- Oxyt đất hiếm tạo tâm mầm cho pha austenit( γFe)
CHƯƠNG 5: ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH NHIỆT LUYỆN ĐẾN TỔ CHỨC, CƠ TÍNH CỦA HỆ GANG CRÔM 13%
ĐẾN TỔ CHỨC, CƠ TÍNH CỦA HỆ GANG CRÔM 13%
5.1. Ảnh hưởng của quá trình nhiệt luyện tới tổ chức, cơ tính gang crôm crôm
Mục đích của nhiệt luyện là tạo cho vật liệu có được các tính chất tốt nhất để đáp ứng yêu cầu làm việc của chi tiết. Với hợp kim chịu mài mòn cao, tổ chức yêu cầu sau khi nhiệt luyện là cácbít có độ cứng cao phân tán trên nền mactenxit với một lượng austenit dư, đạt được độ cứng và độ dai cao. Quá trình nhiệt luyện bao gồm nhiều giai đoạn như tôi, ram … Tính chất của gang trắng được quyết định bởi hai yếu tố chính:
- Số lượng, hình thái và sự phân bố của cácbit - Nền kim loại của gang .
Nhiệt luyện nhằm thay đổi tổ chức nền, thay đổi tổ chức và sự phân bố cácbit. Khả năng chịu mài mòn được cải thiện bằng cách nhiệt luyện để đạt được tổ chức pha nền là maxtenxit . Trong tổ chức của gang trắng còn có thể tồn tại thành phần tổ chức khác: pha ausenit có tính dẻo cao, tồn tại trong tổ chức sau khi đúc. Nếu tỷ lệ thể tích austenite cao thì độ cứng giảm, độ mài mòn giảm.
Đối với hợp kim gang trắng crôm, mục đích chính của ủ là làm đồng đều thành phần, khử ứng suất và làm giảm độ cứng để có thể gia công cắt gọt. Có thể ủ dưới nhiệt độ tới hạn, hay ủ hoàn toàn. Ủ không ảnh hưởng tới cácbít ban đầu hay khả năng tăng cứng sau đó.
Hợp kim chịu mòn cao được tôi ở nhiệt độ austenit hóa. Nhiệt độ tôi được chọn đủ cao để các thành phần tổ chức sau đúc đều được chuyển thành austenit. Nhiệt độ austenit hóa thay đổi theo thành phần của hợp kim. Tuy nhiên có một khoảng nhiệt độ austenit tối ưu để đạt độ cứng tối đa. Nhiệt độ tôi cao làm tăng tính ổn định của ausenit và lượng ausenit dư cao hơn sẽ làm giảm độ cứng. Hợp kim chịu mài mòn cao thường được tôi ở nhiệt độ austenit hóa. Tốc độ nguội không nên nhanh, bởi vì độ dẫn nhiệt của hợp kim kém, dẫn đến vật đúc có thể phát triển các vết nứt do ứng suất nhiệt. Do vậy phải chọn chế độ nhiệt luyện thích ứng với hợp kim để đạt độ cứng cần thiết. Sau xử lý nhiệt gang đạt được độ cứng là cao nhất. Nhiệt độ của quá trình austenit hóa quyết định tổng lượng cácbon dư trong hợp kim [1]. Khi nhiệt độ austenit hóa quá cao sẽ làm tăng sự ổn định của austenit điều này sẽ làm tăng hàm lượng austenit dư và làm giảm độ cứng của nền. Nhiệt độ austenit hóa thay đổi theo thành phần của hợp kim. Nếu nhiệt độ thấp sẽ làm mactenxit chứa cácbon ít hơn, dẫn tới làm giảm cả độ cứng và độ chịu mài mòn. Do tính nhạy cảm với nhiệt độ này, lò nung cần phải tạo được nhiệt độ chính xác và đồng đều. Xử lý nhiệt thành công tạo sự phân hủy austenit bằng tiết pha của cácbít thứ hai nhỏ mịn M7C3 trong nền austenit.
