TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1 Gang c ầu tôi đẳng nhiệ t AD
34Chuy ể n bi ế n austenit là chuy ể n bi ế n b ị ki ể m soát b ở i khu ếch tán và cũng là
chuyển biến tái cấu trúc. Trong chuyển biến này, khuếch tán của cacbon quyết định động học chuyển biến. Vì cũng được coi là chuyển biến có chuyển vị nên quá trình tạo mầm là bước quyết định trong việc hình thành tổ chức của gang thép [63].
Nghiên cứu quá trình khuếch tán của cacbon trong austenit của hệ hợp kim Fe-C-Ni bằng phương pháp thấm cacbon, tác giả [64] đã chỉ ra rằng, hệ số khuếch tán của C trong austenit có tầm quan trọng đặc biệt trong nhiệt luyện thép và gang. Trong quá trình nung nóng và làm nguội, các hiện tượng chuyển pha và tiết pha xảy ra rất khác nhau. Mối quan hệ giữa hệ số khuếch tán và nhiệt độ được mô tả theo phương trình:
( ) (1.4)
Chiều sâu khuếch tán của C trong austenit phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ. Hệ số khuếch tán của C tăng khi nhiệt độ tăng. Sự thay đổi hàm lượng C trong austenit phụ thuộc vào nồng độ C trên bề mặt phân pha và hàm lượng C trong nền kim loại và chiều sâu khuếch tán. Dòng C khuếch tán dọc theo biên hạt thì tỉ lệ với gradient nồng độ [65].
Bảng 1.8. Hệ số khuếch tán của C trong austenit thép Ni [65]
Tác giả Nhiệt độ ( oC) 900 oC 800 oC 700 oC 600 oC 500 oC [65] (m2/s) 3,5.10-12 9,2.10-13 2,2.10-13 4,6.10-14 4,1.10-15 Argen (m2/s) 6,6.10-12 1,8.10-12 3,5.10-13 4,7.10-14 2,8.10-15 Bhadeshia(m2/s) 5,4.10-12 1,4.10-12 2,7.10-13 3,4.10-14 2,4.10-15
Hoạt độ của cacbon và ảnh hưởng của thành phần hoá học đến hoạt độ có ảnh hưởng mạnh đến hệ số khuếch tán D. Lực đẩy giữa các nguyên tử cacbon nằm cạnh nhau cũng có tác dụng lên khả năng khuếch án, do nó làm giảm xác xuất chiếm các vị trí xen kẽ ở những chỗ lân cận đã chứa nguyên tử cacbon trên nền austenit. Trong trường chênh lệch nồng độ, các nguyên tử cacbon có xu hướng chuyển động ngẫu nhiên, bởi vậy có thể thấy một sự khác biệt rất lớn về số lượng các vị trí ở cả hai hướng khuếch tán, đến mức mà, sự khuếch tác các nguyên tử cacbon làm giảm gradient theo gradient nồng độ tăng. Hoạt độ của cacbon phụ thuộc cả vào các nguyên tố thay thế lẫn nồng độ của cacbon [66].
L.C.Darkena đã nghiên cứu về khuếch tán của cacbon trong hợp kim cơ sở sắt [67]. Trong mẫu gồm 2 tấm thép có nồng độ cacbon giống nhau nhưng nồng độ các nguyên tố hợp kim khác nhau. Khi ủ, cacbon sẽ khuếch tán qua bề mặt phân cách và phân bố không đồng đều trong thể tích khuếch tán. Khi tấm A chứa silic còn tấm B là hợp kim sắt cacbon sạch, cacbon sẽ khuếch tán từ tấm A có silic sang tấm B, tuy rằng nồng độ C trong hai tấm bằng nhau (hình 1.23).
35 Khi hợp kim hóa crôm và mangan thì hướng khuếch tán là ngược lại, cacbon