Quan hệ phi tuyế n:
Quan hệ phi tuyế n: Quan hệ phi tuyế n:
Quan hệ phi tuyế n:. Trong tr−ờ ng hợ p hạ t nhỏ đ i hoặ c to lê n, tí nh chấ t đ ạ t đ−ợ c sẽ thay đ ổ i
tuỳ theo tr−ờ ng hợ p: hạ t nhỏ di → đ ộ dai tă ng = bề n + dẻ o tă ng
Chí nh vì thế mà tí nh chấ t củ a hợ p kim có thể khô ng cò n tuâ n theo quan hệ tuyế n tí nh nhấ t là tạ i đ iể m cù ng tinh, cù ng tí ch và lâ n cậ n (hì nh 3.17).
Hì nh 3.17. Quan hệ phi tuyế n giữ a 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 ---- C (Fe Giản đồ pha Fe C (Fe C (Fe ---- Fe C (Fe Fe Fe Fe3333C)C)C)C)
Giả n đ ồ pha Fe - C (chỉ xé t hệ Fe - Fe3C) khá phứ c tạ p, rấ t đ iể n hì nh đ ể minh họ a cá c t−ơ ng tá c th−ờ ng gặ p và đ−ợ c sử dụ ng rấ t nhiề u trong thự c tế .
Ngoà i ra cò n có giả n đ ồ Fe - grafit là hệ câ n bằ ng ổ n chủ yế u là dù ng trong gang. 3.3.1.
3.3.1. 3.3.1.
3.3.1. T−ơ ng tá c giữa Fe và CT−ơ ng tá c giữa Fe và CT−ơ ng tá c giữa Fe và CT−ơ ng tá c giữa Fe và C Fe,
Fe, Fe,
Fe, khá dẻ o (dễ biế n dạ ng nguộ i), dai, tuy bề n, cứ ng hơ n Al, Cu nhiề u song vẫ n cò n rấ t thấ p so vớ i yê u cầ u sử dụ ng.
Khi đ−a C và o Fe giữ a → hó a bề n, rẻ hơ n → HK Fe-C trở nê n thô ng dụ ng ạ
ạ ạ
ạ Sự hò a tan của Sự hò a tan của Sự hò a tan của Sự hò a tan của CCC và o C và o và o Fe và o FeFe Fe Tạ o dung dị ch rắ n xen kẽ : Tạ o dung dị ch rắ n xen kẽ : Tạ o dung dị ch rắ n xen kẽ :
Tạ o dung dị ch rắ n xen kẽ : bá n kí nh nguyê n tử rC = 0,077nm, rFe = 0,1241nm) → C chỉ có thể hò a 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 (no < 911oC - Feα và 1392 ữ 1539oC - Feδ) và lftm A1
(911ữ1392oC - Feγ), khả nă ng hò a tan cacbon và o cá c pha Fe khá c nhau: Fe
Fe Fe
Feαααα và Fe và Fe và Fe và Feδδδδ vớ i mạ ng vớ i m vớ i m vớ i mạ ng ạ ng A2ạ ng A2A2 tuy mậ t đ ộ xế p thấ p, có nhiề u lỗ hổ ng, song mỗ i lỗ hổ ng lạ i có A2 kí ch th−ớ c quá nhỏ (lỗ tá m mặ t có r = 0,02, lỗ bố n mặ t lớ n hơ n có r = 0,036), lớ n nhấ t cũ ng chỉ bằ ng 50% kí ch th−ớ c củ a nguyê n tử sắ t → Feα chỉ hoà tan đ−ợ c ≤0,02%C và Feδ ≤0,1%C.
Fe Fe Fe
Feαααα v v v và Feà Feà Feà Feδδδδ, Fe, Fe, Fe, Feγγγγ với mạ ng A1 với mạ ng A1 với mạ ng A1 với mạ ng A1:::: tuy có mậ t đ ộ xế p cao hơ n, nh−ng lỗ hổ ng lạ i có kí ch th−ớ c lớ n hơ n (lỗ bố n mặ t r = 0,028nm, lỗ tá m mặ t r = 0,051nm), vẫ n cò n hơ i nhỏ nh−ng nhờ cá c nguyê n tử sắ t có thể giã n ra → Feγ hò a tan đ−ợ c cacbon ≤2,14%C.
b. b. b.
