BàigiảngCông nghệ xử lý nhiệt và bề mặt(Heat and Surface Treatment Technology)Chương 1: CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NHIỆT LUYỆN THÉPNhiệt luyện làgì? làcông nghệnung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độxác định, giữnhiệt vàlàm nguội với tốc độthích hợpMụcđích:làm biến đổi tổchức biến đổi cơ tính của vật liệu theo hướng mong muốn của con người
Trang 1Bài giảng Công nghệ xử lý nhiệt và bề mặt
(Heat and Surface Treatment Technology)
MSE4115
Chương 1: CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NHIỆT LUYỆN THÉP
1.2 Khái niệm về nhiệt luyện thép
Nhiệt luyện là gì? là công nghệ nung nóng kim loại, hợp kim
đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt và làm nguội với tốc độ thích hợp
Mục đích:
làm biến đổi tổ chức biến đổi cơ tính của vật liệu theo hướng mong muốn của con người
Đặc điểm của nhiệt luyện:
- Không làm thay đổi hình hoặc thay đổi không đáng kể dạng kích thước chi tiết
- Chi tiết vẫn ở trạng thái rắn
- Chi tiết sau nhiệt luyện phải được đánh giá qua tổ chức tế vi và cơ tính
1.1 Nhắc lại giản đồ pha Fe-C
Các yếu tố đặc trưng
Thời gian ()
o C)
Sơ đồ quy trình nhiệt luyện đơn giản nhất
nhiệt độ cao nhất mà quá trình cần đạt đến
T o
Nhiệt độ nung nóng (T0 )
gn
Thời gian giữ nhiệt (gn )
thời gian giữ ở nhiệt độ nung nóng
V ng
Tốc độ nguội (V )
Các chỉ tiêu đánh giá kết quả nhiệt luyện
1.Tổ chức tế vi
- cấu tạo pha, kích thước hạt, chiều sâu lớp hoá bền…
Ảnh tổ chức của thép với sự phân tán xêmentit trên nền ferit
2 Độ cứng biết giá trị độ cứng
ước lượng các chỉ tiêu cơ tính khác: độ dẻo, độ dai, độ bền
3 Độ cong vênh, biến dạng chi tiết
Xê F
Trang 2Phân loại nhiệt luyện thép
nhận được tổ chức có độ cứng thấp, độ dẻo cao
Thường hoá:
nung chi tiết đến tổ chức đạt hoàn toàn Austenit, sau đó
làm nguội ngoài không khí tĩnh để đạt tổ chức cân bằng
Tôi:
nung nóng chi tiết, sau đó làm nguội nhanh để đạt tổ
chức không cần bằng có độ cứng cao
Ram:
nguyên công bắt buộc sau khi tôi để điều chỉnh lại độ
cứng, độ bền
Nhiệt luyện sơ bộ
Nhiệt luyện kết thúc
Hoá - Nhiệt luyện:
dựa vào nhiệt độ để làm thay đổi thành phần hoá học vùng bề mặt chi tiết nhiệt luyện để đạt được cơ tính như mong muốn
-thấm đơn nguyên tố: thấm C, N, Cr……
- thấm đa nguyên tố: thấm C-N,…
Cơ - Nhiệt luyện:
Kết hợp giữa nhiệt độ + biến dạng dẻo biến đổi
tổ chứcbiến đổi cơ tính theo hướng đã chọn
Tác dụng của Nhiệt luyện trong sản
xuất cơ khí
- Tăng độ cứng, tính chống mài mòn và
độ bền của thép
- Cải thiện tính công nghệ
1.3.Các chuyển biến xảy ra khi nung nóng
Chuyển biến xảy ra khi nung nóng - sự tạo thành As
1.3.1 Cơ sở: dựa trên giản đồ pha Fe-Fe 3 C
Nung trên A3 Thép tct (P+F) Austennit
Nung trên Am Thép sct P+XeII Austennit
T= Acm
Nhận xét:
- Mọi loại thép sau khi nung lên trên đường GSE (GDP Fe-Fe 3 C)
một pha duy nhất Austennit
- Các mác thép khác nhau sẽ nhận được các tổ chức As khác nhau với %C như trong mác thép ban đầu
Nung đến T= A1Thép ct (P): [Fe+Fe3C]0,8%C Fe(C)0,8%C
Trang 3Các chuyển biến xảy ra khi nung nóng (tiếp theo)
Đặc điểm của chuyển biến P Austenit
