Giáo trình vật liệu 2 part 4 potx

43 Quan hệ phi tuyế n: Quan hệ phi tuyế n:Quan hệ phi tuyế n: Quan hệ phi tuyế n:. Trong tr ờng hợp hạ t nhỏ đi hoặ c to lê n, tí nh chấ t đạ t đ ợc sẽ thay đổi tuỳ theo tr ờng hợp: hạ t nhỏ di độ dai tăng = bề n + dẻ o tă ng Chí nh vì thế mà tí nh chấ t của hợp kim có thể không còn tuâ n theo quan hệ tuyế n tí nh nhấ t là tạ i điể m cùng tinh, cùng tí ch và lâ n cậ n (hì nh 3.17). Hì nh 3.17. Quan hệ phi tuyế n giữa tí nh chấ t và GĐP 3.3. 3.3.3.3. 3.3. Giản đồ pha Fe Giản đồ pha Fe Giản đồ pha Fe Giản đồ pha Fe - - C (Fe C (Fe C (Fe C (Fe - - Fe Fe Fe Fe 3 33 3 C) C)C) C) Giả n đồ pha Fe - C (chỉ xé t hệ Fe - Fe 3 C) khá phức tạ p, rấ t điể n hì nh để minh họa cá c t ơng tá c th ờng gặ p và đ ợc sử dụng rấ t nhiề u trong thực tế . Ngoà i ra còn có giả n đồ Fe - grafit là hệ câ n bằ ng ổn chủ yế u là dùng trong gang. 3.3.1. 3.3.1.3.3.1. 3.3.1. Tơng tác giữa Fe và C Tơng tác giữa Fe và CTơng tác giữa Fe và C Tơng tác giữa Fe và C Fe, Fe,Fe, Fe, khá dẻ o (dễ biế n dạ ng nguội), dai, tuy bề n, cứng hơn Al, Cu nhiề u song vẫ n còn rấ t thấ p so với yê u cầ u sử dụng. Khi đa C và o Fe giữa hóa bề n, rẻ hơn HK Fe-C trở nê n thông dụng a. a.a. a. Sự hòa tan của Sự hòa tan của Sự hòa tan của Sự hòa tan của C CC C vào vào vào vào Fe FeFe Fe Tạo dung dị ch rắn xen kẽ : Tạo dung dị ch rắn xen kẽ :Tạo dung dị ch rắn xen kẽ : Tạo dung dị ch rắn xen kẽ : bá n kí nh nguyê n tử r C = 0,077nm, r Fe = 0,1241nm) C chỉ có thể hòa tan có hạ n và o Fe ở dạ ng dung dị ch rắ n xen kẽ . Fe có 2 kiể u mạ ng tinh thể : lftk A2 (n o < 911 o C - Fe và 1392 ữ 1539 o C - Fe ) và lftm A1 (911 ữ 1392 o C - Fe ), khả nă ng hòa tan cacbon và o cá c pha Fe khá c nhau: Fe FeFe Fe và Fe và Fe và Fe và Fe với m với m với m với mạng ạng ạng ạng A2 A2A2 A2 tuy mậ t độ xế p thấ p, có nhiề u lỗ hổng, song mỗi lỗ hổng lạ i có kí ch th ớc quá nhỏ (lỗ tá m mặ t có r = 0,02, lỗ bốn mặ t lớn hơn có r = 0,036), lớn nhấ t cũng chỉ bằng 50% kí ch th ớc của nguyê n tử sắ t Fe chỉ hoà tan đợc 0,02%C và Fe 0,1%C. Fe FeFe Fe v v v và Fe à Feà Fe à Fe , Fe , Fe, Fe , Fe với mạng A1 với mạng A1 với mạng A1 với mạng A1: :: : tuy có mật độ xế p cao hơn, nh ng lỗ hổng lạ i có kí ch thớc lớn hơn (lỗ bốn mặ t r = 0,028nm, lỗ tá m mặ t r = 0,051nm), vẫ n còn hơi nhỏ nh ng nhờ cá c nguyê n tử sắ t có thể giã n ra Fe hòa tan đ ợc cacbon 2,14%C. b. b.b. b. Tơng tác hóa học Tơng tác hóa học Tơng tác hóa học Tơng tác hóa học giữa Fe và C giữa Fe và Cgiữa Fe và C giữa Fe và C Austenit () là DDR của C trong Fe , mạ ng A1, g/hạ n hoà tan: 727 o C -0,8%C, 1147 o C- 2,14%C Ferit () là DDR của C trong Fe , mạ ng A2, giới hạ n hoà tan: 20 o C-0,006%C, 727 o C-0,8%C Fe 3 C là pha xen kẽ , có kiể u mạ ng phức tạ p, có thà nh phầ n 6,67%C + 93,33%Fe. 3.3.2. 3.3.2.3.3.2. 