b. T−ơ ng tá c hó a họ c T−ơ ng tá c hó a họ c T−ơ ng tá c hó a họ c T−ơ ng tá c hó a họ c giữa Fe và Cgiữa Fe và Cgiữa Fe và Cgiữa Fe và C
Austenit (γ) là ĐR củ a C trong Feγ, mạ ng A1, g/hạ n hoà tan: 727oC -0,8%C, 1147oC- 2,14%C
Ferit (α) là ĐR củ a C trong Feα, mạ ng A2, giớ i hạ n hoà tan: 20oC-0,006%C, 727oC-0,8%C Fe3C là pha xen kẽ , có kiể u mạ ng phứ c tạ p, có thà nh phầ n 6,67%C + 93,33%Fẹ
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 Fe3333C và các tổ chứcC và các tổ chứcC và các tổ chứcC và các tổ chức ạ
ạ ạ
ạ Giản đồ pha Fe Giản đồ pha Fe Giản đồ pha Fe Giản đồ pha Fe ---- Fe Fe Fe Fe3333C C C C
Hì nh 3.18 vớ i cá c ký hiệ u cá c tọ a đ ộ (no, oC - %C) nh− sau: Mộ t số đ−ờ ng có ý nghĩ a thực tế rấ t quan trọ ng: Mộ t số đ−ờ ng có ý nghĩ a thực tế rấ t quan trọ ng: Mộ t số đ−ờ ng có ý nghĩ a thực tế rấ t quan trọ ng: Mộ t số đ−ờ ng có ý nghĩ a thực tế rấ t quan trọ ng: - ABCD là đ−ờ ng lỏ ng đ ể xá c đ ị nh nhiệ t đ ộ chả y → đ ú c
- AHJECF là đ−ờ ng rắ n → kế t tinh hoà n toà n →đ ú c. - PSK (727oC) là đ−ờ ng cù ng tí ch → nhiệ t luyệ n
- ES - giớ i hạ n hò a tan cacbon trong Feγ→ hoá nhiệ t luyệ n, nhiệ t luyệ n.
%B → B A A nhiệ t đ ộ , PΣ L α+L PΣ L+β α β α+β Pβ Pα
- PQ - giớ i hạ n hò a tan cacbon trong Feα→ nhiệ t luyệ n ké m quan trong hơ n 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 - Fe3C)
b. Các chuyể n biế n khi là m nguộ i chậ m b. Các chuyể n biế n khi là m nguộ i chậ m b. Các chuyể n biế n khi là m nguộ i chậ m
b. Các chuyể n biế n khi là m nguộ i chậ m
- Chuyể n biế n bao tinh xả y ra ở 1499oC: δH + LB→ γJ hay δ0,10+ L0,50→ γ0,16 (3.1)
- Chuyể n biế n cù ng tinh xả y ra ở 1147oC: LC→ (γE + Xê ) hay L4,3→ (γ2,14+ Xê ) (3.2)
- Chuyể n biế n cù ng tí ch xả y ra ở 727oC: γS→ [αP + Xê ] hay γ0,8→ [α0,02+ Xê ] (3.3) - Sự tiế t pha Fe3C d− ra khỏ i dung dị ch rắ n củ a cacbon: γ, no< ES →XêII và α, no< PQ →XêIII.
c. c. c.
c. Cá c tổ chức mộ t phaCá c tổ chức mộ t phaCá c tổ chức mộ t phaCá c tổ chức mộ t pha Ferit
Ferit Ferit
Ferit (αααα, F, F), đ ã nê u ở trê n, Ferit là pha tồ n tạ i ở nhiệ t đ ộ th, F, F −ờ ng, tỷ lệ cao nhấ t (tớ i 90%), quan trọ ng đ ó i vớ i cơ tí nh củ a hợ p kim Fe - C. Tổ chứ c tế vi củ a ferit (xem hì nh 3.22) có dạ ng cá c hạ t sá ng, đ a cạ nh.
Austenit Austenit Austenit
Austenit [γγγγ, AAAA, FeFeFeFeγγγγ(C)(C)], đ ã nê u trê n, khá c vớ i F, (C)(C) γγγγ khô ng có tí nh sắ t từ , chỉ tồ n tạ i ở nhiệ t đ ộ cao (> 727oC), chỉ tồ n tạ i ở nhiệ t đ ộ cao hoặ c TKG austenit, Γ13,… nh−ng lạ i có vai trò quyế t đ ị nh trong biế n dạ ng nó ng và nhiệ t luyệ n.
Tí nh chấ t củ a γγγγ: : : : có tí nh dẻ o rấ t cao (mạ ng A1).
Nhờ γγγγ 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 nó ng mọ i hợ p kim Fe - C vớ i C < 2,14% Là m nguộ i austenit vớ i tố c đ ộ ≠ → tổ chứ c ≠ → cơ tí nh ≠: nguộ i chậ m → P+F mề m, nguộ i nhanh → mactenxit cứ ng. Tổ chứ c tế vi củ a γγγγ gồ m cá c hạ t sá ng, có thể vớ i mà u đ ậ m nhạ t khá c nhau đ ô i chú t, có cá c đ−ờ ng song tinh.
