KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
66 Ở cùng một nhiệt độ, tăng thời gian giữ nhiệt, hàm lượng C tăng dần và đạt
Ở cùng một nhiệt độ, tăng thời gian giữ nhiệt, hàm lượng C tăng dần và đạt giá trị bão hòa, sau đó là không đổi. Nâng cao nhiệt độ austenit hóa, mức độ bão hòa C trong austenit cũng tăng theo và đạt giá trị cực đại 1,05 %. Nhiệt độ austenit hóa cao, tốc độ hòa tan của C trong gang tăng, thể hiện qua độ dốc của đường cong nồng độ-thời gian (hình 3.8). Nâng cao nhiệt độ austenit hóa, làm cho động lực của C trong quá trình khuếch tán tăng lên, và do đó, hệ số khuếch tán của C trong Fe tăng, tốc độ hòa tan của C cũng tăng theo, hàm lượng C nhanh chóng đạt giá trị cực đại. Austenit hóa ở nhiệt độ 930 oC, chỉ sau 45 đến 50 phút, hàm lượng C đã đạt giá trị bão hòa, ở 900 oC, sau 100 phút, nồng độ C mới đạt trạng thái bão hòa. Trong gang, nguồn C để bão hoà austenit là graphit cầu và cacbit trong peclit. Với gang cầu ferit, nguồn cacbon để bão hòa austenit là C từ graphit. Nếu khoảng cách giữa các hạt graphit càng lớn thì quãng đường khuếch tán C từ graphit vào nền kim loại càng dài, do đó, thời gian đạt trạng thái bão hoà C trong austenit càng tăng. Trong gang cầu peclit, sự hoà tan và khuếch tán C từ các tấm cacbit trong peclit xảy ra trong đoạn đường ngắn hơn, cho nên sự bão hoà C trong austenit xảy ra nhanh hơn. Austenit hóa trong gang là một quá trình phức tạp và bao gồm hai quá trình:
i) austenit hóa các lớp vỏ ferit xung quanh hạt graphit ii) austenit hóa cac hạt peclit.
Quá trình i) là sự khuếch tán của C từ hạt graphit sang lớp vỏ ferit, quá trình ii) bao gồm sự phân hủy xementit thành Fe và C, sau đó C sẽ khuếch tán từ dải xementit sang tấm ferit bên cạnh. Austenit hóa các lớp vỏ xung quanh hạt graphit cũng gồm hai giai đoạn. Giai đoạn ban đầu, khi hàm lượng C còn thấp, là quá trình khuếch tán của C trong -Fe. Khi hàm lượng C cao, đó là quá trình khuếch tán của C trong -Fe. Hệ số khuếch tán D của C trong -Fe và trong -Fe là D = 5,7E-16 m2/s và D = 3,19E-12 m2/s tương ứng [98, 99].
Giả thiết, khi austenit hóa, các nguyên tử C khuếch tán từ hạt graphit sang tấm ferit bên cạnh, nâng hàm lượng C lên trạng thái bão hòa và khuếch tán tuân theo định luật Fick II. Nghiệm của phương trình Fick II:
( )
(
√ ) (3.1)
trong đó: Co là nồng độ ban đầu của C (%); Cm là nồng độ C trên biên (%); x là khoảng cách khuếch tán (m), D là hệ số khuếch tán của C phụ thuộc nhiệt độ (m2
/s), t là thời gian khuếch tán (s).
Hệ số khuếch tán D của C trong sắt phụ thuộc nhiệt độ theo công thức [64]:
( ) (m2/s)
Khi khuếch tán đã ổn định, chiều dài khuếch tán sẽ đạt giá trị:
67 Thay giá trị nhiệt độ thí nghiệm là 900 oC vào công thức (1.4), tính được hệ