2.4.CHUYỂN BIẾN PHA Ở TRẠNG THÁI RẮN CỦA HỢP KIM Fe - C

2.4.CHUYỂN BIẾN PHA Ở TRẠNG THÁI RẮN CỦA HỢP KIM Fe - C 2.4.1 CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP A Cơ sở xác định chuyển biến nung nóng - Cơ sở xác định chuyển biến nung nóng thép giảng đồ trạng thái Fe-C - Trong loại thép nhiệt độ thường có tổ chức Fe + Xe (Peclit) - Các thép trước sau tích có tổ chức phức tạp hơn, có thêm Fe XeII 0,8 BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 5.2.1 Cơ sở xác định chuyển biến nung nóng + Khi nung nóng đến Ac1, có trình chuyển biến: [Feα + Fe3C]0,8  Feγ(C)0,8 ⇒ Vậy nung nóng Ac1 chuyển biến: - Đối với thép tinh? - Đối với thép trước tinh? - Đối với thép sau tinh? 0,8 BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 5.2.1 Cơ sở xác định chuyển biến nung nóng + Từ Ac1 → Ac3, có trình hoà tan F vào γ Khi nhiệt độ lớn Ac3, tổ chức nhận hoàn toàn γ + Từ Ac1 → Accm, có trình hoà tan XeII vào γ Khi nhiệt độ lớn Accm, tổ chức nhận hoàn toàn γ Như theo giảng đồ trạng thái Fe–C ta hoàn toàn xác định tổ chức tạo thành nung nóng; Trong chuyển biến đó, chuyển biến tạo thành Austenit từ Peclit; 0,8 BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 5.2 CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP 5.2.2 Các đặc điểm chuyển biến Peclit thành Austenit a, Nhiệt độ chuyển biến - Chuyển biến Peclit thành Austenit xảy 7270C với điều kiện nung nóng vô chậm - Với tốc độ nung thực tế, chuyển biến luôn xảy nhiệt độ lớn hơn7270C; 0,8 BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 5.2.2 Các đặc điểm chuyển biến Peclit thành Austenit - Như ta thấy rằng: tốc độ nung lớn (càng nhanh), chuyển biến P  γ xảy nhiệt độ cao thời gian ngắn BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 5.2.2 Các đặc điểm chuyển biến Peclit thành Austenit b, Kích thước hạt - Độ hạt Austenit ảnh hưởng lớn đến độ hạt thép nhiệt độ thường ảnh hưởng đến tính nó; - Chuyển biến Peclit thành Austenit có chế trình kết tinh tạo mầm phát triển mầm; BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 5.2.2 Các đặc điểm chuyển biến Peclit thành Austenit - Các tâm mầm Austenit sinh biên giới hạt Xe F lúc tạo thành γ có kích thước nhỏ, tiếp tục nung nóng hạt γ lớn lên; ⇒ Kích thước hạt γ phụ thuộc vào nhiệt độ nung thời gian giữ nhiệt Nhiệt độ nung cao, thời gian giữ nhiệt dài, hạt γ lớn BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 5.2.2 Các đặc điểm chuyển biến Peclit thành Austenit - Những quy luật lớn lên hạt γ nung nóng loại thép khác khác nhau: + Thép có chất hạt lớn; + Thép có chất hạt nhỏ BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 5.2 CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP 5.2.3 Các trình xảy giữ nhiệt - Giai đoạn giữ nhiệt cần thiết để: + Làm đồng nhiệt độ bề mặt lõi, để lõi có chuyển biến bề mặt; + Đủ thời gian cần thiết tạo điều kiện để chuyển biến xảy hoàn toàn; + Làm đồng thành phần hoá học Austenit Do γ tạo từ F Xe có thành phần Cacbon khác ⇒ Thời gian giữ nhiệt nên lấy vừa đủ, không nên dài làm cho hạt γ lớn, thép bị giòn BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT CHƯƠNG 5: CÁC CHUYỂN BIẾN PHA KHI NHIỆT LUYỆN 5.3 CHUYỂN BIẾN XẢY RA KHI LÀM NGUỘI CHẬM AUSTENIT 5.3.1 Chuyển biến Austenit làm nguội đẳng nhiệt - Là phương pháp làm nguội nhanh Austenit xuống Ar1 giữ nhiệt nhiệt độ xác định thời gian bắt đầu kết thúc chuyển biến từ γ → P BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 10 5.3.1 Chuyển biến Austenit làm nguội đẳng nhiệt Các sản phẩm phân hoá đẳng nhiệt Austenit nguội - Khi γ phân hoá 7000C → Peclit [F + Xe] (Xe có dạng với kích thước thô to), có độ cứng 10 ÷15 HRC; - Khi γ phân hoá 600 ÷ 7000C → Xoocbit [F + Xe] (Xe có dạng với kích thước 10-1 ÷ 10-4 mm), có độ cứng khoảng 20 ÷ 35 HRC, ký hiệu X; - Khi γ phân hoá 500 ÷ 6000C → Trustit [F + Xe] (Xe dạng nhỏ mịn với kích thước,10-5mm), ký hiệu T Độ cứng khoảng 40 HRC; ⇒ P, X, T hỗn hợp học F Xe Xe dạng với mức độ nhỏ mịn khác BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 12 5.3.1 Chuyển biến Austenit làm nguội đẳng nhiệt - Khi γ phân hoá < 5000C → Bainit [F + Xe] (Xe có dạng với kích thước nhỏ mịm, 10-6mm ), có độ cứng 50 ÷ 55 HRC, bao gồm: + Bainit γ phân hoá 350 ÷ 5000C; + Bainit γ phân hoá 250 ÷ 3500C - Bainit có đặc điểm: + %C F lớn giới hạn hoà tan chút (0,1%); + Có γ dư ⇒ Là chuyển biến trung gian, chuyển biến Peclit chuyển biến Mactenxit BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 13 5.3 CHUYỂN BIẾN XẢY RA KHI LÀM NGUỘI CHẬM 5.3.2 Chuyển biến Austenit làm nguội liên tục * Đặc điểm phân hoá Austenit làm nguội liên tục là: a, Với tốc độ nguội khác nhau, γ bị nguội đến nhiệt độ khác phân hoá thành tổ chức khác tương ứng với nhiệt độ BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 14 5.3.2 Chuyển biến Austenit làm nguội liên tục - Làm nguội chậm lò, V1: γ → P (P dạng tấm, độ cứng thấp) - Làm nguội không khí tĩnh, V2: γ →X - Làm nguội không khí nén, V3: γ →T - Làm nguội dầu, V4: γ →T+M - Làm nguội dầu, V5: γ→ M BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 15 5.3.2 Chuyển biến Austenit làm nguội liên tục b, Tổ chức nhận không đồng toàn tiết diện - Bề mặt thường nhận tổ chức có độ cứng cao bên lõi c, Không đạt tổ chức hoàn toàn Bai-nít, - Có thể đạt tổ chức với Trustit Mactenxit d, Những đặc điểm thép Cacbon - Với thép hợp kim đặc điểm không phù hợp BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 16 CHƯƠNG 5: CÁC CHUYỂN BIẾN PHA KHI NHIỆT LUYỆN 5.4 CHUYỂN BIẾN MACTENXIT - Khi mguội nhanh Austenit với tốc độ thích hợp: V ≥ Vth (Vth - Tốc độ làm nguội tới hạn) xuất chuyển biến: Feγ (C) → Feα (C) Austenit Mactenxit - Đây chuyển biến thù hình (chuyển kiểu mạng tinh thể) BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 17 5.4 CHUYỂN BIẾN MACTENXIT 5.4.1 Khái niệm Mactenxit - Mactenxit dung dịch rắn xen kẽ bão hoà Cacbon Feα với nồng độ Cacbon Austenit, có kiểu mạng phương tâm khối có độ cứng cao + Một số đặc tính Mactenxit: - Là trình chuyển mạng Feγ (tâm mặt) sang Feα (tâm khối); - Là tổ chức Feα bão hoà (0,8%); - Nguyên tử Cacbon hoà tan Feα kiểu xen kẽ làm thay đổi kiểu mạng; - Có mạng phương thể tâm, nên độ cứng cao BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 18 