chất của thép cacbon (và cả thép hợp kim). Từ giản đồ pha Fe-C thấy rằng khi lượng chứa của C trong thép tăng lên, lượng xêmentit cũng tăng lên tương ứng và làm thay đổi tổchức tếvi của thép. Ở trạng thái cân bằng (trạng thái ủ), tổchức tếvi của thép cacbon, phụthuộc vào lượng chứa của C trong nó.
C < 0,8% -thép trước cùng tích, tổchức là ferit–peclit. C = 0,8% - thép cùng tích, tổchức là peclit.
C > 0,8% - thép sau cùng tích, tổchức là peclit–xementit II.
Cơ tính của thép cacbon, phụ thuộc vào lượng chứa của C trong nó, được trình bày trên hình 2.1.
Hình 2.1.Ảnh hưởng của cacbon đến cơ tính của thép cacbonở trạng tháiủ
Ta thấy khi thành phần cacbon tăng lên, độ bền và độ cứng tăng, cònđộ dẻo và độdai giảm. Riêng độbền chỉ tăng và đạt cực đại khi thành phần cacbon vào cỡ0,8% – 1,0%, vượt quá giới hạn này độbền lại giảm đi (và có lẽ đó cũng là lý do trong thực tếít khi gặp thép có thành phần cacbon vượt quá 1,3%).
Có thểgiải thích quy luật trên như sau: khi tăng lượng chứa cacbon, số lượng pha xêmentit (cứng, giòn) tăng lên, lượng peclit tăng lên tương ứng, còn lượng pha ferit (mềm, dẻo) giảm đi. Tổ chức peclit gồm hai pha xêmentit (cứng) và ferit (mềm) xen kẽ nhau, là một tổ hợp pha cho độ bền cao. Như vậy khi tăng lượng chứa cacbon, độ bền và độcứng tăng, độdẻo và độdai giảm xuống. Khi lượng chứa cacbon vượt quá giới hạn 0,8-1,0% trong thép sẽxuất hiện pha xêmentit IIở dạng lưới, cản trở sự trượt và tạo điều kiện cho việc xuất hiện và phát triển của vết nứt, làm độbền của thép giảm xuống.
Về mặt định lượng, có thể thấy cứ tăng 0,1%C, làm độ cứng tăng thêm khoảng 20-25 HB, giới hạn bền(σb) tăng thêm khoảng 60-80 MPa, độ giãn dài(δ) giảm đi khoảng 2 – 4%, độ thắt tỷ đối(ψ) giảm đi khoảng 1-5%, độ dai va đập(ak) giảm đi khoảng 200 Kj/m2,…
Do cacbon ảnh hưởng lớn đến tổ chức và cơ tính của thép như vậy nên thép có thành phần cacbon khác nhau có cơ tính rất khác nhau và do đó được dùng vào các mục đích khác nhau.
- Các thép với thành phần cacbon thấp (≤ 0,25%) nói chung mềm, dẻo, độ bền, độ cứng thấp và hiệu quảhóa bền bằng nhiệt luyện (tôi và ram) cũng không cao, nên được dùng làm các kết cấu xây dựng, chi tiết qua dập nguội (là những sản phẩm cần độ dẻo cao, không cần qua nhiệt luyện). Với các thép này muốn tăng hiệu quảcủa nhiệt luyện phải qua thấm cacbon lớp bềmặt.
- Các thép với thành phần cacbon trung bình (0,3 - 0,5% C) có cơ tính tổng hợp cao (do có sự kết hợp hài hòa giữa độ bền, độ cứng, độdẻo và độ dai), do vậy thích hợp cho các chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh và va đập cao như trục truyền lực, bánh răng… - Các thép với thành phần cacbon tương đối cao (0,55 – 0,70%C) có độ cứng cao và giới hạn đàn hồi cao nhất, được dùng làm các chi tiết đàn hồi như lò xo, nhíp,…
- Các thép với thành phần cacbon cao (≥ 0,70%C) có độcứng và tính chống mài mòn cao, được dùng làm dụng cụcắt gọt, dụng cụ đo, khuôn dập nguội,…
Ngoài cơ tính ra, cacbon cũng ảnh hưởng đến một số tính chất hóa lý của thép. Khi tăng lượng cacbon, mật độ(khối lượng riêngγ), độ từthẩm (µ) và khả năng chống ăn mòn của thép giảm đi, cònđiện trở(ρ) và lực khửtừ(Hc) tăng lên.