750 C/120 phút – Tỷ phần α= 100%
3.7.1.cứng của gang cầu ADI nền đa pha
Độ cứng của gang ADI nền đa pha phụ thuộc vào các pha hình thành nền của gang, tức là nó phụ thuộc vào tỷ phần các pha hình thành trong tổ chức. Tỷ phần các pha lại phụ thuộc, trước hết vào nhiệt độ austenit hóa, nhiệt độ ủ vùng ba pha và chế độ tôi đẳng nhiệt. Hình 3.43 cho biết sự phụ thuộc của độ cứng gang cầu ADI nền đa pha vào nhiệt độ austenit hóa và thời gian tôi đẳng nhiệt. Đo độ cứng 3 vị trí trên bề mặt mẫu, rồi lấy giá trị trung bình.
Hình 3.43.Độ cứng gang cầu ADI nền đa pha phụ thuộc nhiệt độ austenit hóa và thời gian tôi đẳng nhiêt.
Trên hình 3.43 cho thấy nhiệt độ austenit hóa cao sẽ làm tăng độ cứng của gang. Độ cứng của gang liên quan nhiều đến độ hòa tan của C trong nền gang. Tăng nhiệt độ austenit hóa, lượng C trong austenit tăng lên, làm cho austenit càng thêm ổn định. Mặt khác, nhiệt độ austenit hóa cao, sẽ có ít ferit thứ cấp được tiết ra khi ủ ở vùng ba pha. Kết quả là độ cứng của gang ADI nền đa pha sẽ tăng lên theo nhiệt độ austenit hóa.
Thí nghiệm cho thấy ở nhiệt độ 870 oC thì tới gần 120 phút, cho độ cứng cực trị là 219 HB; còn ở nhiệt độ 930 oC phải gần 150 phút, độ cứng mới đạt giá trị cực trị 242 HB. Trong 30 phút đầu tiên, nhiệt độ austenit hóa 930 oC mẫu có tốc độ giảm độ cứng là nhanh nhất, giảm 23 HB so với 14 HB của mẫu có nhiệt độ austenit 900 và 870 oC. Hiện tượng này do bão hòa cacbon trong austenit và hiện tượng thô hạt đã trình bày ở phần lý thuyết. 250 245 242; 47,7 240 930oC Đ ộ cứ ng , H B 235 230 225 220 215 235; 61,3 900oC 219; 74,6 870oC 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Tỷ phần pha ferit thứ cấp, %
Hình 3.44.Độ cứng gang cầu ADI nền đa pha phụ thuộc vào tỷ phần ferit thứ cấp tại các nhiệt độ austenit hóa khác nhau_870 – 900 – 930 oC/2 h – 770 oC/2 h - 360 oC/2h.
Độ cứng của gang còn phụ thuộc vào hàm lượng ferit thứ cấp được tiết ra. Nhiệt độ austenit hóa càng cao hàm lượng ferit càng giảm, đồng nghĩa với độ cứng càng tăng (hình 3.44). Tại cùng nhiệt độ vùng 3 pha là 770 oC, cùng nhiệt độ và thời gian tôi đẳng nhiệt 360 oC/2 h, nhiệt độ austenit hóa 870 oC tương ứng với 74,6 % ferit, 900 oC tương ứng với 61,3 % ferit, 930 oC tương ứng với 47,7 % ferit có độ cứng lần lượt là 219 ; 235 ; 242 HB. H B cứ ng , Đ ộ
Hình 3.45.Độ cứng gang cầu ADI nền đa pha phụ thuộc nhiệt độ vùng 3 pha và thời gian tôi đẳng nhiêt
Theo thời gian tôi đẳng nhiệt, trong khoảng thời gian ngắn ban đầu, hàm lượng C trong ausferit của phản ứng giai đoạn I, còn khá thấp và nó rất không ổn định, rất dễ dàng chuyển biến thành mactensit. Tại thời điểm này, cấu trúc của gang bao gồm: Ferit thứ cấp + mactensit + ausferit. Tổ chức này cho độ cứng khá cao. Có thể đạt trên/dưới 291 HB. Tiếp tục kéo dài thời gian tôi đẳng nhiệt, tỷ phần mactensit giảm dần, đến vùng gần cửa sổ, tỷ phần mactensit xấp xỉ bằng 0, lúc này, độ cứng đạt giá trị nhỏ nhất. Tiếp tục kéo dài thời gian tôi đẳng nhiệt, vượt qua vùng cửa sổ, phản ứng giai đoạn II xẩy ra, pha cacbit hình thành và độ cứng sẽ tăng lên, nhưng tốc độ tăng không nhanh bằng tốc độ giảm độ cứng của gian đoạn giảm tỷ phần mactensit.
Tăng nhiệt độ austenit hóa, điểm cực trị sẽ dịch chuyển về phía thời gian dài hơn và giá trị tuyệt đối về độ cứng càng cao hơn. Điều đó có nguyên nhân là, nhiệt độ cao, hàm lượng C trong austenit càng cao, động lực của quá (∆G) trình cũng giảm theo [9], phản ứng giai đoạn I kết thúc chậm hơn.
Ở đây, theo quan điểm nhiệt độ, việc chọn nhiệt độ austenít hóa phải nhằm thỏa mãn các yêu cầu của quá trình nhiệt luyện, thí dụ, khi tôi truyền thống hoặc tôi
và ram gang, nhiệt độ austenit hóa phải đủ cao để cho độ cứng cực đại và tồn tại ít austenít dư. Khi tôi đẳng nhiệt, tăng nhiệt độ austenit thì lượng C tăng trong austenit, làm cho chúng ổn định hơn khi giữ đẳng nhiệt và tăng lượng austenit cho gang cầu ausferit do điểm MS hạ thấp. Trong luận án này, nhiệt độ austenit hóa 900 o
C, với lượng C là 0,93 % trong tổ chức nền, độ cứng bắt đầu tăng khi thời gian tôi đẳng nhiệt tăng trên 120 phút (hình 3.45).
Đ ộ cứ ng , H B 250 245 240 235 230 225 Tỷ phần pha ferit thứ cấp, %
Hình 3.46.Độ cứng gang cầu ADI nền đa pha phụ thuộc tỷ phần pha ferit và nhiệt độ ủ vùng 3 pha_900 oC/2 h-(760-770-780-790 oC)/2 h-360 oC/2 h.
Theo hình 3.46 thấy rằng độ cứng phụ thuộc vào tỷ phần ferit tiết ra. Ferit càng nhiều thì độ cứng càng giảm. Hàm lượng ferit lại phụ thuộc vào nhiệt độ vùng 3 pha, nhiệt độ vùng ba pha càng lớn thì lượng ferit thứ cấp tiết ra càng ít, lượng ausferit càng nhiều.Tại nhiệt độ 790 oC với hàm lượng ferit 15,3 % cho độ cứng cao lên đến 248 HB. Khi nhiệt độ giảm xuống 780 oC với hàm lượng ferit 40,6 % cho độ cứng giảm còn 240 HB, tiếp tục hạ nhiệt độ xuống 770 oC và 760 oC tỷ phần ferit là 61,3 % và 73,7 % thì độ cứng giảm còn 235 HB và 228 HB tương ứng.