Nhiệt độ và thời gian ram: Vớihợp kim crôm cao, vật đúc có thể được sử dụng ở trạng sau tôi. Nhiệt độ ram phụ thuộc vào nhiệt độ tôi: Với vật đúc lớn hoặc hàm lượng crôm cao, nhiệt độ tôi được chọn lớn hơn 10100
C , nhiệt độ ram phải chọn lớn hơn 5000C để austenit dư chuyển biến cho ra cacbít thứ cấp. Khi tôi ở nhiệt độ thấp hơn, đa số các trường hợp cần tiến hành ram thấp ở khoảng nhiệt độ 2000C-3000C trong 2 tới 4 giờ để giảm ứng suất dư. Tổ chức sau tôi thường chứa một lượng austenít dư 10-30%. Khi ram ở nhiệt độ thấp, một lượng austenit dư sẽ chuyển biến khi ram. Trong trường hợp xảy ra nứt vỡ, cần ram nhiệt độ cao hơn nhưng phải dưới nhiệt độ tới hạn để giảm hàm lượng austenit.
Trên cơ sở đó, các hợp kim gang crôm nghiên cứu đều được xử lý theo một quy trình nhiệt luyện: Sau quá trình ủ ở 8000C trong khoảng 3 giờ, các hợp kim được tôi trong khoảng 3 giờ
tại nhiệt độ 10500C rồi làm nguội trong dầu, cuối cùng các hợp kim được ram tại nhiệt độ ram 2500C.
Khi nung nóng để austenit hóa hợp kim thì tất cả các dạng tổ chức của pha nền sau đúc đều chuyển thành tổ chức austenit (hình 5.1 ).
Hình 5.2. là tổ chức bề mặt gang crôm nghiên cứu sau khi nhiệt luyện. Các hợp kim gang crôm với thành phần 13% crôm và cácbon trong khoảng 2% đến 3% đều là gang trước cùng tinh. Với đặc điểm kết tinh thì gang crôm 13% với thành phần tổ chức bao gồm các austenit nhánh cây, các cùng tinh (ɣ + cácbit), các cácbit sơ cấp và có thể có các cácbit do quá trình hợp kim hóa tạo thành (TiC).
Sau xử lý nhiệt sự thay đổi chính là sự thay đổi của pha nền hợp kim. Với hợp kim gang crôm cao ở dạng đúc khi nung nóng để austenit hóa thì cấu trúc pha nền đều trở thành cấu trúc austenit. Trong quá trình làm nguội tùy thuộc vào thành phần hóa học và tốc độ làm nguội mà austenit này sẽ trở thành cấu trúc mactenxit cộng một phần austenit dư. Ở khu vực nền các mẫu sau nhiệt luyện là sự hiện diện của austenit dư (Au), mactenxit hình kim (M), cácbit thứ cấp (SC). Tại nhiệt độ tôi 10500C , cácbon, crôm, sắt được giữ lại trong austenit ở trạng thái
a, b,
a, b,
ɣ
Hình 5.2: Hiển vi quang học chụp bề mặt các mẫu nhóm 3 sau nhiệt luyện (hình 4. a , sử dụng dung dịch tẩm thực VILLA’S, hình 4. b, tẩm thực màu ăn mòn cácbit), X1000
Au+M+SC
Cácbit thứ cấp
a, b,
Hình 5.1: Hiển vi quang học chụp bề mặt các mẫu nhóm 1 (hình 5.1a) và nhóm 3(hình 5.1 b)
ɣ ɣ ɣ
không ổn định cao, khi ram chúng có xu thể tạo ra các cácbit hợp kim thứ cấp (cácbit crôm, cácbit sắt) ở trạng thái ổn định, cácbit thứ cấp tiết ra được quan sát đồng nhất trong nền austenit. Cácbit thứ cấp được tiết ra tại trung tâm các nhánh cây tới biên hạt austenit, nguyên nhân là do nền austenit trong gang 13% crôm hòa tan cácbon, crôm, sắt, các nguyên tố này thường phân bố nhiều hơn ở biên các nhánh cây. Khi làm nguội đủ nhanh (vận tốc nguội lớn hơn vận tốc nguội tới hạn), austenit chuyển thành mactexít với toàn bộ nguyên tố hợp kim đã hòa tan trong austenit ở nhiệt độ cao (hình 5.2 a). Cácbit thứ cấp tiết ra trong vùng các nhánh cây austenit và trong pha nền của tổ chức cùng tinh. Sự tiết ra cácbit thứ cấp trong các mẫu khác nhau do hàm lượng cácbon tan trong nền austenit của mỗi hợp kim và hàm lượng các nguyên tố hợp kim trong pha nền là khác nhau. Khi hàm lượng cácbon hòa tan trong nền cao thì lượng cácbit thứ cấp tiết ra sẽ tăng.
5.2 Ảnh hưởng của quá trình nhiệt luyện đến thể tích cácbit trong