Xê m Xê m Xê m
Xê mentitentitentit (Xentit XXXêêêê, FeFeFeFe3333CC): là pha xen kẽ vớ i kiể u mạ ng phứ c tạ p có cô ng thứ c FeCC 3C và thà nh phầ n 6,67%C, cứ ng và giò n, cù ng vớ i ferit nó tạ o nê n cá c tổ chứ c khá c nhau củ a hợ p kim Fe - C.
Ng−ờ i ta phâ n biệ t 4 loạ i Xê :
- XeI tiế t ra từ pha lỏ ng khi là m nguộ i HK > 4,3%C. XêI có dạ ng thẳ ng, thô to (hì nh 3.24b) đ ô i khi có thể thấ y đ−ợ c bằ ng mắ t th−ờ ng. γ γ+L L E C P α G J B A H Q δ F+P p ec lit lê đ ê buri
P+XêI P+XêII+Lê Lê + XêI
727 1147 1147 A3 Acm L+Xê Fe Fe 3C 0,8 2,14 4,3 910 1200 nhiệ t đ ộ , o C %C → 1 2 3 4 5 6 500 D F K γ+XêII γ+XêII+Lê Lê + XêI
45 - XeII đ−ợ c tạ o thà nh là m nguộ i γ theo đ−ờ ng ES HK có 0,80<%C< 2,14, Dạ ng l−ớ i bao - XeII đ−ợ c tạ o thà nh là m nguộ i γ theo đ−ờ ng ES HK có 0,80<%C< 2,14, Dạ ng l−ớ i bao quanh hạ t γγγγ (peclit) hì nh 3.23, l−ớ i liê n tụ c là m giả m mạ nh tí nh dẻ o và dai củ a hợ p kim, l−ớ i rá ch tă ng cứ ng và chị u mà i mò n tố t.
- XeIII đ−ợ c tạ o thà nh khi là m nguộ i F d−ớ i đ−ờ ng PQ, quá nhỏ th−ờ ng đ−ợ c bỏ quạ
- Xê cù ng tí ch đ−ợ c tạ o thà nh do chuyể n biế n cù ng tí ch → peclit, rấ t quan trọ ng, xé t saụ
Grafit Grafit Grafit
Grafit chỉ đ−ợ c tạ o thà nh trong gang vì có Si, khả o sá t trong gang sau nà ỵ d.
d. d.
d. Cá c tổ chức hai phaCá c tổ chức hai phaCá c tổ chức hai phaCá c tổ chức hai pha Peclit
Peclit Peclit
Peclit (có thể ký hiệ u bằ ng PPP, [FeP [Fe[Fe[Feαααα + Fe + Fe + Fe + Fe3333C]C]C]C]).
Đ/n: là hỗ n hợ p cù ng tí ch củ a F và Xê đ−ợ c tạ o thà nh từ phả n ứ ng cù ng tí ch (3.3). Đ/đ iể m: Trong P có 88% F và 12% Xê phâ n bố đ ề u → kế t hợ p dẻ o vớ i pha cứ ng → bề n cao, cứ ng nh−ng cũ ng đ ủ dẻ o, dai là vậ t liệ u kế t cấ u và cô ng cụ tố t, gồ m: P tấ m và peclit hạ t.
Peclit tấ m (hì nh 3.21a): th−ờ ng gặ p hơ n, F & Xê đ ề u ở dạ ng tấ m nằ m xen kẽ nhaụ
Peclit hạ t (hì nh 3.21b): í t gặ p hơ n, Xê thu gọ n lạ i thà nh dạ ng hạ t nằ m phâ n bố đ ề u trê n
nề n F. So vớ i peclit tấ m, peclit hạ t có đ ộ bề n, đ ộ cứ ng thấ p hơ n, đ ộ dẻ o, đ ộ dai cao hơ n đ ô i chú t. Peclit hạ t th−ờ ng đ−ợ c tạ o thà nh khi giữ nhiệ t lâ u ở (600 ữ 700oC).