Vấn đề quan tâm: nhiệt độ và kích thước hạt Austenit
1.3.2.Nhiệt độ chuyển biến :phụ thuộc vào tốc độ nung
Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt khi nung
V n nung càng nhanh thì nhiệt độ chuyển biến càng cao và thời
gian chuyển biến càng ngắn
Thời gian (phút)
(0 C
720
Bắt đầu chuyển biến P
Kết thúc chuyển biến P
V 2
V 1
thực tế: phải quá
nhiệt độ tới hạn từ
20-30 0 C
Cao hơn : đến hàng
trăm độ
V2>V1 T2>T1
2<1
Các chuyển biến xảy ra khi nung nóng (tiếp theo)
1.3.3 Kích thước hạt Austenit:
Đặc điểm cơ chế của chuyển biến P Austenit
- Tạo mầm (mầm được tạo trên biên giới pha giữa F và Xe)
- Phát triển mầm ( giống quá trình kết tinh)
A
Chuyển biến P Austenit
Kích thước hạt A phụ thuộc:
• Peclit ban đầu;
• ↑Vnung→ hạt nhỏ;
• ↑ T0 nung→ hạt lớn;
• ↑gndài→ hạt lớn;
• Bản chất thép : bản chất hạt lớn & hạt nhỏ
Thép di truyền hạt lớn: Hạt As phát triến nhanh và đều đặn theo T Sau NLGiòn
Thép di truyền hạt nhỏ: Hạt As phát triển chậm theo
Trang 4•Thép DT hạt nhỏ : trong tổ chức có yếu tố ngăn cản
sự phát triển của hạt
•Thép bản chất hạt nhỏ được khử ôxy triệt để bằng Al,
thép hợp kim Ti, V, Mo, … (I); Mn, P làm hạt phát triển
nhanh (II)
1.3.4 Ảnh hưởng của các NTHK đến chuyển biến nung nóng khi tôi
bằng), các NTHK có trong F, cacbit hoặc 1 trong 2 pha
Đặc điểm chuyển biến khi có mặt NTHK:
As hơn Xe (do ổn định hơn) Chuyển biến ở T cao hơn
15
Các cacbít mạnh càng khó hòa tan (hay không tan như
TiC, VC) rào cản hạt lớn khi nung
VD: thép có 0,1%Ti nung ở 9500C trong 3-5h không sợ
hạt lớn
Nguyên tố tạo Nitrit hay ôxyt (AlN, Al2O3) cũng giữ cho
hạt nhỏ
Đồng đều hóa thành phần As khó hơn ( do NTHK
khuếch tán chậm hơn) thời gian giữ nhiệt dài hơn
Ni và Si có tác dụng cản trở sự lớn lên của hạt As của,
nhưng không rõ ràng
Mn là nguyên tố gây lớn hạt (chưa biết cơ chế)
1.3.4 Các chuyển biến xảy ra khi giữ nhiệt
- Làm đồng đều nhiệt độ trên toàn tiết diện
- Đủ thời gian để hoàn thành các chuyển biến xảy ra khi nung nóng
- Làm đồng đều thành phần hoá học trên toàn bộ Austenit
Chú ý:
Thời gian giữ nhiệt quá dài → hạt Austenit phát triển
Trang 51.4 Các chuyển biến xảy ra khi nguội chậm
Austenit
1.4.1 Giản đồ TTT ( đường cong chữ “C”)
- Xây dựng trong điều kiện nguội đẳng nhiệt
- Quan hệ : Nhiệt độ - Thời gian
Ở mỗi nhiệt độ khác nhau → xác định thời gian bắt đầu
và kết thúc chuyển biến → đường bắt đầu và đường kết
thúc chuyển biến
18
Quan hệ giữa tỷ phần pha chuyển biến đẳng nhiệt với log thời gian trong chuyển biến As P
Phương pháp xây dựng đường T-T-T
Tổ chức tế vi khi làm nguội đẳng nhiệt theo đường ABCD: Trước, trong
Trang 65 vùng của GĐ TTT
• Vùng As ổn định (A1)
• Vùng As quá nguội
• Vùng các sản phẩm của chuyển biến
• Vùng đang chuyển biến
• Vùng M+As dư
1 Giản đồ TTT của thép cùng tích
Peclit Xoocbit Trôtit Bainit
(0 F
Thời gian
Austenit quá nguội
A 1
M+ As dư
M s (~ 220 0 C)
M f (~ -50 0 C)
Peclit Xoocbit Trôxtit
Bainit
(0 C
P (700 0 C): 10-15HRC (180-200HB)
Xe tấm thô
X (650 0 C): 25-35HRC
T (500-600 0 C): 40-45HRC
B ( 250-450 0 C): 50-55HRC
F 0,1%C
Xe có công thức chưa hẳn
Fe 3 C
23
A
Làm nguội
24
