TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.8.1.2. Sự lớn lên của mầm austenit
Sau khi tạo thành mầm, austenit tiếp tục phát triển. Thành phần của austenit lúc mới tạo thành chưa đồng nhất, nghĩa là trong nó có sự thiên tích nồng độ cacbon. Bởi vì, ferit là pha nghèo cacbon, trong khi xementit là pha giàu cacbon, cacbon sẽ khuếch tán từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp để cuối cùng sẽ nhận được austenit đồng nhất cacbon [62].
Lúc mới hình thành,mầm austenit tiếp xúc với cả ferit và xementit. Nồng độ cacbon ở các mặt ranh giới austenit/ferit và austenit/xementit phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ càng cao sự khác nhau về nồng độ ở các mặt ranh giới càng lớn (hình 1.19).
Rõ ràng, ở nhiệt độ T1 và T (T1 > T) nồng độ cácbon ở các mặt ranh giới là CA/F; C1A/F CA/Xê; và C1A/Xê tương ứng (hình 1.19). Tăng nhiệt độ austenit hoá, nồng độ C trên biên austenit/ferit sẽ giảm đi, nồng độ C trên biên xementit/austenit sẽ tăng lên.
Hình 1.19. Nồng độ cácbon ở các mặt tiếp xúc [62]
Hình 1.20. Quan hệ giữa tỷ phần thể tích
mactensit và thời gian austenit hóa [59] Hình 1.21. austenit và thời gian austenit hóa [59]Quan hệ giữa kích thước hạt
Trong khi phát triển, ranh giới hạt austenit di chuyển về cả phía ferit và xementit. Như vậy tốc độ lớn lên của hạt austenit phụ thuộc vào các yếu tố: Nhiệt độ, tổ chức ban đầu và thành phần hóa học.
Trong cùng thời gian giữ nhiệt, tăng nhiệt độ austenit hoá, kích thước trung bình hạt của chúng sẽ tăng lên, đặc biệt trên nhiệt độ 1000 oC.Vì vậy, không nên quá nhiệt cao khi austenit hoá mà chỉ nên giới hạn nhiệt độ lớn nhất là 960 oC, tương ứng với cỡ hạt cấp 8 (tương ứng 28 μm) [3].
Sự bão hoà C trong austenit trong gang cầu khác hẳn trong thép. Thí dụ, thép chứa 0,6 %C thì trong austenit chỉ có thể hoà tan tới mức bão hoà lớn nhất là 0,6 %C. Nhưng đối với gang thì khác, do có nguồn C rất lớn là graphit, nên sự hoà tan C trong austenit chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ austenit hóa tới giới hạn bão hòa C ứng với giản đồ trạng thái Fe-C-Si. Thời gian austenit hoá phụ thuộc vào kích thước graphit cầu, nghĩa là phụ thuộc vào khoảng cách giữa các graphit cầu và tổ chức nền kim loại là ferit hay peclit.
Nguồn C để bão hoà austenit là graphit cầu và cacbit trong peclit. Từ hình 1.22 cho thấy kích thước graphit (d) càng lớn, có nghĩa là khoảng cách giữa chúng 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 tới trạng thái cân bằng của giản đồ trạng thái Fe-Si-C càng tăng như hình 1.22 cho thấy đường kính trung bình của hạt graphit cầu là d = 43 µm ở 900 oC với thời gian cần thiết để bão hòa C là 50 phút, trong khi hạt có đường kính là 18 µm thì chỉ cần 20 phút. Kích thước đặc trưng của hạt graphit cầu từ 15 đến 60 µm.
. 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. Trong gang cầu ferit, nguồn C để bão hoà austenit là graphit cầu, do quãng đường khuếch tán cacbon dài, nên sự hoà tan và bão hoà C rất chậm và đạt giá trị tuyệt đối thấp hơn so với gang cầu peclit. Sự bão hoà C trong austenit còn phụ thuộc nhiệt độ và thời gian austenit hoá. Tăng nhiệt độ và thời gian austenit hoá, độ bão hoà C sẽ tăng lên [59].
Hinh 1.22. Đường cong bão hòa các bon trong austenit theo thời gian, nhiệt độ và đường kính của các hạt graphit cầu [59]
Chuyển biến austenit hoá là chuyển biến khuếch tán, nên quá trình lớn lên và sự làm thô hạt cũng chịu sự kiểm soát của khuếch tán. Trong quá trình khuếch tán, mặt phân cách không liền mạng bao quanh các hạt sẽ hoạt động như là một nguồn khuyết tật điểm có ảnh hưởng mạnh đến quá trình, đồng thời duy trì nồng độ nguyên tố hoà tan trong pha nền ở giá trị cân bằng tại vùng tiếp giáp lân cận. Tốc độ thô hạt bị kiểm soát bởi tốc độ khuếch tán giữa các hạt (hình 1.22).