6. Bố cục của luận án
3.1.2. Tổ chức tế vi của thép P11 chịu tải trọng
Ảnh chụp hiển vi quang học cho thấy tổ chức tế vi của thép P11 chịu tải trọng bao gồm nền ferit (vùng trắng), chiếm khoảng 87 % và peclit (vùng đen), khoảng 13 % như trong hình 3.4 và 3.5. Rõ ràng, không có sự xuất hiện pha mới khi thay đổi ứng suất và thời gian. Sau khi tăng tải trọng, tổ chức tế vi vẫn bao gồm nền ferit và peclit. Một số nghiên cứu khác cho rằng có xuất hiện pha mới trong thép ở điều kiện nhiệt độ cao và thời gian dài; sự chuyển pha này được cho là làm giảm độ bền rão ở nhiệt độ cao [11,30,55]. Tuy nhiên, khi không có sự chuyển biến pha tại nhiệt độ phòng như trong nghiên cứu này, việc xác định nguyên nhân suy giảm cơ tính thông qua quan sát tổ chức tế vi bằng hiển vi quang học là rất khó khăn.
Để nghiên cứu sâu hơn về tổ chức tế vi của thép khi chịu tải trọng trong khoảng thời gian dài ở nhiệt độ phòng, mẫu thép P11 được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM). Hình 3.6 là ảnh chụp SEM của mẫu thép P11 sau khi chịu tải trọng 95 N ở nhiệt độ phòng trong 4320 giờ. Kết quả cho thấy tổ chức peclit gồm có xementit (màu sáng) và ferit (màu tối). Vi phân tích thành phần bằng kỹ thuật EDS đã cho thấy các hạt xementit là cacbit phức dạng (Cr,Fe)C với C và Cr cao hơn so với thành phần trung bình của mác thép. Cardoso và cộng sự quan sát tổ chức tế vi của thép 2,25Mo-1Mo bằng hiển vi điện từ truyền qua (TEM) cho thấy peclit trong mẫu ban đầu được xác định ở một số vùng là dạng hạt; sự tồn tại dạng hạt của peclit giúp thép giữ được cơ tính ở nhiệt độ cao trong một thời gian dài [56]. Theo Hu và cộng sự, thép Cr-Mo với pha ferrit và peclit trong tổ chức tế vi được cho là đã giảm tốc độ và tỷ lệ phá hủy rão do chuyển biến peclit từ dạng tấm sang hạt cho dù là cơ tính của thép giảm [12]. Trong một nghiên cứu khác, sự thay đổi hình thái của peclit chưa được quan sát thấy bằng TEM nhưng đã phát hiện được lỗ rỗng trong nền thép; vì vậy, đã nhận xét rằng tạo mầm và phát triển lỗ rỗng là nhân tố chính liên quan đến phá hủy [57]. Tất cả các kết quả nghiên cứu nêu trên đã cho thấy sự biến
54
đổi tổ chức tế vi của thép đóng vai trò quan trọng đối với sự suy giảm cơ tính của thép dưới tác động của tải trọng và nhiệt độ trong một thời gian dài.
Hình 3.4 Tổ chức tế vi của thép P11 (a) Ban đầu và chịu tải trọng không đổi
(b) 60 N; (c) 95N; (d) 125 N trong thời gian 2160 giờ
Hình 3.5 Tổ chức tế vi của thép P11 chịu tải trọng khác nhau trong thời gian 4320
55
Mật độ của lỗ rỗng tại vị trí biên hạt giảm dẫn đến độ bền rão tăng, các nhân tố tác động đến mật độ lỗ rỗng được chỉ ra gồm có nhiệt độ, thời gian và ứng suất [12,58,59]. Ứng suất tăng dẫn đến tăng mật độ lỗ rỗng, ngay khi mật độ lỗ rỗng tăng lên và đạt đến giá trị tới hạn thì thép sẽ bị phá hủy. Có thể thấy rằng, quá trình suy giảm cơ tính xảy ra sau khi tổ chức tế vi của vật liệu thay đổi; nhưng cả 2 trạng thái đều không được phân biệt rõ ràng. Tuy nhiên, tốc độ phá hủy rão có thể được dự báo thông qua quan sát tổ chức tế vi của mẫu thép [55,60]. Vì vậy, sự hình thành và phát triển của lỗ rỗng sẽ được bàn luận chi tiết hơn ở phần sau.
Hình 3.6 Ảnh SEM-EDS của thép P11 chịu tải trọng không đổi 95N trong 4320 giờ