Ý nghĩa của giản đồ TTT:
- Xác định chế độ nhiệt luyện đẳng nhiệt ( Thời gian giữ khi tôi phân cấp, đẳng nhiệt)
- Biết Vntới hạn (→ xác định độ thấm tôi, chọn môi trường tôi thích hợp cho từng loại thép)
- Tổ chức và cơ tính ứng với các chế độ NL khác nhau
Đặc điểm: P(tấm), X, T và B bản chất giống nhau là hỗn hợp cơ học cùng tích của F và Xe tấm → Độ quá nguội tăng dần → số lượng mầm tăng → tấm càng nhỏ mịn, độ cứng càng cao;
- Nguội đẳng nhiệt nhận được tổ chức đồng đều trên toàn tiết diện
Trang 7%C tăng đường chữ “C” chuyển sang phải → As tăng
tính ổn định;
Khi %C>1% → đường chữ “C” dịch sang trái
• NTHK: ảnh hưởng cả vị trí và hình dáng chữ “C”
-Tất cả các NTHK ( trừ Co) → chậm tốc độ phân hóa đẳng
nhiệt của As ( làm chậm sự ktán) càng nhiều tính ổn định
càng cao chữ “C” dịch sang phải
-Mạnh nhất Mo, Cr-Ni đồng thời
- Các nguyên tố không tạo cácbit ( Ni, Si, Cu, Al và nguyên
tố tạo cacbit yếu Mn) →dịch “C” sang phải (không đổi hình
dáng)
- Nguyên tố tạo cacbit mạnh (Cr, W, Mo, V) →dịch chữ”C”
sang phải và thay đổi hình dáng ( 2 vùng: P,X,B và B
Thời gian
Thép C
Thép HK
•Nhiệt độ và thời gian Austenit hóa:→ảnh hưởng đến sự đồng nhất của As→tính ổn định của As→vị trí “C”
Chú ý: giữ nhiệt hợp lý ở T cao để phần lớn cacbit hòa tan được vào As
Các chuyển biến xảy ra khi nguội chậm Austenit (tiếp theo)
Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của As quá nguội (thép
khác cùng tích)
Đặc điểm:
- Xuất hiện thêm nhánh phụ, chữ
C dịch có xu hướng dịch sang
trái
- Khi làm nguội đẳng nhiệt với độ
quá nguội nhỏ sẽ tiết ra ra F
(Xe) trước khi gặp nhánh phụ
- Khi làm nguội đẳng nhiệt với độ
quá nguội đủ lớn, véc tơ nguội
không gặp nhánh phụtổ chức cuối
vẫn nhận được dạng X, T và
B%C không đúng 0.8cùng tích
(0 C
) Vùng ổn định (A 3 , A cm )
A 1
Austenit quá nguội
Hỗn hợp
α + Xe
γ +(α hoặc Xe II )
1
2 3
Các chuyển biến xảy ra khi nguội chậm Austenit
(tiếp theo)
Austenit quá nguội
Nhiệt độ cùng tích
Mactenxit (M) + Austenit () dư
Ms(~ 220 0 C)
Mf(~ -50 0 C)
Peclit Xoocbit Trôxtit Bainit
(0 C
(0 F
1.4.2 Sự phân hoá As khi làm nguội liên tục
V 1
V 2
V 3
V 4 V th
Các véctơ vận tốc nguội
V 1 <V 2 <V 3 <V th <V 4
V1 Peclit
V2 Xoocbit
V3 Trustit + Mactenxit
V4 Mactenxit
Vth Mactenxit
Trang 8Đặc điểm:
- Tổ chức không đồng nhất trên toàn tiết diện
-Tăng tốc độ nguội → nhiệt độ chuyển biến giảm
- Chỉ nhận được tổ chức hoàn toàn Bainit bằng cách làm nguội
đẳng nhiệt
Các sản phẩm chuyển biến khi nguội liên tục
Xác định thành phần tổ chức cuối cùng của
các trường hợp sau:
Austenit quá nguội
Nhiệt độ cùng tích
Mactenxit (M) + Austenit () dư
Ms(~ 220 0 C)
M f (~ -50 0 C)
Peclit Xoocbit Trôxtit
Bainit
(0 C
(0 F
Thời gian
Tổ chức của
a là:
Tổ chức của
b là:
(a)
(b)
31
tục - CCT
- Xây dựng bằng cách kết hợp các phương pháp: Phân
tích nhiệt, kim tương, dãn nở hay từ tính
- Giản đồ được dùng phổ biến trong thực tế →vớí
đường nguội thực, có thể xác định nhiệt độ chuyển biến
và đặc tính của chuyển biến
32
Giản đồ CCT (đường liền) và TTT ( đường đứt đoạn) của thép 1080 ( thép
KC Cacbon 0,8%C)
Giản đồ CCT của thép HK thấp với 0.2%C