3.3.2. Giản đồ pha Fe Giản đồ pha Fe Giản đồ pha Fe Giản đồ pha Fe - - Fe Fe Fe Fe 3 33 3 C và các tổ chức C và các tổ chứcC và các tổ chức C và các tổ chức a. a.a. a. Giản đồ pha Fe Giản đồ pha Fe Giản đồ pha Fe Giản đồ pha Fe - - Fe Fe Fe Fe 3 33 3 C C C C Hì nh 3.18 với cá c ký hiệ u cá c tọa độ (n o , o C - %C) nh sau: Một số đờng có ý nghĩ a thực tế rất quan trọng: Một số đờng có ý nghĩ a thực tế rất quan trọng:Một số đờng có ý nghĩ a thực tế rất quan trọng: Một số đờng có ý nghĩ a thực tế rất quan trọng: - ABCD là đ ờng lỏng để xá c đị nh nhiệ t độ chả y đúc - AHJECF là đ ờng rắ n kế t tinh hoà n toà n đúc. - PSK (727 o C) là đ ờng cùng tí ch nhiệ t luyệ n - ES - giới hạ n hòa tan cacbon trong Fe hoá nhiệ t luyệ n, nhiệ t luyệ n. %B B A nhiệ t độ, P L +L P L+ + P P 44 - PQ - giới hạ n hòa tan cacbon trong Fe nhiệ t luyệ n ké m quan trong hơn A (1539 - 0) B (1499 - 0,5) C (1147 - 4,3) H (1499 - 0,10) P (727 - 0,02) Q (0 - 0,006) S (727 - 0,80) D (~1250 - 6,67) E (1147 - 2,14) K (727 - 6,67) G (911 - 0) F (1147 - 6,67) J (1499 - 0,16) N (1392 - 0) Hì nh 3.18. Giản đồ pha Fe - C (Fe - Fe 3 C) b. Các chuyể n biế n khi làm nguội chậm b. Các chuyể n biế n khi làm nguội chậmb. Các chuyể n biế n khi làm nguội chậm b. Các chuyể n biế n khi làm nguội chậm - Chuyể n biế n bao tinh xả y ra ở 1499 o C: H + L B J hay 0,10 + L 0,50 0,16 (3.1) - Chuyể n biế n cùng tinh xả y ra ở 1147 o C: L C ( E + Xê ) hay L 4,3 ( 2,14 + Xê ) (3.2) - Chuyể n biế n cùng tí ch xả y ra ở 727 o C: S [ P + Xê ] hay 0,8 [ 0,02 + Xê ] (3.3) - Sự tiế t pha Fe 3 C d ra khỏi dung dị ch rắ n của cacbon: , n o < ES Xê II và , n o < PQ Xê III . c. c.c. c. Các tổ chức một pha Các tổ chức một phaCác tổ chức một pha Các tổ chức một pha Ferit FeritFerit Ferit ( , F , F, F , F), đã nê u ở trê n, Ferit là pha tồn tạ i ở nhiệ t độ th ờng, tỷ lệ cao nhấ t (tới 90%), quan trọng đói với cơ tí nh của hợp kim Fe - C. Tổ chức tế vi của ferit (xem hì nh 3.22) có dạ ng cá c hạ t sá ng, đa cạ nh. Austenit Austenit Austenit Austenit [ , A AA A, Fe FeFe Fe (C) (C)(C) (C)], đã nêu trê n, khác với F, không có tí nh sắ t từ, chỉ tồn tạ i ở nhiệ t độ cao (> 727 o C), chỉ tồn tạ i ở nhiệ t độ cao hoặ c TKG austenit, 13, nh ng lạ i có vai trò quyế t đị nh trong biế n dạ ng nóng và nhiệ t luyệ n. Tí nh chấ t của : : : : có tí nh dẻ o rấ t cao (mạ ng A1). Nhờ có tí nh dẻ o cao có tí nh dẻ o cao có tí nh dẻ o cao có tí nh dẻ o cao thể tiế n hà nh biế n dạ ng nóng mọi hợp kim Fe - C với C < 2,14% Là m nguội austenit với tốc độ tổ chức cơ tí nh : nguội chậ m P+F mề m, nguội nhanh mactenxit cứng. Tổ chức tế vi của gồm cá c hạ t sáng, có thể với mà u đậ m nhạ t khá c nhau đôi chút, có cá c đ ờng song tinh. Xê m Xê mXê m Xê mentit entitentit entit (X XX Xê êê ê , Fe FeFe Fe 3 33 3 C CC C): là pha xen kẽ với kiể u mạ ng phức tạ p có công thức Fe 3 C và thà nh phầ n 6,67%C, cứng và giòn, cùng với ferit nó tạ o nên cá c tổ chức khá c nhau của hợp kim Fe - C. Ng ời ta phân biệt 4 loại Xê: - Xe I tiế t ra từ pha lỏng khi là m nguội HK > 4,3%C. Xê I có dạ ng thẳ ng, thô to (hì nh 3.24b) đôi khi có thể thấ y đ ợc bằ ng mắ t th ờng. +L L E C P G J B A H Q F+P p eclit lê đê buri P+Xê I P+Xê II +Lê Lê + Xê I 727 1147 A 3 A cm L+Xê Fe Fe 3 C 0 , 8 2,14 4,3 910 1200 nhiệ t độ, o C %C 1 2 3 4 5 6 500 D F K +Xê II +Xê II +Lê Lê + Xê I S 45 - Xe II đ ợc tạ o thà nh là m nguội theo đờng ES HK có 0,80<%C< 2,14, Dạ ng l ới bao quanh hạ t (peclit) hì nh 3.23, l ới liê n tục là m giả m mạ nh tí nh dẻ o và dai của hợp kim, l ới rá ch tă ng cứng và chị u mà i mòn tốt. - Xe III đ ợc tạ o thà nh khi là m nguội F d ới đ ờng PQ, quá nhỏ th ờng đ ợc bỏ qua. - Xê cùng tí ch đ ợc tạ o thà nh do chuyể n biế n cùng tí ch peclit, rấ t quan trọng, xé t sau. Grafit Grafit Grafit Grafit chỉ đợc tạ o thà nh trong gang vì có Si, khả o sá t trong gang sau nà y. d. d.d. d. Các tổ chức hai pha Các tổ chức hai phaCác tổ chức hai pha Các tổ chức hai pha Peclit PeclitPeclit Peclit (có thể ký hiệ u bằ ng P PP P, [Fe [Fe[Fe [Fe + Fe + Fe + Fe + Fe 3 33 3 C] C]C] C]). Đ/n: là hỗn hợp cùng tí ch của F và Xê đợc tạ o thà nh từ phả n ứng cùng tí ch (3.3). Đ/điể m: Trong P có 88% F và 12% Xê phâ n bố đề u kế t hợp dẻ o với pha cứng bề n cao, cứng nh ng cũng đủ dẻ o, dai là vậ t liệu kế t cấ u và công cụ tốt, gồm: P tấ m và peclit hạ t. Peclit tấm (hì nh 3.21a): th ờng gặ p hơn, F & Xê đề u ở dạ ng tấ m nằ m xen kẽ nhau. Peclit hạt (hì nh 3.21b): í t gặ p hơn, Xê thu gọn lạ i thà nh dạ ng hạ t nằ m phâ n bố đề u trê n nề n F. So với peclit tấ m, peclit hạ t có độ bề n, độ cứng thấ p hơn, độ dẻ o, độ dai cao hơn đôi chút. Peclit hạ t th ờng đ ợc tạ o thà nh khi giữ nhiệ t lâ u ở (600 ữ 700 o C). Lê đê burit Lê đê burit Lê đê burit Lê đê burit (Lê hay [ [[ [P + Xe P + XeP + Xe P + Xe]) trê n 727 o C là [+Xê ] d ới 727 o C là [P+Xê ] Hì nh 3.21: Lê = hỗn hợp của peclit tấ m (cá c hạ t tối nhỏ) trê n nề n xê mentit sá ng. Lê đê burit cứng và giòn vì tỷ lệ Xê cao (%Xê =(4,3-0,8)/(6,67-0,8)=59,6%) và chỉ có trong gang trắ ng. 3.3.3. 3.3.3.3.3.3. 3.3.3. Phân loại Phân loạiPhân loại Phân loại a. a.a. a. Khái niệ m Khái niệ m Khái niệ m Khái niệ m chung về thé p, gang chung về thé p, gangchung về thé p, gang chung về thé p, gang Thé p và gang đề u là hợp kim Fe-C, trong đó: < 2,14%C là thé p, 2,14%C là gang. Đ/điểm: tấ t cả cá c thé p khi đ ợc nung nóng trê n đ ờng GSE t ơng ứng đề u có 1 pha Tí nh đúc của thé p là thấ p (n o chả y cao, co nhiề u), í t đ ợc sử dụng để chế tạo vật đúc. Gang không thể nung nóng để có tổ chức một pha mà bao giờ cũng còn Xê (hay grafit) không biế n dạ ng nguội lẫ n nóng đ ợc (kể cả loại đợc gọi là gang rè n), tí nh đúc tốt. b. Các loại thé p, gang theo giản đồ pha Fe b. Các loại thé p, gang theo giản đồ pha Fe b. Các loại thé p, gang theo giản đồ pha Fe b. Các loại thé p, gang theo giản đồ pha Fe - - C C C C Thé p C: Thé p C: Thé p C: Thé p C: loạ i chỉ chứa C và 1 l ợng không đáng kể cá c nguyê n tố khá c, gồm 3 loạ i: - Thé p tr ớc cùng tí ch: %C <0,8%, bê n trá i điể m S, tổ chức F (sá ng) + P (tối) (hì nh 3.22). Phần lớn thé p th ờng dùng là loại này mà tập trung ở loại 0,20%C rồi tiế p đế n 0,30 ữ 0,40%C. Khi %C %P , F - Thé p cùng tí ch: thé p chứa 0,80%C tổ chức peclit. - Thé p sau cùng tí ch: với thà nh phầ n > 0,80%C (th ờng chỉ tới 1,50%, cá biệ t có thể tới 2.0 ữ 2,2%), tổ chức P+Xê II (hì nh 3.23). Hì nh 3.21. Tổ chức tế vi của: a) Pec lit tấ m b) Peclit hạ t c) Lê đê burit b) a) c) 46 Gang GangGang Gang: :: : t ơng ứng với GĐP Fe-C (Fe-Fe 3 C) là gang trắ ng, í t dùng vì quá cứng, giòn, không thể gia công cắ t đ ợc gồm 3 loạ i: - Gang trắng tr ớc cùng tinh với %C< 4,3%, có tổ chức P+ Xê II + Lê (hì nh 3.24a). - Gang trắng cùng tinh có 4,3%C, đúng điể m C hay lâ n cận, với tổ chức chỉ là Lê (hì nh 3.21). - Gang trắng sau cùng tinh với > 4,3%C ở bê n phả i điể m C, có tổ chức Lê + Xê I (hì nh 3.24b). Hì nh 3.23. Tổ chức tế vi của thép sau cùng tí ch Hì nh 3.24. Tổ chức tế vi của gang trắng (x500): (1,20%C) (x500). trớc cùng tinh (a) và sau cùng tinh (b) c. c.c. c. Các điể m tới hạn của thé p Các điể m tới hạn của thé pCác điể m tới hạn của thé p Các điể m tới hạn của thé p A (từ tiế ng Pháp arrêt=dừng, c- chauffer=nung nóng, r- refroidir=là m nguội) A với 1, 2, 3, 4, và cm, chúng đ ợc gọi là cá c điể m (hay nhiệ t độ) tới hạ n, gồm: A 1 - đờng PSK (727 o C) ứng với chuyể n biế n austenit peclit, có trong mọi loạ i thé p. A 3 - đờng GS (911 ữ 727 o C) ứng với bắ t đầ u tiế t ra F khỏi khi là m nguội hay kế t thúc hòa tan ferit và o austenit khi nung nóng, chỉ có trong thé p tr ớc cùng tí ch. A AA A cm cm cm cm - - đ ờng ES (1147 ữ 727 o C) ứng với bắ t đầ u tiế t ra Xê II khỏi khi là m nguội hay kế t thúc hòa tan Xê II và o khi nung nóng, chỉ có trong thé p sau cùng tí ch. A AA A 0 00 0 - - (210 o C) - điể m Curi của Xê , A 2 - (768 o C) - điể m Curi của ferit, Cùng một thé p bao giờ cũng có: Ac 1 > A 1 > Ar 1 ; Ac 3 > A 3 > Ar 3 , Hì nh 3.22. Tổ chức tế vi của thép trớc cùng tí ch (x500): a. 0,10%C, b. 0,40%C, c.0,60%C. 47 Chơng 4 nhiệt luyện thép 4.1. Khái niệm về nhiệt luyện thép 4.1.1. Sơ lợc về nhiệt luyện thép a. Định nghĩa: là nung nóng thép đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt một thời gian thí ch hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ xác định để nhận đợc tổ chức, do đó tí nh chất theo yêu cầu. Đ/điểm: - Không làm nóng chảy và biến dạng sản phẩm thép - Kết quả đợc đánh giá bằng biến đổi của tổ chức tế vi và tí nh chất. b. Các yếu tố đặc trng cho nhiệt luyện Hình 4.1. Sơ đồ của quá trình nhiệt c. Phân loại nhiệt luyện thép luyện đơn giản nhất 1. Nhiệt luyện: thờng gặp nhất, chỉ có tác động nhiệt làm biến đổi tổ chức và tí nh chất gồm nhiều phơng pháp: ủ, thờng hoá, tôi, ram. 2. Hóa - nhiệt luyện: Nhiệt luyện có kèm theo thay đổi thành phần hóa học ở bề mặt rồi nhiệt luyện tiếp theo để cải thiện hơn nữa tí nh chất của vật liệu: Thấm đơn hoặc đa nguyên tố:C,N, 3. Cơ - nhiệt luyện: là biến dạng dẻo thép ở trạng thái sau đó tôi và ram để nhận đợc tổ chức M nhỏ mịn có cơ tí nh tổng hợp cao nhất, thờng ở xởng cán nóng thép, luyện kim. 4.1.2. Tác dụng của nhiệt luyện đối với sản xuất cơ khí a. Tăng độ cứng, tí nh chống mài mòn và độ bền của thép : phát huy triệt để các tiềm năng của vật liệu: bền, cứng, dai do đó giảm nhẹ kết cấu, tăng tuổi thọ, b. Cải thiện tí nh công nghệ Phù hợp với điều kiện gia công: cần đủ mềm để dễ cắt, cần dẻo để dễ biến dạng, c. Nhiệt luyện trong nhà máy cơ khí - Nặng nhọc, độc cơ khí hóa, tự động hóa, chống nóng, độc - Phải đợc chuyên môn hóa cao bảo đảm chất lợng sản phẩm và năng suất - Tiêu phí nhiều năng lợng phơng án tiết kiệm đợc năng lợng thời g ian nhiệ t độ gn V ng T Ba thông số quan trọng nhất (hình 4.1): - Nhiệt độ nung nóng o n T : - Thời gian giữ nhiệt t gn : - Tốc độ nguội V nguội sau khi giữ nhiệt. Các chỉ tiêu đánh giá kết quả: + Tổ chức tế vi bao gồm cấu tạo pha, kí ch thớc hạt, chiều sâu lớp hóa bền là chỉ tiêu gốc, cơ bản nhất + Độ cứng, độ bền, độ dẻo, độ dai + Độ cong vênh, biến dạng. 48 - Là khâu sau cùng, thờng không thể bỏ qua, do đó quyết định tiến độ chung, chất lợng và giá thành sản phẩm của cả xí nghiệp. 