c) a ferit, b ferit peclit, c peclit
2.5.2.4 Hòa tan vào sắt thành dungdịch rắn
Đó là trường hợp của phần lớn nguyên tố mà điển hình và thường gặp là Mn, Si, Cr, Ni.
Với lượng ít nguyên tố hợp kim (khoảng vài %) chúng không làm thay đổi đáng kể cấu hình của giản đồ pha Fe-C, chúng hòa tan vào sắt tức ferit ở nhiệt độ thấp và austenit ở nhiệtđộ cao.
Khi hòa tan (tất nhiên là ở dạng thay thế) vào ferit, các nguyên tố hợp kim làm xô lệch mạng do đó làm tăng độ cứng, độ bền và thường làm giảm độ dẻo, độ dai. Ảnh hưởng của bốn nguyên tố trên đến hai chỉ tiêu điển hình là độ cứng và độ dai được trình bày trên hình 2.9 Qua đó thấy rõ có hai nhóm khác nhau: Mn và Si, Cr và Ni. Hai nguyên tố Mn và Si làm tăng rất mạnh độ cứng (độ bền) song cũng làm giảm mạnh độ dai (độ dẻo), đặc biệt khi thép chứa 2%Si hoặc 3,5%Mn ferit đã có độ dai rất thấp (≤ 500kJ/m2) làm thép giòn không cho phép sử dụng. Do vậy mặc dầu có lợi thế là rẻ hơn, khả năng hóa bền cao Mn và Si chỉ được dùng với hàm lượng hạn chế (1 ÷ 2)%. Như thế không thể dùng thép Mn, Si với độ thấm tôi cao vì bị hạn chế bởi lượng
đưa vào. Còn Ni và Cr (cho tới hàm lượng 4%) trong khi làm tăng độ cứng chẳng những không làm giảm còn làm tăng chút ít độ dai. Do vậy hợp kim
hóa thép bằng Cr, Ni hay đồng thời bằng cả hai là rất tốt vì ngoài làm tăng độ thấm tôi, bản thân chúng nâng cao độ cứng, độ bền mà vẫn duy trì tốt độ dẻo, độ dai của ferit. Vì thế thép có độ thấm tôi cao thuộc nhóm được hợp kim hóa bằng Cr - Ni. Mặc dầu giá thành có cao hơn (do Cr và đặc biệt Ni ngày càng đắt, hiếm) loại thép này vẫn được ưa chuộng trong chế tạo các chi tiết đòi hỏi độ tin cậy cao.
Với lượng nhiều (>10%) Cr, Ni, Mn chúng làm thay đổi hẳn cấu hình của giản đồ pha Fe - C, đặc biệt rõ là làm thay đổi các khu vực của ferit và austenit. Trên hình 2.10 trình bày ảnh hưởng của hàm lượng Mn và Cr đến khu vực γ (austenit) của giản đồ pha Fe - C. Thấy rất rõ Mn (và cả Ni nữa) mở rộng (nhiệt độ tồn tại của) khu vực γ (tương ứng thu hẹp khu vực α). Với hàm lượng lớn trong khoảng (10 ÷ 20)% tổ chức austenit tồn tại cả ở nhiệt độ thường (không biểu thị ở hình 2.10a), tức là khi nung nóng hay làm nguội không có chuyển biến pha như thường gặp, thép được gọi là thép austenit. Còn Cr ngược lại thu hẹp khu vực γ (tương ứng mở rộng khu vực α như ở hình 2.10b). Với hàm lượng Cr đủ lớn (khoảng gần 20%) khu vực γ không còn tồn tại, tổ chức ferit tồn tại cả ở nhiệt độ cao cho tới khi chảy lỏng. Thép này cũng không có chuyển biến pha và được gọi là thép ferit. Những trường hợp như vậy chỉ gặp ở thép đặc biệt. Rõ ràng là các thép này không thể áp dụng hóa bền bằng tôi.
Hình 2.9 Ảnh hưởng của độ hòa tan của các nguyên tố hợp kim chủyếu trong dung dịch rắn ferit đến độ cứng (a) vàđộ dai va đập (b).