốn xét khơng xét đến đóng góp mactenxit 21 Hình 2.6 Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến giới hạn chảy ferit [23] 22 Hình 2.7 Đóng góp chế hóa bền đến độ bền thép 23 Hình 2.8 Ảnh hưởng Nb 24 Hình 2.9 Ảnh hưởng Ti đến tính thép TBF 24 Hình 2.10 Lệch dịch chuyển qua biên hạt tổ chức hạt nhỏ 25 Hình 2.11 Mơ tả tích tụ lệch phân giới pha thép TBF 26 Hình 2.12 Tổ chức bainit thép TBF 27 Hình 2.13 Quan hệ ứng suất-biến dạng ferit bainit thép TBF [28] 27 Hình 2.14 Năng lượng tự mactenxit austenite [25] 28 Hình 2.15 Ứng suất cần thiết gây chuyển biến mactenxit tải học [25] 28 Hình 2.16 Mức độ biến dạng pha 29 Hình 2.17 Quan hệ giới hạn bền độ dài số thép TBF[40] 30 x