Giản đồ trạng thái sắt cacbon

I Sắt Cacbon Cac bon (C): Cacbon nguyên tố kim, có hai dạng thù hình: Graphít (gang) Kim cương điều kiện thường Cacbon ổn định thể Graphít, Kim cương ổn định nhiệt độ áp suất cao Trong hợp kim Sắt Cacbon, Cacbon thể Graphít (G) Graphít có kiểu mạng lục giác; mềm Trong thiên nhiên phần lớn Cacbon dạng vô định hình (các loại than) Sắt (Fe):Sắt kim loại, thiên nhiên Sắt có loại quặng, đất đá, có nhiều lớp vỏ trái đất Sắt hợp kim Sắt đóng vai trò to lớn tiến hóa phát triển lịch sử loài người I Sắt Cacbon Sắt (Fe) * Cơ tính sắt: - b kéo = 250 N/mm2 - ch = 120 N/mm2 - = 50 % - = 85 % - HB = 80 KG/mm2 - k = 3000 KJ/m2 Sắt có độ bền, độ cứng cao song chưa đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Trong kỹ thuật thường sử dụng hợp kim sắt, có tính cao hơn, không dùng sắt nguyên chất I Sắt Cacbon Sắt (Fe) * Tính thù hình sắt: Sắt tồn hai dạng: Fe Fe - Fe có kiểu mạng lập phương thể tâm; tồn khoảng nhiệt độ : + Dưới 9110 C + Từ 13920 C đến 15390 C - Fe có kiểu mạng lập phương diện tâm; tồn khoảng nhiệt độ : Từ 9110 C đến 13920 C I Sắt Cacbon Các tương tác Fe - C Sắt Cacbon tương tác với theo hai cách: - Cacbon hòa tan vào sắt tạo thành dung dịch rắn Fe - C -Cacbon tác dụng với sắt tạo thành hợp chất hóa học + Dung dịch rắn Fe - C: Cacbon có đường kính nguyên tử nhỏ Sắt nên dung dịch rắn Fe - C dung dịch rắn xen kẽ Fe hòa tan: có 0,02 đến 0,1 %C Fe hòa tan: có 2,14 %C Thép gang hai hợp kim phổ biến Fe C + Hợp chất hóa học Fe với C (Xementit:Fe3C) Sắt tác dụng với Cacbon tạo thành hợp chất: Fe3C (6,67%C), Fe2C (9,67%C) FeC (17,67%C) Tuy nhiên, hợp kim Fe - C thường chứa 5%Cacbon (thép gang), nên chúng gặp Fe3C I Sắt Cacbon Các tương tác Fe - C + Hợp chất hóa học Fe với Cacbon (Xementit: Fe3C) Fe3C tạo thành lượng Cacbon hợp kim lớn giới hạn hòa tan Sắt Fe3C pha không ổn định, nhiệt độ cao bị phân hủy thành Fe C Fe3C dòn cứng (khoảng 800 HB) II Giản đồ trạng thái Sắt Cacbon Khái niệm - Định nghĩa: Giản đồ trạng thái biểu đồ rõ phụ thuộc trạng thái pha với thành phần hóa học hợp kim, nhiệt độ áp suất Các hệ hợp kim khác có kiểu giản đồ trạng thái khác xác lập chủ yếu thực nghiệm - Công dụng: Từ giản đồ xác định nhiệt độ chảy, nhiệt độ chuyển biến pha hợp kim với thành phần cho nung chảy làm nguội; từ xác định chế độ nhiệt đúc, gia công áp lực nhiệt luyện Chú ý: nhiệt độ chuyển biến cấu tạo pha giản đồ ứng với trạng thái cân - Cách xây dựng: Giản đồ trạng thái hệ hợp kim xây dựng thực nghiệm Nguyên tắc chung để xây dựng giản đồ hệ hợp kim là: dùng lượng lớn mẫu với thành phần khác nhau, phương pháp hóa nhiệt luyện để xác định tổ chức hình thành khoảng nhiệt độ II Giản đồ trạng thái Sắt Cacbon Nội dung giản đồ 16000c + h Lỏng ( L) j n 13920c L+ e Austenit () s p + Xe III 600 c 1147 C f + Xe II + Le( + Xe) 9110c g +P P q + Xe II 10 727 C 2,14 20 Xe I + Le ( + Xe) k Xe I + Le (P + Xe) P + Xe II + Le (P + Xe) Xe II + P 0,8 L + Xe I c Ledeburit ( Le) + d b Nhiệt độ ( c ) L+ A 15390c 30 40 4,3 50 60 70 80 90 l 6,67%c 100%Fe3C II Giản đồ trạng thái Sắt Cacbon Trên giản đồ trạng thái Fe C trình bày đến 6,67% C, ứng với hợp chất hóa học Xementit Fe3C * Các tọa độ điểm quan trọng: A(15390C;0%C),E(11470C; 2,14%C), C(11470C;4,3%C), N(13920C;0%C), G (9110C; 0% C),P(7270C;0,02%C), S(7270C; 0,8% C) -C: Điểm tinh; -S: Điểm tích Đường lỏng: ABCD;Đường đặc: AHJECF II Giản đồ trạng thái Sắt Cacbon Các tổ chức hợp kim Sắt - Cacbon * Các tổ chức pha: + Hợp kim lỏng (L): - Là dung dịch lỏng Cacbon Sắt Nằm phía đường lỏng ABCD II Giản đồ trạng thái Sắt Cacbon Các tổ chức hợp kim Sắt - Cacbon * Các tổ chức pha: +Xementit (Xe Fe3C): Nằm biên bên phải (đường DFKL) +Xementit