4.2. Các tổ chức đạt đợc khi nung nóng và làm nguội thép 4.2.1. Các chuyển biến xảy ra khi nung nóng thép - Sự tạo thành austenit a. Cơ sở xác định chuyển biến khi nung Dựa vào giản đồ pha Fe - C, hình 4.2: ở nhiệt độ thờng mọi thép đều cấu tạo bởi hai pha cơ bản: F và Xê (trong đó P =[F+Xê]). - Thép cùng tí ch: có tổ chức đơn giản là P - Thép trớc và sau cùng tí ch: P+F và P+Xê II Khi nung nóng: + Khi T< A 1 cha có chuyển biến gì + Khi T= Ac 1 , P theo phản ứng:Thép CT: [Fe + Xê] 0,80%C 0,80%C Kí ch thớc hạt austenit: Hình 4.2. Giản đồ pha Fe-C ýnghĩa: (phần thép) Hạt càng nhỏ M (hoặc tổ chức khác) có độ dẻo, dai cao hơn Cơ chế chuyển biến: P : cũng tạo và phát triển mầm nh kết tinh (hình 4.4), nhng do bề mặt phân chia giữa F-Xê rất nhiều nên số mầm rất lớn hạt ban đầu rất nhỏ mịn (< cấp 8-10, hình 4.4d) chuyển biến peclit austenit bao giờ cũng làm nhỏ hạt thép, phải tận dụng Hình 4.3. Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt P của thép cùng tí ch a) b) c) d) Thép TCT và SCT: F và Xê II không thay đổi + Khi T> Ac 1 : F và Xê II tan vào nhng không hoàn toàn + Khi T> Ac 3 và Ac m : F và Xê II tan hoàn toàn vào Trên đờng GSE mọi thép đều có tổ chức b. Đặc điểm của chuyển biến peclit thành austenit Nhiệt độ & thời gian chuyển biến: (hình 4.3) V nung càng lớn thì T chuyển biến càng cao T nung càng cao, khoảng thời gian chuyển biến càng ngắn - Tốc độ nung V 2 > V 1 , thì nhiệt độ bắt đầu và kết thúc chuyển biến ở càng cao và thời gian chuyển biến càng n g ắn. %C 0 0,5 500 nhiệ t độ, o C 1,0 1,5 2,0 600 700 800 900 1000 1100 + +Xê II G E S P 0,8 A 3 A cm P+Xê II P+F A 1 a 1 , phút 25 0 5 10 20 15 700 750 800 nhiệ t đ ộ , o C A 1 V 1 V 2 b 1 b 2 a 2 bắ t đ ầ u chuyể n biế n kết thúc chuyển biến Hì nh 4.4. Quá trình tạo mầm và phát tiể ầ t ittừ lit(tấ ) 49 Độ hạt austenit: - peclit ban đầu: càng mịn nhỏ - V nung càng lớn hạt càng nhỏ - T& giữ nhiệt lớn thì hạt lớn - Theo bản chất thép: bản chất hạt lớn và hạt nhỏ (hình 4.5). Thép bản chất hạt nhỏ: thép đợc khử ôxy triệt để bằng Al, thép hợp kim Ti, Mo, V, Zr, Nb, dễ tạo cacbit ngăn cản phát triển hạt. Mn và P làm hạt phát triển nhanh. 4.2.2. Mục đí ch của giữ nhiệt - Làm đều nhiệt độ trên tiết diện - để chuyển biến xảy ra hoàn toàn - Làm đồng đều % của Hình 4.5. Sơ đồ phát triển hạt austenit I- di truyền hạt nhỏ, II- di truyền hạt lớn 4.2.3. Các chuyển biến khi làm nguội a. Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt austenit quá nguội (giản đồ T-T-T) của thép cùng tí ch Hình 4.6. Giản đồ T- T- T của thép cùng tí ch - Giữ quá nguội ở sát A 1 : (T~ 700 o C, T 0 nhỏ, ~25 o C): Peclit (tấm), HRC 10 ữ 15 + (T~ 650 o C, T 0 ~ 75 o C): Xoocbit tôi, HRC 25 ữ 35 + T ~ đỉnh lồi chữ C (khoảng 500 ữ 600 o C): Trôxtit, HRC 40. %C 0 0,5 500 nhiệ t đ ộ , o C 1,0 1,5 2,0 600 700 800 900 1000 1100 + G E S P 0,8 A 3 A cm A 1 727 đ ộ lớn 930 800 I II p eclit austenit b) a) +F+Xe A 1 M đ ~220 o C M K ~ -50 o C mactenxit+ d austenit hỗ n hợ p F+Xê p eclit xoocbit trôxtit bainit austenit q uá nguộ i nhiệ t độ, o C 400 200 600 800 0 1 10 10 2 10 3 10 4 thờ i gian, s Giản đồ T Giản đồ TGiản đồ T Giản đồ T- -T TT T- -T: T: T: T: Nhiệt độ (T) - thời gian (T) và chuyển biến (T) Vì có dạng chữ "C") đờng cong chữ C. Khi bị nguội (tức thời) dới 727 o C nó cha chuyển biến ngay đợc gọi là quá nguội, không ổn định. Giản