870 oC 900oC 930 oC 1
118cầu ADI truyền thống được austenit hóa ở 900 o C có độ bền mỏi cao hơn cả khi có
cùng điều kiện thí nghiệm. Điều này được giải thích do tỷ phần austenit cacbon cao khá lớn và nồng độ C trong austenit cacbon cao cũng rất lớn. Độ bền mỏi đạt giá trị cực đại khi tỷ phần austenit cacbon cao cũng cực đại.
Tính chất cơ học của gang cầu ADI nền đa pha cũng phụ thuộc rất mạnh vào cấu trúc tấm ferit hình kim trong tổ chức ausferit. Hơn nữa, chiều dày kim ferit lại phụ thuộc vào hàm lượng C trong austenit và hệ số khuếch tán của C trong Fe. Hàm lượng C trong austenit càng cao, đòi hỏi khoảng thời gian dài để khuếch tán C thừa trong phản ứng austenit thành kim ferit, chiều dày kim ferit càng lớn và ngược lại. Hình 3.60, 3.61 và 3.62 minh họa sự thay đổi kích thước kim ferit theo nhiệt độ tôi đẳng nhiệt. Nhiệt độ đẳng nhiệt cao kéo theo hệ số khuếch tán D cũng cao, ở chế độ ổn định, chiều dày khuếch tán x = √ cũng tăng theo nhiệt độ. Chiều dày các kim ferit được đo trực tiếp trên kính hiển vi điện tử quét SEM. Kết quả xác định kích thước kim ferit cho trên bảng 3.14
Bảng 3.14. Chiều dày kim ferit phụ thuộc nhiệt độ đẳng nhiệt.
Nhiệt độ tôi đẳng nhiệt, oC
320 360 400
Chiều dày kim
ferit, µm 1,0 1,2 1,5
Hình 3.60. Ảnh hiển vi điện tử quét SEM gang cầu ADI nền đa pha. Austenit hóa 900 oC/2 h; ủ vùng ba pha 770 oC/2 h; tôi đẳng nhiệt 320 oC/2 h
119
Hình 3.61. Ảnh hiển vi điện tử quét SEM gang cầu ADI nền đa pha. Austenit hóa 900
oC/2 h; ủ vùng ba pha 770 oC/2 h; tôi đẳng nhiệt 360 oC/2 h
(Ảnh hiển vi điện tử quét SEM của gang cầu đã qua tẩm thực bằng 8g CrO3 + 40 g NaOH + 72 ml H2O)
Hình 3.62. Ảnh hiển vi điện tử quét SEM gang cầu ADI nền đa pha. Austenit hóa 900 oC/2 h; ủ vùng ba pha 770 oC/2 h; tôi đẳng nhiệt 400 oC/2 h
120
KẾT LUẬN
Nội dung nghiên cứu của luận án, đã đạt được mục tiêu đề ra, với kết quả chính đã thu được như sau:
1. Hàm lượng cacbon tan trong austenit có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình chuyển biến khi gia công nhiệt gang cầu ADI có tổ chức nền ferit và ausferit. Tăng hàm lượng C trong austenit, cửa sổ quá trình dịch chuyển về phía phải, phía kéo dài thời gian nhiệt luyện. Với gang nghiên cứu, hàm lượng C đạt giá trị cực đại 1,05 % tại nhiệt độ 930 oC.
2. Xác định được nhiệt độ austenit hóa thích hợp là 900 oC. Thời gian austenit hóa đủ để các nguyên tử C khuếch tán hết đường đi trong hạt ferit mẹ, khi đường kính hạt ban đầu khoảng 180 µm thì thời gian kéo dài khoảng 90 phút. Xác định được khoảng nhiệt độ vùng 3 pha của gang là 750 đến 800 oC. Có thể kiểm soát tỷ phần pha pherrit thứ cấp trong nền của gang bằng cách kiểm soát nhiệt độ ủ vùng 3 pha. Tỷ phần pha ferit trước cùng tích trong gang thay đổi từ 0 % đến xấp xỉ 100 % khi thay đổi nhiệt độ vùng 3 pha từ 800 oC đến 750 oC. Đã xác định ảnh hưởng của nhiệt độ austenit hóa và chế độ ủ vùng 3 pha đến tính chất của gang cầu ADI nền đa pha. Năng lượng hoạt hóa của quá trình khuếch tán hình thành austenit hóa là 158500 J/mol.
3. Từ gang cầu ban đầu có tổ chức F + P, đã tạo ra được tổ chức nền của gang cầu tôi đẳng nhiệt đa pha bao gồm: ferit thứ cấp; ausferit và một số trường hợp có một ít mactensit. Cấu trúc của ausferit là dạng lưới liên tục, bao quanh các hạt ferit thứ cấp. Mức độ liên tục của lưới ausferit quyết định tính chất cơ học của gang. Mức độ liên tục của lưới ausferit và kích thước các kim ferit chịu ảnh hưởng rất mạnh của chế độ tôi đẳng nhiệt. Chiều rộng của kim ferit xác định được là 1,0 đến 1,5 µm.
4. Đã thiết lập được vùng “cửa sổ” của công nghệ chế tạo gang cầu ADI nền đa pha. Gang được austenit hóa ở 900 oC trong 2 giờ, ủ vùng 3 pha 770 oC trong 2 giờ, tôi đẳng nhiệt 360 oC thì vùng cửa sổ là khoảng 106,3 đến 383,1 phút. Trong các thí nghiệm của luận án này, giá trị cơ tính tổng hợp tốt nhất đó là 61,3 % ferit thứ cấp. Khi đó giới hạn bền kéo là 655 MPa, độ giãn dài tương đối là 16,4 % và độ dai va đập là 35,5 J/cm2..
5. Gang cầu ADI nền đa pha biến dạng theo quy luật biến dạng của vật liệu dẻo. Bắt đầu tác dụng lực kéo, gang biến dạng đàn hồi, giới hạn đàn hồi đạt từ 434 đến 650 Mpa, sau đó vật liệu chịu biến dạng dẻo, giới hạn dẻo đạt từ 468 Mpa đến 675, giới hạn bền kéo đạt được 609 đến 821 MPa, độ giãn dài tương đối đạt từ 10,5 đến gần 17,2 %.
121
KIẾN NGHỊ
Do thời gian có hạn, còn nhiều vấn đề chưa nghiên cứu hết trong luận án nên tác giả có một số kiến nghị như sau:
- Cần nghiên cứu ảnh hưởng của một số nguyên tố hợp kim đến sự hình thành các pha trong tổ chức của gang cầu nền đa pha là ferit thứ cấp và ausferit,
- Cần áp dụng các phương pháp phân tích đồng thời các pha hình thành trong quá trình chuyển biến đẳng nhiệt như phương pháp Rơnghen định lượng để xác định được tỷ phần các pha được hình thành.
122