I (Xe I): Là loại kết tinh từ hợp kim lỏng, tạo thành hợp kim chứa nhiều 4,3%C (đường CD) Kết tinh khoảng từ 16000C xuống 11470C Có tổ chức hạt to +Xementit II (Xe II): Là loại kết tinh từ dung dịch rắn Auxtenit, có hợp kim chứa khoảng 0,8 đến 4,3% C Trong khoảng từ 11470C xuống 7270C Có tổ chức hạt nhỏ Xe I, thư ờng ỏ dạng lưới bao quanh hạt Auxtenit ( đường ES) +Xementit III (Xe III):Được tạo thành từ dung dịch rắn Pherit (F) lượng Cacbon giảm từ 0,02%C xuống 0,006%C, nhiệt độ dư ới 7270C XeIII có kích thước hạt nhỏcạnh Pherit (đường QP) II Giản đồ trạng thái Sắt Cacbon Các tổ chức hợp kim Sắt - Cacbon * Các tổ chức hai pha: + Peclit ( P F + Xe ): Là hỗn hợp học tích F Xe tạo thành 7270C từ dung dịch rắn Auxtenit chứa 0,8%C; P có dạng hạt, có độ cứng độ bền cao, tính dẻo dai thấp + Ledeburit ( Le P + Xe + Xe): Là hỗn hợp học tinh, kết tinh từ pha lỏng có 4,3%C nhiệt độ 11470C, ban đầu gồm + Xe làm nguội qua 7270C tạo thành Peclit Vậy Le hợp kim học P Xe Xementit chiếm tỷ lệ gần 2/3 nên Ledeburit dòn cứng (khoảng 600 HB) tổ chức giản đồ Tổ chức Lỏng + Auxtenit tổ chức giản đồ Tổ chức Lỏng + Xementit I tổ chức giản đồ Tổ chức Auxtenit tổ chức giản đồ Tổ chức Xementit I + Ledeburit (Au + Xe) tổ chức giản đồ Tổ chức Ledeburit tổ chức giản đồ Tổ chức Auxtenit + Xementit II + Ledeburit (Au + Xe) tổ chức giản đồ Tổ chức Auxtenit + Xementit II tổ chức giản đồ Tổ chức Auxtenit + Pherit tổ chức giản đồ Tổ chức Xementit I + Ledeburit (P + Xe) tổ chức giản đồ Tổ chức Peclit + Xementit II + Ledeburit (P + Xe) tổ chức giản đồ Tổ chức Xementit II + Peclit tổ chức giản đồ Tổ chức Peclit tổ chức giản đồ Tổ chức Pherit + Peclit tổ chức giản đồ Tổ chức Pherit [...]...II Giản đồ trạng thái Sắt Cacbon 3 Các tổ chức của hợp kim Sắt - Cacbon Xe (Fe3C), Xe I Xe II Xe III II Giản đồ trạng thái Sắt Cacbon 3 Các tổ chức của hợp kim Sắt - Cacbon * Các tổ chức một pha: - Pherit ( F hoặc ): Là dung dịch rắn xen kẽ của C trong Fe ( mạng K8 ) khả năng hòa tan của Cacbon trong Fe rất nhỏ nên có thể coi Pherit là sắt nguyên chất trong hợp kim tinh... trên giản đồ Tổ chức Lỏng + Auxtenit các tổ chức trên giản đồ Tổ chức Lỏng + Xementit I các tổ chức trên giản đồ Tổ chức Auxtenit các tổ chức trên giản đồ Tổ chức Xementit I + Ledeburit (Au + Xe) các tổ chức trên giản đồ Tổ chức Ledeburit các tổ chức trên giản đồ Tổ chức Auxtenit + Xementit II + Ledeburit (Au + Xe) các tổ chức trên giản đồ Tổ chức Auxtenit + Xementit II các tổ chức trên giản đồ Tổ... các nguyên tố khác ( đặc biệt là Mn, Si) thì độ cứng tăng, độ dẻo dai giảm II Giản đồ trạng thái Sắt Cacbon Tổ chức một pha Pherit II Giản đồ trạng thái Sắt Cacbon 3 Các tổ chức của hợp kim Sắt - Cacbon * Các tổ chức một pha: + Auxtenit ( As hoặc ): Là dung dịch rắn xen kẽ của C trong Fe ( mạng K12), khả năng hòa tan của Cacbon trong Fe khá lớn Trong hợp kim Fe - C, thông thường As có thể hòa tan... tan, không những làm chuyển biến cơ tính mà còn làm thay đổi động học chuyển biến khi làm nguội, do vậy có sự ảnh hưởng tới nhiệt luyện II Giản đồ trạng thái Sắt Cacbon Tổ chức một pha Auxtenit II Giản đồ trạng thái Sắt Cacbon 3 Các tổ chức của hợp kim Sắt - Cacbon * Các tổ chức hai pha: + Peclit ( P hoặc F + Xe ): Là hỗn hợp cơ học cùng tích của F và Xe tạo thành ở 7270C từ dung dịch rắn Auxtenit... trên giản đồ Tổ chức Auxtenit + Pherit các tổ chức trên giản đồ Tổ chức Xementit I + Ledeburit (P + Xe) các tổ chức trên giản đồ Tổ chức Peclit + Xementit II + Ledeburit (P + Xe) các tổ chức trên giản đồ Tổ chức Xementit II + Peclit các tổ chức trên giản đồ Tổ chức Peclit các tổ chức trên giản đồ Tổ chức Pherit + Peclit các tổ chức trên giản đồ Tổ chức Pherit