đồ có 5 vùng: - trên 727 o C là khu vực tồn tại của ổn định - bên trái chữ "C" đầu tiên - vùng quá nguội - giữa hai chữ "C" - đang chuyển biến (tồn tại cả ba pha , F và Xe) - bên phải chữ "C" thứ hai - các sản phẩm phân hóa đẳng nhiệt quá nguội là hỗn hợp: F - Xê với mức độ nhỏ mịn khá c nhau 1 2 3 4 5 50 Cả 3 chuyển biến trên đều là chuyển biến peclit, X, T là peclit phân tán. + Khi giữ austenit quá nguội ở nhiệt: ~450 ữ 250 o C: Bainit, HRC 50 ữ 55, Đợc coi là chuyển biến trung gian vì: F hơi quá bão hòa cacbon (0,10%),Xê là Fe 2,4-3 C, có một lợng nhỏ (d), trung gian (giữa P và M). Từ peclit (tấm), xoocbit, trôxtit cho tới bainit độ quá nguội tăng lên mầm càng nhiều tấm càng nhỏ mịn hơn và độ cứng càng cao hơn. Tóm lại: chuyển biến ở sát A 1 đợc peclit, ở phần lồi đợc trôxtit, ở giữa hai mức trên đợc V5: (làm nguội trong nớc lạnh) V 5 không cắt đờng cong chữ "C" nào, tức M Kết luận: khi làm nguội liên tục, tổ chức tạo thành vào vị trí của vectơ tốc độ nguội trên đờng cong chữ "C Đ/điểm 2: Tổ chức đạt đợc thờng là không đồng nhất trên toàn tiết diện Đ/điểm 3: Không đạt đợc tổ chức hoàn toàn bainit (B) (chỉ có thể T+B hoặc T+B+M) vì nửa dới chữ C lõm vào Đ/điểm 4: Những điều trên chỉ đúng với thép cacbon, thép hợp kim đờng cong chữ "C" dịch sang phải do đó: + V th có thể rất nhỏ. Ví dụ, thép gió tôi trong gió. + Tổ chức đồng nhất trên tiết diện, ngay cả đối với tiết diện lớn. c. Giản đồ T - T - T của các thép khác cùng tí ch + Thép trớc và sau cùng tí ch, có thêm nhánh phụ (hình 4.9) biểu thị sự tiết ra F (TCT) hoặc Xê II (SCT), có thêm đờng ngang A 3 (TCT) hoặc A cm (SCT). Hình 4.10. Giản đồ T-T-T của thép khác cùng tí ch 3 điểm khác biệt so với thép cùng tí ch: 1- Đờng cong (chữ "C" và nhánh phụ) xoocbit, phí a dới đợc bainit. Làm nguội đẳng nhiệt nhận đợc tổ chức đồng nhất trên tiết diện. b. Sự phân hóa khi làm nguội liên tục Cũng xét giản đồ chữ C (hình 4.7) nh chuyển biến đẳng nhiệt. Đ/điểm 1: Tuỳ thuộc vào v nguội ta có: V 1 : trên hình 4.7, ở sát A 1 : peclit tấm , V 2 : (làm nguội trong k/khí tĩnh) xoocbit . V 3 : (làm nguội trong không khí nén), cắt ở phần lồi: trôxtit . V 4 : (làm nguội trong dầu),trôxtit + mactenxit = bán mactenxit A 1 M đ p eclit xoocbit trôxtit nhi ệ t đ ộ, 400 200 600 800 0 1 10 10 2 10 3 10 4 thờ i gian, s V 2 V 1 V 3 V 4 V th V 5 austenit bainit Hì nh 4.7. Giản đồ T-T-T của thép cùng tí ch với V 1 < V 2 < V 3 <V 4 < V th < V 5 aus t e nit 1 peclit xoocbit trôxtit bainit nhiệ t đ ộ , o C 0 1 10 10 2 10 3 10 4 thờ i g ian , s A 1 V 2 V 3 hỗn hợp F+Xê F hoặc Xe II A 3 hoặc A cm M đ M K mactenxit+ d 51 2- Khi làm nguội chậm liên tục (V 2 ), quá nguội sẽ tiết ra F (TCT) hoặc Xê II (SCT) trớc sau đó mới phân hóa ra hỗn hợp F-Xê 3- Khi làm nguội đủ nhanh V 3 (hoặc >V 3 ) để V ng không cắt nhánh phụ, quá nguội F-Xê dới dạng X, T, B (B chỉ khi làm nguội đẳng nhiệt). Thép không có thành phần đúng 0,80%C mà vẫn không tiết F hoặc Xê đợc gọi là cùng tí ch giả. Đối với thép hợp kim, ngoài ảnh hởng của C, các nguyên tố hợp kim (dịch chữ "C" sang phải) sẽ xét sau. 4.2.4. Chuyển biến của austenit khi làm nguội nhanh - Chuyển biến mactenxit (khi tôi) Nếu V ng > V th thì M gọi đó là tôi thép. V th : là tốc độ làm nguội nhỏ nhất để gây ra chuyển biến mactenxit. m m