5.4 CHUYỂN BIẾN MACTENXIT 5.4.1 Các đặc điểm chuyển biến Mactenxit + Chuyển biến Mactenxit xảy làm nguội nhanh liên tục với vận tốc độ: V ≥ Vth; + Là chuyển biến không khuyếch tán: Cacbon giữ nguyên vị trí, Fe chuyển dời vị trí để tạo kiểu mạng mạng lập phương tâm khối; + Là trình tạo không ngừng tinh thể với tốc độ phát triển lớn khoảng 1000 ÷ 7000 m/s Tinh thể Mactenxit có dạng hình kim (hai đầu nhọn); BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 19 5.4.1 Các đặc điểm chuyển biến Mactenxit + Chỉ xảy khoảng hai nhiệt độ (điểm) Ms Mf; + Là chuyển biến xảy không hoàn toàn (còn có γ dư) BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 20 CHƯƠNG 5: CÁC CHUYỂN BIẾN PHA KHI NHIỆT LUYỆN 5.5 CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP ĐÃ TÔI - RAM - Ram nguên công sau nhằm để điều chỉnh độ cứng, theo yêu cầu khử bỏ ứng suất dư bên 5.5.1 Tính không ổn định Mactenxit Austenit dư - M γ dư thép pha không ổn định ⇒ có xu hướng tiết hết bon để trở thành P (F+ Xe) Chuyển biến xảy sau: Feα (C) → Fe3(C) M Xe Feγ (C) → Fe3(C) γ dư BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT Xe + Feα F + Feα F 21 5.5.1 Tính không ổn định Mactenxit Austenit dư - M γ chuyển biến thành P (F+ Xe), chuyển biến không trực tiếp mà phải qua tổ chức trung gian Mactenxit ram Chuyển biến xảy sau: Mactenxit Mactenxit ram Ferit + Xementit Austenit dư BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 22 5.5 CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP ĐÃ TÔI - RAM 5.5.2 Các chuyển biến xảy Ram * Giai đoạn I (< 2000C) - γ dư chưa chuyển biến; - Mactenxit chuyển biến sau: Feα (C)0,8 → [Feα (C)0,25 ÷ 0,4 + Fe2 ÷ 2,4C] Mactenxit Mactenxit Cacbit ε Mactenxit ram ⇒ + Tổ chức giai đoạn là: Mactenxit ram + γ dư + Tỉ số c a giảm BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 23 5.5.2 Các chuyển biến xảy Ram * Giai đoạn II (200 ÷ 2600C) - Mactenxit tiếp tục tiết Cacbon; - γ chuyển biến thành Mactenxit ram: Feγ (C)0,8 → [Feα (C)0,15 ÷ 0,2 + Fe2 ÷ 2,4C] Austenit dư Cacbit ε Mactenxit ram Mactenxit ⇒ + Tổ chức giai đoạn là: Mactenxit ram; + Giảm ứng suất dư, có độ bền gần Mactenxit tôi; + Tỉ số c a giảm mạnh BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 24 5.5.2 Các chuyển biến xảy Ram * Giai đoạn III (260 ÷ 4000C) - Mactenxit nghèo Cacbon chuyển biến thành Ferit; - Cacbit ε chuyển biến Xementit dạng hạt; Feα (C)0,15 ÷ 0,2 → Feα + Fe3Chạt Fe2 ÷ 2,4C → Fe3Chạt Troxtit ram ⇒ + Tổ chức giai đoạn là: Troxtit ram; + Độ cứng giảm rõ rệt; + Ứng suất đựơc khử bỏ hết, tính đàn hồi tăng lên mạnh; + Tỉ số c =1 a BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 25 5.5.2 Các chuyển biến xảy Ram * Giai đoạn IV (> 4000C) - Chỉ có thay đổi hình dáng kích thước hạt F Xe; - Hạt Xe có dạng hình cầu, hạt F có dạng hình dạng đa cạnh; - Ở 500 ÷ 6500C hỗn hợp F Xe gọi Xoobit ram có tính tổ hợp tốt nhất, đặc biệt độ dai va đạp cao.; - 7000C hỗn hợp F Xe, Xe kết tụ lại thành hạt to gọi Peclit ram; - Độ cứng giảm (Xe), thép chở nên mềm; - Quá trình nguội thép sau ram chuyển biến BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 26