+ Các sản phẩm của sự phân hoá đẳng nhiệt của auxtenit quá nguội * Thép cùng tích (C = 0,8%).
Hình 3.4 trình bày giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của auxtenit quá nguội cho thép cùng tích (C = 0,8%). Các sản phẩm của sự phân hoá ở các nhiệt độ khác nhau được ghi ở cột bên phải có kèm theo độ cứng của chúng.
Như thấy rõ từ giản đồ, ở nhiệt độ lớn hơn 7270C, auxtenit ở trạng thái hoàn toàn ổn định. Khi làm nguội xuống dưới 7270C, auxtenit trở lên mất ổn định và sẽ bị phân hoá thành hỗn hợp của ferit và xêmentit. Auxtenit tồn tại
Auxtenit quá - 100 200 300 400 600 800 102 104 HRC 45 55 N hiệ t đ ộ 0 C
Hình 3.4. Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của
auxtenit quá nguội cho thép cùng tích
C =0,8%
Mactenxit (M) + auxtenit (Ơ) dư
Bainit dưói Bainit trên Xoocbit tôi Mđ (2400C) nguội Auxtenit 0 0 1 10 103 105 100 30 Mk (- 500C) 700 peclit 15 A1(727)0C ferit + xêmentit 500 40 trôxtit
cách từ trục tung đến đường cong “ C ’’ thứ nhất sẽ biểu thị khoảng thời gian tồn tại của auxtenit quá nguội ở nhiệt độ khác nhau hay là tính ổn định của auxtenit quá nguội. Như thấy rõ từ giản đồ chữ “ C ’’ auxtenit kém ổn định nhất ở khoảng (500 ÷ 600)0C, lúc đó thời gian tồn tại của auxtenit chưa đầy 1 giây.
Các chuyển biến của auxtenit quá nguội trong khoảng nhiệt độ từ Ar1 đến (500 ÷ 600)oC được gọi là chuyển biến peclit, cịn dưới (500 ÷ 600)0C được gọi là chuyển biến trung gian.
+ Chuyển biến peclit (727÷ 500)0
C
Chuyển biến peclit xảy ra với sự tạo thành hỗn hợp ferit + xêmentit ở dạng tấm, ở trong khoảng nhiệt độ (A1 ÷ 500) 0
C
- Nếu auxtenit quá nguội phân hoá ở nhiệt độ sát AC1 tức là ứng với độ quá nguội bé (ΔT < 500C) sẽ được hỗn hợp ferit + xêmentit và được gọi là peclit, trong đó xêmentit ở dạng tấm có kích thước lớn. Kích thước của xêmentit được xác định bằng khoảng cách s giữa các tấm (Hình 3.5). Khoảng cách giữa các tấm của chúng là (5 ÷ 7).10 - 4mm. Độ cứng của peclit khoảng (180 ÷ 220)HB;
- Nếu auxtenit quá nguội phân hoá ở nhiệt độ thấp hơn với (ΔT=50 ÷
100)0C cũng được hỗn hợp ferit + xêmentit trong đó xêmentit ở dạng tấm có kích thước bé, s khoảng (3÷4).10 - 4 mm, tổ chức này được gọi là xoocbit, độ cứng khoảng (250 ÷ 300) HB;
- Nếu auxtenit quá nguội phân hoá ở nhiệt độ thấp hơn nữa khoảng (500÷600)0C, ứng với nhiệt độ khi auxtenit kém ổn định nhất, tức là phần lồi của đường cong “ C ’’cũng được hỗn hợp ferit + xêmentit trong đó xêmentit ở dạng tấm có kích thước bé, s khoảng (1÷2).10-4 mm, tổ chức này được gọi là trôxtit, độ cứng khoảng 400HB;
Vậy peclit, xoocbit, trôxtit, đều là hỗn hợp của ferit + xêmentit, nhưng với độ nhỏ mịn của xêmentit khác nhau, độ cứng, độ bền của chúng khác nhau. Xêmentit càng nhỏ mịn độ cứng và độ bền càng cao.