th TA V = 1 Hình 4.11. Giản đồ T-T-T và tốc độ tôi tới hạn V th ( m và T m - thời gian và nhiệt độ ứng với kém ổn định nhất). a. Bản chất của mactenxit Đ/n: M là dung dịch rắn quá bão hòa của C trong Fe Đ/điểm: vì quá bão hoà C mạng chí nh phơng tâm khối (hình 4.12). Độ chí nh phơng c/a = 1,001 ữ 1,06 ( %C) xô lệch mạng rất lớn M rất cứng. Hình 4.12. ô cơ sở của Hình 4.13. Đờng cong động mạng tinh thể mactenxit. học chuyển biến mactenxit b. Các đặc điểm của chuyển biến mactenxit 1) Chỉ xảy ra khi làm nguội nhanh và liên tục với tốc độ > V th . 2) Chuyển biến không khuếch tán: C ~ giữ nguyên vị trí , Fe: từ (A1) M (gần nh A2) 3) Xảy ra với tốc độ rất lớn, tới hàng nghìn m/s T m A 1 mactenxit+ d auste ni t nhiệ t độ, V th thời g ian m Fe C a c % mactenxit nhiệ t đ ộ , o C 20 25 50 75 M K M đ 25 % d 52 Hì nh 4.14: Độ cứng tô i phụ thuộ c và o %C %C 30 45 60 độ cứng 0,3 0,6 4) Chỉ xảy ra trong khoảng giữa M đ và kết thúc M K . M đ và M K giảm khi tăng %C và % nguyên tố hợp kim (trừ Si, Co và Al), M đ và M K không phụ thuộc vào V nguội . 5) Chuyển biến xảy ra không hoàn toàn vì hiệu ứng tăng thể tí ch gây lực nén lên không thể chuyển biến, không chuyển biến đợc gọi là d. Điểm M K thờng thấp (<20 o C) có khi rất thấp (ví dụ -100 o C) lợng d có thể (20 ữ 30%). Tỷ lệ d : phụ thuộc vào các yếu tố sau: + Điểm M K : M K càng thấp dới 20 o C lợng d càng nhiều: M K giảm khi tăng lợng nguyên tố hợp kim trong + %C tăng V d càng nhiều. c. Cơ tí nh của mactenxit Chú ý: phân biệt độ cứng của M và độ cứng của thép tôi: độ cứng của thép tôi là độ cứng tổng hợp của M tôi+ d+ cacbit (Xê II nếu có). Thờng d làm giảm độ cứng của thép tôi: > 10% làm giảm 3-5HRC (cá biệt tới 10HRC),vài % không đáng kể. Tí nh giòn:là nhợc điểm của M làm hạn chế sử dụng, tí nh giòn phụ thuộc vào: + Kim M càng nhỏ tí nh giòn càng thấp làm nhỏ hạt khi nung thì tí nh giòn + ứng suất bên trong càng nhỏ tí nh giòn càng thấp Dùng thép bản chất hạt nhỏ, nhiệt độ tôi và phơng pháp tôi thí ch hợp để giảm ứng suất bên trong nh tôi phân cấp, đẳng nhiệt và ram ngay tiếp theo. 4.2.5. Chuyển biến khi nung nóng thép đã tôi (khi ram) Đ/n: ram nung nóng thép sau khi tôi để điều chỉnh độ cứng và tí nh chất phù hợp với yêu cầu. a. Tí nh không ổn định của mactenxit và austenit Tổ chức thép tôi=M+ d : khi nung nóng M F+Xê theo: Fe (C) Fe 3 C + Fe d F+Xê theo: Fe (C) Fe 3 C + Fe M và d không chuyển biến ngay thành hỗn hợp F-Xê mà phải qua tổ chức trung gian là M ram theo sơ đồ: (M + d) M ram F-Xê b. Các chuyển biến xảy ra khi ram Thép cùng tí ch (0,80%C): tổ chức M và d, quá trình chuyển biến khi ram: Giai đoạn I (T < 200 o C) - < 80 o C trong thép tôi cha có chuyển biến gì, tức vẫn có M và d. - Từ 80-200 o C: d cha chuyển biến, M có tiết C dới dạng cacbit Fe x C (x=2,0ữ2,4), hình tấm mỏng, phân tán, %C trong M giảm xuống còn khoảng 0,25 ữ 0,40%, c/a giảm đi. Hỗn hợp M í t cacbon và cacbit đó đợc gọi là M ram (vẫn liền mạng): (M tôi) Fe (C) 0,8 [Fe (C) 0,25 ữ 0,40 + Fe 2 ữ 2,4 C] (M ram) Giai đoạn II (T= 200 ữ 260 o C) Độ cứng: (hình 4.14): %C cứng tăng do đó: Thép í t cacbon: %C 0,25%, độ cứng sau tôi HRC 40 Thép C trung bình: %C= 0,40ữ0,50%, độ cứng sau tôi tơng đối cao, HRC 50 Thép C cao: %C 0,60%, độ cứng sau tôi cao, HRC 60 Chỉ có thép 0,40%C tôi mới tăng tí nh chịu mài mòn . [...]