Mục tiêu:
- Trình bày được các chuyển biến tổ chức khi nung nóng và làm nguội thép;
- Rèn luyện khả năng tư duy độc lập, sáng tạo trong học tập.
2.1. Các chuyển biến xẩy ra khi nhiệt luyện.
2.1.1.Chuyển biến xảy ra khi nung
* Chuyển biến peclit thành auxtenit xảy ra khi nung nóng thép quá AC1 tại đó, auxtenit có năng lượng tự do nhỏ nhất.
P Ô
2.1.2. Chuyển biến của auxtenit ra khi nguội
a. Chuyển biến khi làm nguội chậm thép xuống thấp hơn Ar1 Ô P
Làm nguội chậm đẳng nhiệt (Hình 3.2) là làm nguội nhanh đến một nhiệt độ nhất định rồi giữ nhiệt ở đó một thời gian dài.
Chuyển biến đẳng nhiệt là chuyển biến tổ chức của auxtenit trong thời gian giữ đẳng nhiệt.
Sở dĩ chọn điều kiện nguội đẳng nhiệt vì dễ xác định khi nghiên cứu. Thực hiện làm nguội đẳng nhiệt bằng cách nhúng nhanh các mẫu nhỏ và mỏng đã auxtenit hố vào các mơi trường (thường là chất lỏng) có nhiệt độ được giữ khơng đổi, rồi tiến hành xác định mức độ chuyển biến theo thời gian bằng các phương pháp khác nhau.
+ Dạng giản đồ (hình 3.3).
- Đường cong thứ nhất: bắt đầu chuyển biến của auxtenit. - Đường cong thứ hai: kết thúc chuyển biến của auxtenit. - Mđ: Bắt đầu chuyển biến mactenxit
- Mk: Kết thúc chuyển biến mactenxit
+ Các sản phẩm của sự phân hoá đẳng nhiệt của auxtenit quá nguội * Thép cùng tích (C = 0,8%).
Hình 3.3 trình bày giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của auxtenit quá nguội cho thép cùng tích (C = 0,8%). Các sản phẩm của sự phân hoá ở các nhiệt độ khác nhau được ghi ở cột bên phải có kèm theo độ cứng của chúng.
Như thấy rõ từ giản đồ, ở nhiệt độ lớn hơn 7270C, auxtenit ở trạng thái hoàn toàn ổn định. Khi làm nguội xuống dưới 7270C, auxtenit trở lên mất ổn định và sẽ bị phân hoá thành hỗn hợp của ferit và xêmentit. Auxtenit tồn tại trong một thời gian nào đó ở dưới 7270C, gọi là auxtenit quá nguội. Khoảng cách từ trục tung đến đường cong “ C ’’ thứ nhất sẽ biểu thị khoảng thời gian tồn tại của auxtenit quá nguội ở nhiệt độ khác nhau hay là tính ổn định của auxtenit quá nguội. Như thấy rõ từ giản đồ chữ “ C ’’ auxtenit kém ổn định nhất ở khoảng (500 ÷ 600)0C, lúc đó thời gian tồn tại của auxtenit chưa đầy 1 giây.
Các chuyển biến của auxtenit quá nguội trong khoảng nhiệt độ từ Ar1 đến (500 ÷ 600)oC được gọi là chuyển biến peclit, cịn dưới (500 ÷ 600)0C được gọi là chuyển biến trung gian.
+ Chuyển biến peclit (727÷ 500)0C
Chuyển biến peclit xảy ra với sự tạo thành hỗn hợp ferit + xêmentit ở dạng tấm, ở trong khoảng nhiệt độ (A1 ÷ 500) 0C
800 Hình 3.2: Sơ đồ làm nguội Hình 3.2: Sơ đồ làm nguội đẳng nhiệt t oC A 3 HRC A1(727)0C
- Nếu auxtenit quá nguội phân hoá ở nhiệt độ sát A1 tức là ứng với độ quá nguội bé (ΔT < 500C) sẽ được hỗn hợp ferit + xêmentit và được gọi là peclit, trong đó xêmentit ở dạng tấm có kích thước lớn. Kích thước của xêmentit được xác định bằng khoảng cách s giữa các tấm (Hình 3.4). Khoảng cách giữa các tấm của chúng là (5 ÷ 7).10 - 4mm. Độ cứng của peclit khoảng (180 ÷ 220)HB;
- Nếu auxtenit quá nguội phân hoá ở nhiệt độ thấp hơn với (ΔT=50 ÷ 100)0C cũng được hỗn hợp ferit + xêmentit trong đó xêmentit ở dạng tấm có kích thước bé, s khoảng (3÷4).10 - 4 mm, tổ chức này được gọi là xoocbit, độ cứng khoảng (250 ÷ 300) HB;
