3.1. Ảnh hƣởng của các nguyên tố hợp kim đến thép austenite mangan cao 3.1.1. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng Cacbon và Mangan. 3.1.1. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng Cacbon và Mangan.
Cacbon là nguyên tố cùng với sắt tạo thành dung dịch rắn hoàn tan có hạn, khi hòa tan trong thép cacbon làm tăng lƣợng xementit, mở rộng vùng austenit. Ngoài ra, cacbon có thể kết hợp với một số nguyên tố hợp kim nhƣ Cr, W, Mn, Mo, Ti, V, Nb… tạo thành cacbit trong thép. Theo tiêu chuẩn ASTM A128-90 thì thành phần các nguyên tố của các mác thép không cho phép bất cứ chuyển hóa austenite nào khi các hợp kim đƣợc làm nguội trong nƣớc trên đƣờng Acm. Tuy nhiên tính dẻo ở phần dày bị giảm đi vì quá trình làm nguội chậm đi. Quá trình này là do sự hình thành cacbit dọc biên giới hạt và những vùng nhánh khác và đến một mức độ nhất định ảnh hƣởng của tất cả các khuôn trừ chỗ mỏng và nhỏ nhất. Hình 3.1 cho thấy sự thay đổi nhiệt độ Acm của thép 13% Mn chứa từ 0,6 đến 1,4%C.
33
Các tính chất cơ học của thép austenite mangan khác với cả hai thành phần cấu thành chúng là cacbon và mangan. Khi hàm lƣợng cacbon tăng sẽ rất khó giữ tất cả cacbon trong dung dịch rắn, vì vậy cacbon tăng, độ dẻo giảm. Tuy nhiên, khi tăng cacbon, khả năng chống mài mòn có xu hƣớng tăng, nên hàm lƣợng cacbon thƣờng cao hơn so với mức trung bình 1,2% mặc dù tính dẻo có bị giảm. Ít khi sử dụng hàm lƣợng cacbon trên 1,4% vì khi nhiệt luyện rất khó nhận đƣợc tổ chức hoàn toàn austenite, mà thƣờng chứa cacbit ở biên hạt; điều đó làm ảnh hƣởng xấu đến độ bền và độ dẻo. Có thể thấy rõ đƣợc ảnh hƣởng này trong thép 13%Mn có chứa ít hơn 1,4%C. Ngoài ra sự thiên tích có thể tạo ra những vùng khác biệt về thành phần, cục bộ.
Hình 3.2. Sự thay đổi cơ tính theo hàm lượng cacbon của thép austenite mangan cao từ 12,2 đến 13,8%Mn
34
Mangan đóng góp một phần không nhỏ vào việc ổn định austenite bằng cách làm chậm quá trình chuyển biến (nhƣng không loại bỏ nó). Nhƣ vậy trong thép chứa 1,1%Mn chuyển biến đẳng nhiệt tại 3700C bắt đầu khoảng 15 giây sau khi thép đƣợc làm nguội, còn với thép 13% Mn quá trình chuyển hóa không diễn ra cho tới tận giờ thứ 48 [5].
Hình 3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng mangan đến cơ tính của thép austenite mangan cao với hàm lượng 1,15%C
Hình 3.3 cho thấy ảnh hƣởng của hàm lƣợng mangan đến độ bền và độ dẻo của thép austenite mangan cao sau khi đƣợc tôi trong nƣớc và xử lý đặc biệt. Ở đây đã thực hiện thí nghiệm đến 22%Mn; nhận thấy hàm lƣợng mangan ít ảnh hƣởng đến giới hạn dẻo. Trong thử nghiệm độ bền và độ dẻo tới hạn tăng khá nhanh khi hàm lƣợng mangan lên đến 12% và sau đó có xu hƣớng chững lại và tăng không đáng kể cho đến khi tới 13%.
35
3.1.2. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng Crom
Crom là kim loại nặng dẫn điện và nhiệt tốt, rất cứng, rất khó nóng chảy và có nhiệt độ sôi cao nhƣ thấy ở bảng sau:
Bảng 3.1. Tính chất vật lý của Crom
Nhiệt độ nóng
chảy Nhiệt độ sôi Tỷ khối
Độ cứng (thang Mohs)
Độ dẫn điện
1.875oC 2.197oC 7,2 5 7,1
Tăng tính chống oxy hóa, tính chịu nhiệt, tính chống gỉ cho thép.
- Là nguyên tố tạo cacbit mạnh Cr26C6, Csr7C3… khi ram cacbit crom nhỏ mịn tiết ra có tác dụng hóa bền tiết pha và tăng tính chống mài mòn tốt.
- Crom tăng đáng kể độ thấm tôi, độ cứng của thép sau khi nhiệt luyện, hòa tan vào ferit và hóa bền nó, nhƣng lại ít ảnh hƣởng đến độ dẻo.
- Khi hợp kim hóa crom cao với các nguyên tố Mn, Ti, Mo… để tạo ra các loại thép không gỉ cao cấp nhƣ Cr18Ni10Ti, Cr20Ni8, thép chịu nhiệt cao dùng làm dây may xo, dây nung cho bếp điện, các dây điện trở, máy móc…
- Sử dụng đối với thép dụng cụ y tế, làm các loại thép dụng cụ, vỏ đồ hộp trong ngành thực phẩm.
- Chất hợp kim hóa là FeCr, SiCr. - Cho FeCr vào phải đảm bảo: + Nhiệt độ lớn hơn 1.6000C.
+ Khử triệt để oxy và lƣu huỳnh, khí trong thép. + Lƣợng xỉ phải ít, độ bazo cao, độ loãng xỉ tốt. + Cho ferro vào lò nhiệt, mỗi lần cách nhau 5-10 phút.
36