KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.4. Sự hình thành ferit thứ cấp
Một trong những chuyển biến pha rắn quan trọng trong hợp kim hệ sắt là chuyển biến austenit (γ) → ferit (α). Chuyển biến này xảy ra cách: Nếu độ linh động các nguyên tử Fe đủ lớn, liên kết giữa các nguyên tử Fe trong austenit sẽ bị phá vỡ, các nguyên tử này sẽ tái cấu trúc để hình thành ferit. Trong trường hợp này, các nguyên tử Fe nhảy qua mặt phân cách sản phẩm/pha mẹ để tái cấu trúc, như vậy chuyển biến austenit → ferit cùng với quá trình khuếch tán của C còn phụ thuộc vào
sự dịch chuyển của các nguyên tử Fe với khoảng cách lớn hơn khoảng cách nguyên tử.
Làm nguội gang từ nhiệt độ austenit hóa hoàn toàn (trên 870 oC) xuống nhiệt độ vùng 3 pha và giữ nhiệt, sẽ xảy ra chuyển pha austenit → ferit thứ cấp. Về lý thuyết, tỷ phần pha ferit có thể tính được nhờ qui tắc đòn bẩy quen thuộc. Luận án này dùng phương pháp xác định trực tiếp tỷ phần pha ferit thứ cấp. Nội dung của phương pháp là, nung gang cầu lên nhiệt độ austenit hóa hoàn toàn sau đó chuyển nhanh xuống vùng nhiệt độ 3 pha và giữ nhiệt trong khoảng thời gian vừa đủ để hệ đạt trạng thái cân bằng rồi làm nguội trong nước. Khi nguội trong nước, pha ferit không chuyển biến, chỉ có austenit sẽ chuyển thành mactensit. Khi đó, tổ chức của gang chỉ có ferit thứ cấp + mactensit + graphit. Xác định tỷ phần pha bằng phương pháp kim tương so màu.
Đã nghiên cứu tổ chức và thành phần pha của gang ở các chế độ như sau: Ba nhiệt độ austenit hóa là 870; 900 và 930 oC
Tại mỗi nhiệt độ austenit hóa sẽ xác định tổ chức và thành phần pha nền ở các nhiệt độ vùng 3 pha: 750, 760; 770; 780; 790 và 800 oC trong khoảng thời gian khác nhau. Các thí nghiệm và kết quả phân tích được cho trên các hình từ 3.11 đến hình 3.16 và bảng 3.8.
Hình 3.11 cho thấy, tại nhiệt độ nung 750 oC, tổ chức nền kim loại hầu hết là ferit thứ cấp sau khi giữ nhiệt 90 phút. Trường hợp này tương tự như công nghệ ủ ferit hóa nhiệt độ cao (cao hơn nhiệt độ A1). Về nguyên lý, chuyển biến austenit thành ferit là sự sắp xếp lại cấu trúc từ mạng lập phương tâm mặt thành lập phương tâm khối, sau đó, phân bố các nguyên tử C từ ferit sang austenit theo cơ chế khuếch tán. C hòa tan trong gang theo kiểu dung dịch rắn xen kẽ, lại phụ thuộc rất mạnh vào cấu trúc tinh thể của pha mẹ - pha sắt Fe. Độ hòa tan của C trong ferit rất thấp so với độ hòa tan trong austenit. Điều này làm cho các nguyên tử C phải khuếch tán một quãng đường khá dài và khá nhiều trong quá trình chuyển biến. Bởi vậy, ở nhiệt độ ủ thấp, thời gian để hệ đạt trạng thái ổn định đòi hỏi phải dài hơn. Kết quả trên bảng 3.8 chỉ rõ, ở nhiệt độ ủ 750 oC, phải mất trên 90 phút, toàn bộ austenit mới chuyển thành ferit.
750 oC/30 phút – Tỷ phần α = 98,4 %
o