- Vônfram: Tương tự như Mo, W tồn tại trong 3 pha tương ứng Tuy nhiên hàm lượng phân bố trong austenit và cacbit là thấp, chủ yếu phân bố trong pha cao W (M 6C) Mục đích đưa Mo
1.6 Ảnh hưởng của Titan đến gang trắng crôm.
Tính chịu mòn của gang crôm cao là do sự tồn tại của cácbit M7C3 trong cấu trúc, tuy nhiên M7C3 với cấu trúc thô làm giảm độ dai va đập của gang crôm. Vì vậy để làm tăng độ dai va đập cho loại vật liệu này mà không làm giảm độ cứng, độ chịu mòn nhiều nhà khoa học đã tìm cách biến đổi cấu trúc bằng phương pháp hợp kim hóa nhằm làm hình thành trong tổ chức của gang các pha cácbit có độ cứng cao, cấu trúc nhỏ mịn. Các cacbit này còn làm tâm mầm cho các pha austenit, các pha cacbit cùng tinh, cácbit sau cùng tinh phát triển với tổ chức nhỏ mịn, cơ tính cao. Có rất nhiều các nguyên tố có tác dụng biến tính cấu trúc tăng cơ tính cho vật liệu gang trắng crôm này như titan, niobi, vanadi…
Bedolla Jacuinde [9] đã nhận thấy rằng các nguyên tố tạo cácbit mạnh như titan, vanadi, niobi có thể làm mịn cấu trúc gang trắng crôm trước cùng tinh. Wu và các cộng sự [67], [68] trong các nghiên cứu của mình cũng đã chỉ ra rằng với sự tăng lên của hàm lượng titan trong gang trắng crôm cao, cácbit thứ cấp M7C3 trở nên nhỏ mịn hơn. Chung và cộng sự [19] đã cho rằng theo chiều tăng của hàm lượng titan có thể làm cho một cấu trúc gang crôm sau cùng tinh thay đổi thành cấu trúc trước cùng tinh.
Khi hàm lượng cácbit cùng tinh trong gang hợp kim tăng, độ chịu mài mòn có thể được tăng lên nhưng lại làm giảm độ dai va đập của gang hợp kim, hạn chế ứng dụng cho các loại vật liệu làm việc trong môi trường mài mòn và va đập cao. Hàm lượng cao của các cácbit cùng tinh có thể làm tăng sự nứt gãy của gang trắng crôm, do đó nâng cao khả năng chịu mài mòn mà không làm giảm độ dai va đập của gang trắng crôm cao luôn là thách thức lớn cho các nhà nghiên cứu. Một tỷ lệ cao của hàm lượng cácbit trong tổ chức gang là cần thiết để tối đa hóa tính chịu mài mòn. Tuy nhiên để cải thiện độ dai, cấu trúc cácbit phải có những thay đổi phù hợp. Phương pháp giải quyết cụ thể là đưa thêm vào tổ chức các cácbit có độ bền cao, có cấu trúc nhỏ mịn. giảm kích cỡ các hạt.
Yefei Zhou,Yulin Yang và các cộng sự của mình [77] đã xây dựng giản đồ hệ Fe –Cr-C- Ti với hàm lượng 13 wt.% Cr– 0,5wt % Ti, như hình 1.26 và hình 1.27:
Các tác giả đã xây dựng giản đồ về tỷ lệ khối lượng của các pha rắn của hợp kim 2.95 wt.%C–13 wt.% Cr– 0,5wt % Ti như trong hình 1.27. Qua đó, các tác giả đã cho rằng austenit tiết ra đầu tiên tại nhiệt độ 13000C sau đó là các pha MC (TiC) tiết ra ở 12610
C. Trong suốt quá trình đông đặc hàm lượng MC không thay đổi chứng tỏ MC không liên quan đến các phản ứng hóa học khác. Như vậy Ti khi được đưa vào gang crôm, Ti kết hợp với cacbon tạo cácbit TiC rất mạnh. TiC là cácbit kết tinh đầu tiên, trước khi cácbit crôm, các cácbit sắt kết tinh. TiC có thể làm tâm mầm cho các pha cácbit M7C3.
Cơ sở của quá trình tạo tâm mầm của TiC:
Để có thể hoạt động như một tâm mầm dị thể trong quá trình kết tinh thì nền và các pha mới phải có sự phù hợp cấu trúc tinh thể. Sự chênh lệch về mạng giữa pha tạo mầm và pha tinh thể đang kết tinh càng nhỏ càng tốt. Điều đó làm giảm năng lượng mặt phân cách giữa các hạt pha tạo mầm và các pha mới kết tinh, taọ điều kiện để các nguyên tử của pha tạo mầm có thể dễ dàng chuyển vào mặt phân cách theo trật tự sẵn có. Vì vậy, độ sai lệch giữa hai hai loại mạng có một tầm quan trọng lớn trong việc xác định các chất tạo mầm. Pha nền cũng có thể là tâm mầm dị thể của các pha khác.
Theo Bramfitt [12], sự chênh lệch của mạng có thể được mô tả như sau:
X 100 [1.5]
Trong đó:
- δ : độ chênh lệch giữa hai loại mạng, (hkl)s, (hkl)n là chỉ số mặt tinh thể của pha tạo mầm và pha tinh thể mới.
- [uvw]s , [uvw]n là chỉ số phương trong các mặt (hkl)s và (hkl)n; d[uvw]s và d[uvw]n là khoảng cách giữa các mặt nguyên tử theo các phương (uvw]s và [uvw]n )
- θ là góc giữa các mặt [uvw]s và [uvw]n.
T ỷ lệ K L p h a r ắn Nhi ệt đ ộ 0 C % C Hình 1.26: Giản đồ pha hệ Fe –13%Cr-C –0,5% Ti [77] 0C
Hình 1.27: Tỷ lệ khối lượng của các pha rắn trong hệ Fe-C-Cr-Ti [77]
Lý thuyết này [12] cho rằng khi độ chênh lệch giữa pha tạo mầm-pha kết tinh trên mầm: δ = 6% thì sự phù hợp của tâm mầm với pha kết tinh trên mầm là lớn nhất. Khi δ có giá trị trong khoảng từ 6 đến 12%, ảnh hưởng của tâm mầm với pha kết tinh trên mầm đó ở mức độ vừa phải, còn khi δ > 12% là không có ảnh hưởng, tức là không thể trở thành tâm mầm.
Trong trường hợp sử dụng TiC làm chất tạo mầm, sự tương xứng giữa thông số mạng của TiC và M7C3 được dẫn ra trên hình 1.28 cho thấy: TiC có cấu trúc mạng lập phương tâm mặt, mạng tinh thể gần giống như mạng của NaCl với kích thước mặt (110) là a = 0,610 và c= 0,432nm; trong khi đó M7C3 có cấu trúc lục giác xếp chặt với kích thước mặt (010) là a = 0,688 nm và c = 0,454 nm [68]. Hai cấu trúc mạng của hai pha gần như giống nhau (hình 1.28).