03. Lý do chọn đề tài
2.2.2. Ảnh hƣởng của Cacbon
- Cacbon: Tuy là nguyên tố hóa học rất bình thƣờng song có thể nói cacbon là nguyên tố quan trọng nhất, quyết định chủ yếu đến tổ chức, tính chất (cơ tính), công dụng của thép (cả thép cacbon lẫn thép hợp kim thấp).
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà 29 Học viên: Trần Tiến Dũng
Ảnh hƣởng của cacbon đến cơ tính của thép thƣờng ở trạng thái ủ đƣợc trình bày trên hình 2.2 Cacbon có ảnh hƣởng bậc nhất (theo quan hệ đƣờng thẳng) đến độ cứng HB. Về mặt định lƣợng thấy rằng cứ tăng 0,10%C độ cứng HB sẽ tăng thêm khoảng 25 đơn vị
.+ Thoạt tiên cacbon làm giảm rất mạnh độ dẻo (δ, ψ) và độ dai va đập (ak) song về sau mức giảm này càng chậm lại. Ví dụ: cứ tăng 0,10%C trong phạm vi cacbon thấp (≤ 0,25%) δ giảm 6%, ak giảm 300kJ/m2, còn trong phạm vi cacbon trung bình (0,30 - 0,50%) tƣơng ứng là 3% và 200kJ/m2...Nhƣ vậy hàm lƣợng cacbon càng cao thép càng cứng, càng kém dẻo dai và càng giòn. Có thể dễ dàng giải thích điều này là do lƣợng pha xêmentit cứng và giòn tăng lên.Ảnh hƣởng của cacbon đến giới hạn bền σb không đơn giản nhƣ đối với độ cứng. Thấy rằng cứ tăng 0,10%C trong khoảng 0,10 - 0,50%C σb tăng khoảng 70 - 0MPa, trong khoảng 0,60 -0,80%C σb tăng rất chậm và đạt đến giá trị cực đại trong hoảng 0,80 - 1,00%C, khi vƣợt quá giá trị này σb lại giảm đi. Có thể giải thích nhƣ sau: thoạt tiên tăng số phần tử xêmentit trong nền ferit sẽ làm tăng số chốt cản trƣợt cho pha này do vậy σb tăng lên cho đến khi có tổ chức hoàn toàn là peclit, khi vƣợt quá 0,80 - 1,00%C ngoài peclit (tấm) ra bắt đầu xuất hiện lƣới xêmentit giòn lại ở dạng liên tục (lƣới) làm cho thép không những giòn mà còn làm giảm giới hạn bền.
+ Chính do cacbon có ảnh hƣởng lớn đến cơ tính nhƣ vậy nên nó quyết định phần lớn công dụng của thép. Muốn dùng thép vào việc gì điều cần xem xét trƣớc tiên là hàm lƣợng cacbon sau đó mới tới các nguyên tố hợp kim. Điều khá kỳ diệu là chỉ cần thay đổi chút ít hàm lƣợng cacbon (chênh lệch nhau không quá 0,50%) có thể tạo ra các nhóm thép có cơ tính đối lập nhau mà không nguyên tố nào có đƣợc. Theo hàm lƣợng cacbon có thể chia thép thành ba - bốn nhóm với cơ tính và công dụng rất khác nhau nhƣ sau.
- Thép có cacbon thấp (≤ 0,25%) có độ dẻo, độ dai cao nhƣng độ bền, độ cứng lại thấp, hiệu quả nhiệt luyện tôi + ram không cao, đƣợc dùng làm kết cấu xây dựng,
GVHD: PGS.TS. Nguyễn Thúc Hà 30 Học viên: Trần Tiến Dũng
tấm lá để dập nguội. Muốn nâng cao hiệu quả của nhiệt luyện tôi + ram để nâng cao độ bền độ cứng phải qua thấm cacbon.
- Thép có cacbon trung bình (0,30 - 0,50%) có độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ dai đều khá cao mặc dầu không phải là cao nhất, có hiệu quả tôi + ram tốt, tóm lại có cơ tính tổng hợp cao nên đƣợc dùng chủ yếu làm các chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh - Thép có cacbon tƣơng đối cao (0,55 - 0,65%) với ƣu điểm là có độ cứng tƣơng đối cao, giới hạn đàn hồi cao nhất, đƣợc dùng làm các chi tiết đàn hồi. - Thép có cacbon cao (≥ 0,70%) với ƣu điểm là có độ cứng và tính chống mài mòn đều cao, đƣợc dùng làm công cụ nhƣ dao cắt, khuôn dập, dụng cụ đo. Trong một số kiểu phân loại, nhóm thép có cacbon trung bình có lƣợng cacbon thay đổi từ 0,30 đến 0,65%. Thật ra các giới hạn về thành phần cacbon kể trên để định ranh giới giữa các nhóm cũng không hoàn toàn cứng nhắc, có thể xê dịch. Tính công nghệ: Tính hàn và khả năng dập nguội, dập sâu của thép phụ thuộc nhiều vào hàm lƣợng cacbon. Thép càng ít cacbon càng dễ hàn chảy và dập.
Các bon (C) có cấu trúc mạng tinh thể lục giác, bán kính nguyên tử là 0.77Å, khối lƣợng riêng là 3.51g/m3 [13], [14]. Các bon là nguyên tố hợp kim quan trọng và có ảnh hƣởng trực tiếp đến đặc tính của kim loại mối hàn. Sự gia tăng hàm lƣợng C dẫn đến độ bền, độ giòn và độ cứng của kim loại mối hàn sẽ gia tăng; nhƣng nó sẽ làm giảm độ dẻo, khả năng chịu va đập, tính hàn và tính gia công của kim loại [13]. Với bán kính nguyên tử nhỏ, tính linh hoạt cao, Các bon dễ bị khuếch tán và hòa tan khi hàn nhất là ở trạng thái lỏng. Khi kết hợp với các nguyên tố khác hoặc nguyên tử C sẽ chiếm chỗ các nguyên tử khác trong mạng tinh thể để tạo ra hỗn hợp mới hoặc pha mới.