Lê đê burit Lê đê burit Lê đê burit
Lê đê burit (Lê hay [[[[P + XeP + XeP + Xe]) trê n 727P + Xe oC là [γ+Xê ] d−ớ i 727oC là [P+Xê ]
Hì nh 3.21: Lê = hỗ n hợ p củ a peclit tấ m (cá c hạ t tố i nhỏ ) trê n nề n xê mentit sá ng. Lê đ ê burit cứ ng và giò n 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. Phâ n loạ iPhâ n loạ iPhâ n loạ iPhâ n loạ i ạ
ạ ạ
ạ Khái niệ m Khái niệ m Khái niệ m Khái niệ m chung về thé p, gangchung về thé p, gangchung về thé p, gang chung về thé p, gang
Thé p và gang đ ề u là hợ p kim Fe-C, trong đ ó : < 2,14%C là thé p, ≥ 2,14%C là gang. Đ/đ iể m: tấ t cả cá c thé p khi đ−ợ c nung nó ng trê n đ−ờ ng GSE t−ơ ng ứ ng đ ề u có 1 pha γ Tí nh đ ú c củ a thé p là thấ p (no chả y cao, co nhiề u), í t đ−ợ c sử dụ ng đ ể chế tạ o vậ t đ ú c. Gang khô ng thể nung nó ng đ ể có tổ chứ c mộ t pha γ mà bao giờ cũ ng cò n Xê (hay grafit) → khô ng biế n dạ ng nguộ i lẫ n nó ng đ−ợ c (kể cả loạ i đ−ợ c gọ i là gang rè n), tí nh đ ú c tố t. b. Các loạ i thé p, gang theo giả n đồ pha Fe
b. Các loạ i thé p, gang theo giả n đồ pha Fe b. Các loạ i thé p, gang theo giả n đồ pha Fe
b. Các loạ i thé p, gang theo giả n đồ pha Fe ---- C C C C Thé p C:
Thé p C: Thé p C:
Thé p C: loạ i chỉ chứ a C và 1 l−ợ ng khô ng đ á ng kể cá c nguyê n tố khá c, gồ m 3 loạ i: -
Thé p tr−ớ c cù ng tí ch: %C <0,8%, bê n trá i đ iể m S, tổ chứ c F (sá ng) + P (tố i) (hì nh 3.22).
Phầ n lớ n thé p th−ờ ng dù ng là loạ i nà y mà tậ p trung ở loạ i ≤ 0,20%C rồ i tiế p đ ế n 0,30 ữ
0,40%C. Khi %C ↑→ %P ↑, → F ↓ - Thé p cù ng tí ch: thé p chứ a 0,80%C → tổ chứ c peclit. - Thé p sau cù ng tí ch: vớ i thà nh phầ n > 0,80%C (th−ờ ng chỉ tớ i 1,50%, cá biệ t có thể tớ i 2.0 ữ 2,2%), tổ chứ c P+XêII (hì nh 3.23). Hì nh 3.21. Tổ chứ c tế vi củ a: a) Pec lit tấ m b) Peclit hạ t c) Lê đ ê burit b) a) c)
Gang Gang Gang
Gang:::: t−ơ ng ứ ng vớ i GĐP Fe-C (Fe-Fe3C) là gang trắ ng, í t dù ng vì quá cứ ng, giò n, khô ng thể gia cô ng cắ t đ−ợ c gồ m 3 loạ i:
- Gang trắ ng tr−ớ c cù ng tinh vớ i %C< 4,3%, có tổ chứ c P+ XêII + Lê (hì nh 3.24a).
- Gang trắ ng cù ng tinh có 4,3%C, đ ú ng đ iể m C hay lâ n cậ n, vớ i tổ chứ c chỉ là Lê (hì nh
3.21).
- Gang trắ ng sau cù ng tinh vớ i > 4,3%C ở bê n phả i đ iể m C, có tổ chứ c Lê + XêI (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). tr−ớc cùng tinh (a) và sau cùng tinh (b)
c. c. c.
c. Cá c điể m tới hạ n của thé pCá c điể m tới hạ n của thé pCá c điể m tới hạ n của thé pCá c điể m tới hạ n của thé p
A (từ tiế ng Phá p arrê t=dừ ng, c- chauffer=nung nó ng, r- refroidir=là m nguộ i)
A vớ i 1, 2, 3, 4, và cm, chú ng đ−ợ c gọ i là cá c đ iể m (hay nhiệ t đ ộ ) tớ i hạ n, gồ m: A1 - đ−ờ ng PSK (727oC) ứ ng vớ i chuyể n biế n austenit ↔ peclit, có trong mọ i loạ i thé p. A3 - đ−ờ ng GS (911 ữ 727oC) ứ ng vớ i bắ t đ ầ u tiế t ra F khỏ i γ khi là m nguộ i hay kế t thú c hò a tan ferit và o austenit khi nung nó ng, chỉ có trong thé p tr−ớ c cù ng tí ch.
A A A
Acm cm cm cm ---- đ−ờ ng ES (1147 ữ 727oC) ứ ng vớ i bắ t đ ầ u tiế t ra XêII khỏ i γ khi là m nguộ i hay kế t thú c hò a tan XêII và o γ khi nung nó ng, chỉ có trong thé p sau cù ng tí ch. AAAA0000---- (210oC) - đ iể m Curi củ a Xê , A2- (768oC) - đ iể m Curi củ a ferit,
Cù ng mộ t thé p bao giờ cũ ng có : Ac1 > A1 > Ar1; Ac3 > A3 > Ar3..., Hì nh 3.22.Tổ chức tế vi của thép tr−ớc cùng tí ch (x500): ạ 0,10%C, b. 0,40%C, c.0,60%C.
47
Ch−ơng 4