... Giai đoạn III (T= 26 0 ữ 40 0oC) Sau giai đoạn II thép tôi có tổ chức M ram gồm hai pha: M nghèo C (0,15 ữ 0 ,20 %) và cacbit (Fe2 ữ 2, 4C), đến giai đoạn III này cả hai pha đều chuyển biến: - M nghèo cacbon trở thành ferit, cacbit (Fe2 ữ 2, 4C) Xê (Fe3C) ở dạng hạt Sơ đồ chuyển biến: Fe (C)0,15 ữ 0 ,20 Fe + Fe3Chạt , cac bit Fe2 ữ 2, 4C F+Xê hạt = T ram - Độ cứng: giảm còn (HRC 45 với thép cùng tí ch)... 0 ,20 %: Fe(C)0 ,25 -0 ,4[ Fe(C)0,15 ữ 0 ,20 +Fe2 2, 4C] d thành M ram: ( d) Fe(C)0,8 [Fe(C)0,15 ữ 0 ,20 + Fe2 ữ 2, 4C] (M ram) M ram là tổ chức có độ cứng thấp hơn M tôi, song lại í t giòn hơn do giảm đợc ứng suất Độ cứng thứ II: Một số thép sau khi tôi có lợng d lớn (hàng chục %), khi ram d thành M ram mạnh hơn hiệu ứng giảm độ cứng do C tiết ra khỏi dung dung dịch rắn độ cứng thứ II Giai đoạn III (T= 26 0... - Mất hoàn toàn ứng suất bên trong, tăng mạnh tí nh đàn hồi Giai đoạn IV (T > 40 0oC) T > 40 0OC xảy ra quá trình kết tụ (sát nhập, lớn lên) của Xê hạt - ở 500 ữ 650oC: đợc hỗn hợp F-Xê = X ram, có giới hạn chảy cao và độ dai va đập tốt nhất - ở gần A1 ( 727 oC): đợc hỗn hợp F-Xê hạt thô hơn = peclit hạt Kết luận: ram là quá trình phân hủy M, làm giảm độ cứng, giảm ứng suất bên trong sau khi tôi, tùy thuộc... cắt, 2) tăng độ dẻo để dễ biến dạng (dập, cán, kéo) nguội 3) giảm hay làm mất ứng suất gây nên bởi gia công cắt, đúc, hàn, biến dạng dẻo, 4) đồng đều thành phần hóa học trên vật đúc loại bị thiên tí ch 5) Làm nhỏ hạt thép Phân loại ủ: 2 nhóm: ủ có chuyển pha và ủ không có chuyển biến pha b- Các phơng pháp ủ không có chuyển biến pha Đ/điểm: T ủ thấp hơn A1 nên không có chuyển biến P Chia thành 2 phơng... thấp: T= 20 0 ữ 600oC, mục đí ch làm giảm hay khử bỏ ứng suất, 54 ủ kết tinh lại: T> Tktl để khôi phục tí nh chất sau biến dạng c Các phơng pháp ủ có chuyển biến pha Thờng gặp, T> A1 , P , nhỏ hạt Chia thành 3 phơng pháp: - ủ hoàn toàn: áp dụng cho thép trớc cùng tí ch %C= 0,30 ữ 0,65%, Tu0 =A3+ (20 ữ30oC) Mục đí ch: làm nhỏ hạt, giảm độ cứng và tăng độ dẻo để dễ cắt gọt và dập nguội (160ữ 20 0HB) - ủ... độ ram có thể đạt đợc cơ tí nh khác nhau phù hợp với yêu cầu sử dụng 4. 3 ủ và thờng hóa thép Đ/n: là các phơng pháp thuộc nhóm nhiệt luyện sơ bộ, tạo độ cứng, tổ chức thí ch hợp cho gia công (cắt, dập nguội, nhiệt luyện) tiếp theo 4. 3.1 ủ thép a Định nghĩa và mục đí ch Đ/n: là phơng pháp nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định (từ 20 0 ữ trên 1000oC), giữ nhiệt lâu rồi làm nguội chậm cùng lò để đạt đợc... ch: làm nhỏ hạt, giảm độ cứng và tăng độ dẻo để dễ cắt gọt và dập nguội (160ữ 20 0HB) - ủ không hoàn toàn và ủ cầu hóa: áp dụng cho thép dụng cụ %C= 0,70%, A1 . [Fe (C) 0 ,25 ữ 0 ,40 + Fe 2 ữ 2, 4 C] (M ram) Giai đoạn II (T= 20 0 ữ 26 0 o C) Độ cứng: (hình 4. 14) : %C cứng tăng do đó: Thép í t cacbon: %C 0 ,25 %, độ cứng sau tôi HRC 40 Thép C. M xuống còn khoảng 0,15 ữ 0 ,20 %: Fe (C) 0 ,25 -0 ,4 [Fe (C) 0,15 ữ 0 ,20 +Fe 2 ữ 2, 4 C] d thành M ram: ( d) Fe (C) 0,8 [Fe (C) 0,15 ữ 0 ,20 + Fe 2 ữ 2, 4 C] (M ram) M ram là tổ chức. buri P+Xê I P+Xê II +Lê Lê + Xê I 727 1 147 A 3 A cm L+Xê Fe Fe 3 C 0 , 8 2, 14 4,3 910 120 0 nhiệ t độ, o C %C 1 2 3 4 5 6 500 D F K +Xê II +Xê II +Lê Lê + Xê I S 45 - Xe II đ ợc