- Nếu auxtenit quá nguội phân hoá ở nhiệt độ thấp hơn nữa khoảng (500÷600)0C, ứng với nhiệt độ khi auxtenit kém ổn định nhất, tức là phần lồi của đường cong “ C ’’cũng được hỗn hợp ferit + xêmentit trong đó xêmentit ở dạng tấm có kích thước bé, s khoảng (1÷2).10-4 mm, tổ chức này được gọi là trôxtit, độ cứng khoảng 400HB;
Vậy peclit, xoocbit, trôxtit, đều là hỗn hợp của ferit + xêmentit, nhưng với độ nhỏ mịn của xêmentit khác nhau, độ cứng, độ bền của chúng khác nhau. Xêmentit càng nhỏ mịn độ cứng và độ bền càng cao. Auxtenit - 100 200 300 400 6 00 102 1 04 45 55 N hi ệt đ ộ 0 C
Hình 3.3. Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của auxtenit quá nguội cho thép cùng tích
C =0,8%
Mactenxit (M) + auxtenit (Ơ) dư
Bainit dưói Bainit trên Xoocbit tôi Mđ (2400C) nguội Auxtenit 0 0 1 10 103 105 100 30 Mk (- 500C) 700 1 5 peclit ferit + xêmentit 5 00 40 Trôxtit tôi Thời gian quá 104
+ Chuyển biến trung gian (500 –Mđ). Ở dưới 5000C auxtenit quá nguội phân hoá thành hỗn hợp cơ học của
(S < 10 - 4 mm);
Người ta phân ra hai loại bainit:
Bainit trên tạo thành do auxtenit quá nguội phân hoá ở nhiệt độ cao (500 ÷ 350) 0C, bainit trên có dạng ngịi bút màu tối, độ cứng khoảng 450HB. Bainit dưới tạo thành do auxtenit q nguội phân hố ở nhiệt độ (350 ÷ 250)0C, bainit dưới có dạng hình kim với góc nhọn nhỏ, độ cứng khoảng 550HB.
* Thép khác cùng tích (trước và sau cùng tích) hình 3.5
S
Hình 3.4: Sơ đồ tổ chức của peclit tấm (S - khoảng cách giữa các tấm của tổ chức peclit) t1 t 2 t3 ferit và xêmemtit và gọi là bainit với
cơ chế khác và với đặc điểm riêng. Chuyển biến này gọi là chuyển biến trung gian, tương ứng với đoạn dưới của đường cong “ C ’’. Xêmentit trong bainit có dạng hình tấm rất nhỏ mịn
s
Hình 3.5: Giản đồ phân hố đẳng nhiệt auxtenit quá nguội của thép trước cùng tích (a) và
Các loại thép trước và sau cùng tích cũng có dạng giản đồ phân hố đẳng nhiệt auxtenit quá nguội như thép cùng tích, nhưng có thêm nhánh phụ trên đường cong chữ “ C ’’, bên trái chỉ rõ thời gian bắt đầu tiết ra khỏi auxtenit các pha thừa: ferit (cho thép trước cùng tích ở dưới A3) và xêmentitII (cho thép sau cùng tích ở dưới ACm) như biểu thị ở hình 3.5. Cần chú ý là sự tiết ra của các pha dư đó trong các thép khác cùng tích chỉ xảy ra ở các độ quá nguội bé.
Ở độ quá nguội lớn (thường tương ứng với khi hình thành xoocbit trở đi), auxtenit sẽ chuyển biến ngay thành hỗn hợp(ferit + xêmentit) mà khơng có chuyển biến tiết ra pha dư trước đó, do đó lượng cacbon ở trong hỗn hợp sẽ khác thành phần cùng tích (0,8%C). Hỗn hợp ferit + xêmentit như vậy được gọi là cùng tích giả.
c. Chuyển biến của auxtenit khi làm nguội nhanh(Chuyển biến Mactenxit) Khi nung nóng để đạt tổ chức auxtenit rồi sau đó làm nguội nhanh thích hợp thì auxtenit khơng kịp phân hố thành hỗn hợp ferit + xêmentit, mà auxtenit bị quá nguội xuống đến nhiệt độ Mđ và chuyển biến thành mactenxit. Tốc độ nguội nhanh để có chuyển biến này phải lớn hơn hay bằng giá trị vth .
+ Bản chất của mactexit
Mactexit là dung dịch rắn xen kẽ quá bão hoà của cacbon ở trong Feα với nồng độ cacbon bằng nồng độ cacbon của auxtenit, có kiểu mạng chính phương thể tâm và có độ cứng cao.
+ Cơ tính của mactenxit
- Độ cứng của mactenxit: mactenxit là dung dịch rắn quá bão hoà của cacbon trong Feα do vậy độ cứng của mactenxit chỉ phụ thuộc vào hàm lượng
cacbon trong nó: cacbon càng cao, độ chính phương của mactenxit càng lớn, mạng tinh thể càng xô lệch, độ cứng càng cao.