+ Chuyển biến trung gian (500 –Mđ). Ở dưới 5000C auxtenit quá nguội
phân hoá thành hỗn hợp cơ học của
Chuyển biến này gọi là chuyển biến trung gian, tương ứng với đoạn dưới của đường cong “ C ’’. Xêmentit trong bainit có dạng hình tấm rất nhỏ mịn (S < 10 - 4
mm);
Người ta phân ra hai loại bainit:
Bainit trêntạo thành do auxtenit quá nguội phân hố ở nhiệt độ cao
S
Hình 3.5: Sơđồ tổ chức của peclit tấm
(S - khoảng cách giữa các tấm của tổ chức peclit)
t1
t2 t3 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ferit và xêmemtit và gọi là bainit với cơ chế khác và với đặc điểm riêng.
(500 ÷ 350) 0C, bainit trên có dạng ngịi bút màu tối, độ cứng khoảng 450HB; Bainit dưới tạo thành do auxtenit quá nguội phân hoá ở nhiệt độ
(350 ÷ 250)0C, bainit dưới có dạng hình kim với góc nhọn nhỏ, độ cứng khoảng
550HB.
* Thép khác cùng tích(trước và sau cùng tích) hình 3.6
Các loại thép trước và sau cùng tích cũng có dạng giản đồ phân hố đẳng nhiệt auxtenit q nguội như thép cùng tích, nhưng có thêm nhánh phụ trên
đường cong chữ “ C ’’, bên trái chỉ rõ thời gian bắt đầu tiết ra khỏi auxtenit các pha thừa: ferit (cho thép trước cùng tích ở dưới A3) và xêmentitII (cho thép sau cùng tích ở dưới ACm) như biểu thị ở hình 3.6. Cần chú ý là sự tiết ra của các pha dư đó trong các thép khác cùng tích chỉ xảy ra ở các độ quá nguội bé.
Ở độ quá nguội lớn (thường tương ứng với khi hình thành xoocbit trở đi),
auxtenit sẽ chuyển biến ngay thành hỗn hợp(ferit + xêmentit) mà khơng có chuyển biến tiết ra pha dư trước đó, do đó lượng cacbon ở trong hỗn hợp sẽ khác thành phần cùng tích (0,8%C). Hỗn hợp ferit + xêmentit như vậy được gọi là cùng tích giả.
2.4.2. Sự phân hố của auxtenit khi làm nguội liên tục (Hình 3.7)
Trong thực tế nhiệt luyện hay dùng cách làm nguội liên tục, tức là nhiệt độ luôn luôn giảm theo thời gian. Nhưng do việc xác định chính xác chuyển biến khi làm nguội liên tục khó khăn hơn nhiều so với khi làm nguội đẳng nhiệt, cho nên loại giản đồ chuyển biến đó ít được sử dụng hơn. So với loại giản đồ chuyển
X T T B
Bắt đầu tiết ra Xêmentit Bắt đầu tiết ra Ferit
Ô+Xê P+Xê X T B Ơ+F P+F Mđ Mđ Am A3 A1 A1
Hình 3.6: Giản đồ phân hoá đẳng nhiệt auxtenit quá nguội của thép trước cùng tích (a) và sau
nguội liên tục dịch chuyển sang phải và xuống dưới một chút. Do vậy về nguyên tắc có thể sử dụng giản đồ đẳng nhiệt thay cho trường hợp làm nguội liên tục mà không phạm sai số lớn.
Khi làm nguội liên tục cần cómấy điểm đáng chú ý sau:
* Với các tốc độ nguội khác nhau sẽ đạt được các tổ chức khác nhau;
- Nếu khi làm nguội với tốc độ rất chậm V1 (nguội cùng với lò) auxtenit sẽ phân hoá thành hỗn hợp ferit + xêmentit ở nhiệt độ sát AC1 (a1và b1) nên
xêmentit tấm to thô. Tổ chức nhận được là peclit;
- Nếu làm nguội với tốc độ nhanh hơn (nguội trong mơi trường khơng khí), auxtenit sẽ phân hoá ở nhiệt độ thấp hơn (a2 và b2, a3 và b3) do đó hỗn hợp ferit + xêmentit nhận được nhỏ mịn hơn. Tổ chức nhận được với V2 là peclit nhỏ mịn, V3 là xoocbit.
