TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.7.4. Các phương án nhiệt luyện
Gang cầu có tổ chức là các hạt graphit hình cầu nằm trên nền kim loại giống như thép, cho nên gang cầu có thể nhiệt luyện được như thép.
Các nguyên công nhiệt luyện được áp dụng đó là:
- Ủ ferit hoá (F). Nung gang cầu hợp kim lên nhiệt độ thấp hơn vùng ba pha (α + γ + graphit) rồi nguội cùng lò. Gang sẽ đạt được độ dẻo cực đại, trong khi vẫn giữ được độ bền tương đối cao; gang cầu ủ ferit hoá hai cấp (E) sẽ có cơ tính tổng hợp tốt hơn.
- Thường hoá (N). Thường hóa gang cầu hợp kim hoá Cu-Ni, Cu hoặc Ni cho phép gang đạt độ bền rất cao, đồng thời bảo đảm tính dẻo luôn nằm giới hạn trên của các tiêu chuẩn vì tổ chức peclit tạo ra rất mịn.
- Ram sau thường hoá (NT) sẽ làm giảm độ bền của gang nhưng đồng thời lại làm tăng đáng kể độ dẻo dai.
Gang cầu tuy độ dai va đập thấp hơn thép, nhưng lại có ngưỡng nhiệt độ giòn thấp hơn, nên ở nhiệt độ phòng độ chịu giòn và độ dai va đập cũng bằng và thậm chí còn tốt hơn thép.
Các phương án nhiệt luyện hóa tốt và tôi đẳng nhiệt:
Để thay đổi tổ chức nền kim loại, từ đó tạo ra gang cầu có độ bền, độ dẻo phù hợp với yêu cầu của chi tiết, thường sử dụng phương án công nghệ nhiệt luyện như hình 1.16. Trong đó, vùng nhiệt độ giữa A1-2, A1-1 là vùng 3 pha (γ +α +graphit) trên giản đồ pha do ảnh hưởng của Si và nguyên tố hợp kim khác có trong gang.
- PA1 là phương án tôi + ram: ban đầu, gang cầu được giữ ở vùng nhiệt độ austenit hóa với khoảng thời gian giữ vừa đủ để bão hoà C trong austenit.
- PA2 là giữ nhiệt ở vùng ba pha austenit-ferit-graphit (giữa khoảng nhiệt độ A1,1 và A1,2) đủ thời gian để đạt được trạng thái cân bằng, gang được làm nguội nhanh trong nước hoặc dầu, xuống nhiệt độ thường, austenit chuyển thành mactensit. Như vậy, tổ chức nền kim loại theo PA1 sau tôi là mactensit, theo PA2 là ferit-mactensit. Tiếp theo gang được ram ở các nhiệt độ khác nhau để chuyển mactensit thành xoocbit ram hoặc mactensit ram, tùy vào nhiệt độ ram.
Đối với gang cầu, nền gang giống như nền thép nên có thể áp dụng các chế độ tôi đẳng nhiệt như sau:
- PA3: Trước hết, gang được austenit hoá hoàn toàn, sau đó, cho chuyển biến đẳng nhiệt hoàn toàn. Nếu thời gian đủ dài, tổ chức cuối cùng của gang cầu là tổ chức bainit.
- PA4: Bước một, austenit hoá không hoàn toàn, sau đó chuyển biến đẳng nhiệt hoàn toàn. Tổ chức cuối cùng nhận được là ferit và bainit
- PA5: Austenit hoá hoàn toàn và chuyển biến đẳng nhiệt không hoàn toàn. Khi giữ đẳng nhiệt với thời gian đủ để hình thành tổ chức ferit hình kim và austenit quá bão hòa cacbon tới 1,8 đến 2,2 % được gọi là tổ chức ausferit. Tổ chức nền của gang cầu sau nhiệt luyện chủ yếu là ausferit.
- PA6: Trước hết, austenit hoá không hoàn toàn, sau đó chuyển biến đẳng nhiệt không hoàn toàn. Tổ chức cuối cùng là ferit và ausferit.
+G + + G + + G +G +G + + G +G +G + + G +Fe c3 +G + + G +G + + G +G + + G + +Fe c HC 3 + HC +Fe3c + HC +Fe3c
Hình 1.17. Sơ đồ các phương án nhiệt luyện gang cầu cơ tính cao [61]
Trong tổ chức nền kim loại các phương án PA4 và PA6, ngoài các tổ chức nền chủ yếu là ausferit, còn có một lượng ferit nhất định hình dạng đa cạnh phân bố xung quanh graphit cầu, làm tăng độ dẻo, nhưng đồng thời làm giảm mạnh độ bền của gang. Điều này cũng gây khó khăn cho quá trình hình thành tổ chức ausferit cho gang cầu.