CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 5.1 Cơ chế làm nguội khi tôi trong dung dịch polyme PVP và PAG
5.6.1. Cấu trúc tế vi của thép OL100Cr1,5 khi tôi trong một số mơi trường
Hình ảnh tổ chức tế vi của mẫu chữ C bằng thép OL 100Cr1,5 khi tôi trong nước được thể hiện trên hình 5.24. Quan sát cấu trúc tế vi với độ phóng đại x1000 tại vùng mỏm chữ C (vùng A) (hình 5.24a) và tại vùng dày nhất trên tiết diện (vùng B) (hình 5.24b) ta thấy rằng tổ chức nhận được trên các mẫu đều có 2 pha: pha màu sáng là austenit dư và pha màu tối dạng tấm là mactenxit. Kết quả này phù hợp với kết quả nhiễu xạ tia X (để xác định tổ chức pha) thể hiện trên hình 5.29a. So sánh hình ảnh giữa hai vùng A và vùng B trên cùng 1 mẫu tôi trong nước ta thấy rằng tổ chức tế vi của 2 vùng này không khác biệt nhiều. Độ lớn của các tấm mactenxit ở 2 vùng này là tương đương nhau. Nguyên nhân là do tốc nguội trong mơi trường nước q lớn và chênh lệch về kích thước giữa các vùng này khơng q lớn nên tốc độ nguội của hai vùng A và B đều vượt quá tốc độ nguội tới hạn hay 2 vùng này đều được tơi hồn tồn.
a) Vùng A b) Vùng B
Hình 5.24 Tổ chức tế vi của thép OL 100Cr1,5 (x1000) khi tôi trong nước
Trên hình 5.25 là ảnh tổ chức tế vi với độ phóng đại x1000 lần của mẫu chữ C bằng thép OL 100Cr1,5 khi tôi trong dung dịch polyme PAG 15%, trong đó hình 5.25a là tổ chức tế vi của mẫu tôi tại vùng mỏm chữ C (vùng A) và hình 5.25b là tổ chức tế vi của vùng B trên mẫu chữ C. Từ kết quả ta thấy, tổ chức nhận được trên mẫu cũng bao gồm 2 pha: pha màu sáng là austenit dư và pha màu tối dạng tấm là mactenxit. Kết quả này hoàn toàn phù hợp với kết quả nhiễu xạ tia X như thể hiện trên hình 5.29b. So sánh giữa hai vùng A và B trên cùng 1 mẫu tôi trong dung dịch PAG 15% ta thấy rằng tổ chức tế vi của 2 vùng này cũng khơng có nhiều khác biệt, nghĩa là lượng mactenxit và austenit dư của hai vùng này là tương tự như nhau. Hay nói cách khác, khi tơi trong PAG 15% thì tốc độ nguội của 2 vùng A và B chênh lệch nhau không đáng kể.
a) Vùng A b) Vùng B
Hình 5.25 Tổ chức của thép OL 100Cr1,5 (x1000) khi tôi trong dung dịch PAG 15%
So sánh các kết quả thu được trên hình 5.25 với hình 5.24 tương ứng ở các vùng A và B ta thấy rằng hàm lượng mactenxit và austenit dư khi tôi trong dung dịch PAG 15% không khác nhiều so với khi tôi trong nước. Điều này cũng phản ánh đúng với kết quả tính tốn mơ phỏng ở mục 3.4 của chương 3. Điều này phản ánh rằng hiệu quả giảm tốc độ nguội của dung dịch PAG 15% so với nước là khơng lớn.
Hình 5.26 là ảnh chụp tổ chức tế vi của mẫu thép OL 100Cr1,5 với độ phóng đại 1000 lần khi tơi trong dung dịch polyme PVP 2%, trong đó hình 5.26a là tổ chức tế vi của thép tại vùng nguội nhanh nhất (vùng A) và hình 5.26b là tổ chức tế vi nhận được tại vùng nguội chậm nhất trên mẫu chữ C (vùng B). Từ kết quả ta cũng thấy tổ chức nhận được ở cả 2 vùng đều gồm có 2 pha là austenit dư (màu sáng) và mactenxit (màu tối, dạng tấm) – kết luận này được xác nhận bởi kết quả phân tích thành phần pha bằng phương pháp nhiễu xạ tia X thể hiện trên hình 5.29c. So sánh hình ảnh giữa hai vùng A và vùng B trên cùng 1 mẫu tôi trong dung dịch PVP 2% ta thấy rằng tổ chức tế vi của 2 vùng này có một chút khác biệt: lượng mactenxit của vùng A lớn hơn của vùng B, trong khi austenit dư thì ngược lại. So sánh kết quả tôi mẫu trong dung dịch PVP 2% (hình 5.26) với kết quả tơi mẫu trong dung dịch PAG 15% (hình 5.25) ta thấy rằng các tấm mactenxit khi tơi trong dung dịch PVP 2% to và thô hơn so với khi tôi trong dung dịch PAG 15%. Kết quả này phản ánh rằng khi tôi trong mơi trường PVP 2% thì trong mẫu xuất hiện ít mầm mactenxit hơn – tức là khi tôi trong mơi trường có tốc độ nguội nhỏ hơn thì các tấm mactenxit sẽ thô hơn so với các mơi trường tơi có tốc độ nguội lớn.