- Nếu làm nguội với tốc độ V4 sẽ nhận được tổ chức trơxtit, nhưng khơng hồn tồn, sau đó auxtenit chuyển thành mactenxit, cuối cùng tổ chức nhận được là trôxtit + mactenxit;
- Khi làm nguội với tốc độ v5 (làm nguội nhanh trong môi trường chất lỏng) auxtenit chuyển biến thành matenxit;
Khi làm nguội liên tục không thể đạt được tốc độ nguội đồng nhất trên toàn tiết diện. Ở ngoài sẽ nguội nhanh hơn ở bên trong, do vậy tổ chức nhận được không đồng nhất ở trên tiết diện. Đó cũng là điểm khác với khi làm nguội đẳng nhiệt;
* Do khi làm nguội liên tục, các đường cong “ C ’’ dịch chuyển sang phải nên làm tính ổn định của auxtenit quá nguội tăng lên. Ví dụ đối với thép cùng tích thời gian kém ổn định nhất của auxtenit quá nguội khi làm nguội đẳng nhiệt là nhỏ hơn 1s, khi làm nguội liên tục là gần 2s;
* Khi làm nguội liên tục khơng nhận được tổ chức hồn toàn là bainit, hoặc chỉ nhận được một ít bainit cùng với trơxtit, mactenxit. Tổ chức hoàn toàn là bainit chỉ đạt được khi làmnguội đẳng nhiệt.
2.4.3. Chuyển biến của auxtenit khi làm nguội nhanh – Chuyển biến
Mactenxit
Khi nung nóng để đạt tổ chức auxtenit rồi sau đó làm nguội nhanh thích hợp thì auxtenit khơng kịp phân hố thành hỗn hợp ferit + xêmentit, mà auxtenit
bị quá nguội xuống đến nhiệt độ Mđ và chuyển biến thành mactenxit. Tốc độ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
nguội nhanh để có chuyển biến này phải lớn hơn hay bằng giá trị vth (Hình 3.7)
+ Bản chất của mactexit
Mactexit là dung dịch rắn xen kẽ quá bão hoà của cacbon ở trong Feαvới nồng độ cacbon bằng nồng độ cacbon của auxtenit, có kiểu mạng chính phương thể tâm và có độ cứng cao.
Ta lần lượt giải thích các đặc tính trên của matexit:
- Do ta làm nguội nhanh dung dịch rắn của cacbon trong Feγ (auxtenit)
chuyển thành dung dịch rắn của cacbon trong Feα; Feγ(C) Feα (C)
Như vậy lượng cacbon trong mactenxit bị quyết định hoàn toàn bởi lượng cacbon trong auxtenit chứ không phải trong thép;
- Ở trạng thái cân bằng Feα hồ tan rất ít cacbon với lượng cacbon cao như trong auxtenit được cố định lại trong Feαlàm cho dung dịch này trở lên quá bão hoà (vượt quá giới hạn hồ tan q nhiều);
- Cacbon hịa tan vào mạng tinh thể của Feα chỉ có thể bằng cách xen kẽ vào lỗ hổng ở trong mạng này. Thực nghiệm đã chứng minh được rằng trong mactenxi, cacbon chui vào lỗ hổng trong khối tám mặt, tức ở giữa các mặt bên hay ở giữa các cạnh của khối cơ bản (Hình 3.8). Do cách bố trí nguyên tử
cacbon như vậy nên một cạnh của khối cơ bản lập phương bị kéo dài thành chính phương thể tâm. Tỷ số 1
a c
được gọi là độ chính phương của Mactenxit (thơng thường
Hình 3.7: Giản đồ phân hố đẳng nhiệt của
auxtenit và các vectơ biểu thi tốc độ
nguội. V1 V2 V3 V4 V5 Vth a2 a1 b 1 b2 b3 a3 b4 a4 N hiệ t đ ộ 0 C Thời gian (s) 100- 200- 300- 400- 500- 600- 700- M
Tỷ số a c ( 1,001÷ 1,006) .
- Cacbon chui vào lỗ hổng của Feα làm mạng tinh thể bị xô lệch, trở lên khó biến dạng dẻo và có độ cứng cao nhất, hơn cả Xoocbit, bainit, trơxtit, vì trong các tổ chức này có hai pha, trong đó ferit dẻo dễ biến dạng, còn ở trong mactenxit bản thân mạng ferit bị xơ lệch khó biến dạng dẻo.
+ Các đặc điểm của chuyển biến mactenxit.
- Chuyển biến mactenxit chỉ xảy ra khi làm nguội liên tục và nhanh auxtenit với tốc độ lớn hơn hoặc bằng tốc độ tôi tới hạn (vth) để đường biểu diễn tốc độ nguội không cắt đường cong “ C ’’
- Do xảy ra ở nhiệt độ thấp (200 ÷ 300)0C, nên chuyển biến mactexit là chuyển biến không khuếch tán: cacbon ở đây hầu như vẫn giữ nguyên vị trí, cịn các ngun tử sắt thì chuyển rời vị trí từ kiểu mạng lập phương diện tâm sang lập phương thể tâm, nhưng sự dịch chuyển này cũng không lớn hơn một thơng số mạng;
- Là q trình tạo ra không ngừng các tinh thể mới (hầu như không thấy quá trình phát triển tinh thể mactenxit đã tạo thành). Tốc độ hình thành tinh thể mactenxit rất lớn, khoảng (1000 ÷ 70000) m/s. Tinh thể mactenxit có dạng hình kim đầu nhọn, các kim thường làm với nhau các góc 600 hoặc 1200
;
- Chỉ xảy ra khi làm nguội trong khoảng nhiệt độ giữa hai điểm Mđ (điểm
bắt đầu) Mk (điểm kết thúc). Làm nguội ở nhiệt độ cao hơn Mđ, chuyển biến
mactenxit chưa xảy ra, thậm chí làm nguội xuống dưới Mk, chuyển biến mactenxit cũng khơng tiếp tục;
Vị trí (giá trị) của hai điểm Mđ (điểm bắt đầu) Mk (điểm kết thúc) chuyển biến mactenxit chỉ phụ thuộc vào thành phần cacbon và các nguyên tố hợp kim trong auxtenit, ngồi ra khơng phụ thuộc vào yếu tố nào khác, kể cả tốc độ nguội nhanh hay chậm. Auxtenit càng chứa nhiều cacbon và các nguyên tố hợp kim (trừ Si, Al, Co) các điểm Mđ và Mk càng hạ thấp;
a b
Hình 3.8: Ơ cơ bản của mạng chính
phương thể tâm của mactenxit. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
C
Fe: C:
- Chuyển biến xảy ra khơng hồn toàn. Thực nghiệm đã cho thấy khi làm nguội càng gần đến điểm Mk, lượng mactenxit càng tăng, nhưng ngay cả khi làm nguội xuống tới hoặc thấp hơn điểm Mk cũng không thể đạt được 100% là
mactenxit, mà bao giờ cũng còn lại pha ban đầu là auxtenit. Auxtenit tồn tại
cùng mactenxit được gọi là auxtenit dư. Trong trường hợp điểm Mk thấp hơn
200C, thì bằng phương pháp làm nguội thông thường, không thể đạt được lượng mactenxit tối đa. Nếu điểm Mk quá thấp thì sau khi tơi cịn nhiều auxtenit dư đến mức làm độ cứng của thép tôi không đạt được giá trị lớn nhất, khơng bảo đảm chống mài mịn.
+ Cơ tính của mactenxit
- Độ cứng của mactenxit
Mactenxit là dung dịch rắn quá bão hoà của cacbon trong Feα do vậy độ
cứng của mactenxit chỉ phụ thuộc vào hàm lượng cacbon trong nó: Cacbon càng cao, độ chính phương của mactenxit càng lớn, mạng tinh thể càng xô lệch, độ cứng càng cao.