a) Vùng A b) Vùng B
Trên hình 5.27 là ảnh tổ chức tế vi (x1000) của mẫu chữ C bằng thép OL 100Cr1,5 khi tôi trong dầu, trong đó hình 5.27a là tổ chức tế vi của mẫu tôi tại vùng A của mỏm chữ C và hình 5.27b là tổ chức tế vi của vùng B. Các kết quả ảnh chụp cho biết tổ chức nhận được cũng bao gồm 2 pha là austenit dư (màu sáng) và mactenxit (màu tối, dạng tấm) - kết quả này phù hợp với kết quả nhiễu xạ tia X hiện trên hình 5.29d. So sánh hình ảnh giữa hai vùng A và vùng B trên cùng 1 mẫu tơi trong dầu trên hình 5.27 ta thấy rằng tổ chức tế vi của 2 vùng này có một chút khác biệt giống với khi tôi trong dung dịch PVP 2% (hàm lượng mactenxit của vùng A nhiều hơn của vùng B, còn austenit dư của vùng A lại ít hơn của vùng B). So sánh các kết quả tôi mẫu trong dầu với kết quả tôi mẫu trong dung dịch PVP 2% ta thấy các tấm mactenxit khi tôi trong dầu sẽ thô và ngắn như khi tôi trong dung dịch PVP 2%. Kết quả này nói lên rằng dung dịch PVP 2% có khả năng tơi thép OL 100Cr1,5 tương tự như dầu.
a) Vùng A b) Vùng B
Hình 5.27 Tổ chức tế vi của thép OL 100Cr1,5 (x1000) khi tôi trong dầu
a) Vùng A b) Vùng B
Hình 5.28 Tổ chức của thép OL 100Cr1,5 (x1000) khi tơi trong dung dịch PVP 4%
Hình 5.28 là ảnh chụp tổ chức tế vi (x1000) của mẫu thép OL 100Cr1,5 sau khi tôi trong dung dịch polyme PVP 4%, trong đó hình 5.28a là tổ chức tế vi của thép tại vùng nguội nhanh nhất (vùng A) và hình 5.28b là tổ chức tế vi nhận được tại vùng nguội chậm nhất trên mẫu chữ C (vùng B). Các ảnh chụp cho biết rằng, khi tôi thép OL 100Cr1,5 trong dung dịch PVP 4% thì mẫu tơi nhận được ở cả 2 vùng A và B đều gồm có 2 pha là austenit dư (màu sáng) và mactenxit (màu tối, dạng tấm) – kết luận này được xác nhận bởi kết quả phân tích thành phần pha bằng phương pháp nhiễu xạ tia X trên hình 5.29e. So sánh hình ảnh giữa hai vùng A và B trên cùng 1 mẫu tôi trong dung dịch PVP 4% ta thấy rằng tổ chức tế vi của 2 vùng này đã có khác biệt đáng kể: hàm lượng mactenxit của
vùng A lớn hơn của vùng B, trong khi austenit dư của vùng B nhiều hơn của vùng A. So sánh các kết quả tôi mẫu trong dung dịch PVP 4% (hình 5.28) với kết quả tơi mẫu trong dầu (hình 5.27) ta thấy rằng hàm lượng austenit dư khi tôi trong dung dịch PVP 4% nhiều hơn so với khi tôi trong dầu (thể hiện bởi lượng vùng màu sáng nhiều hơn). Kết quả này phản ánh đúng quy luật với kết quả tính tốn mơ phỏng hàm lượng mactensit và austenit dư trong bảng 3.5 ở chương 3. Nghĩa là môi trường nguội nhanh hơn sẽ cho tỷ lệ mactenxit nhiều hơn và mactenxit nhỏ mịn hơn. Như vậy, kết quả thực nghiệm một lần nữa khẳng định rằng chương trình và các điều kiện tính tốn mơ phỏng đã xây dựng ở chương 3 là đáng tin cậy.
Để xác nhận sự có mặt của các pha trong các mẫu nghiên cứu, tác giả tiến hành phân tích các mẫu bằng phương pháp nhiễu xạ Rơn-ghen (X-ray). Hình 5.29 là giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu thép OL 100Cr1,5 được tôi trong các môi trường khác nhau: nước, PAG 15%, PVP 2%, dầu và PVP 4% tại vị trí mỏm của mẫu chữ C (vùng A).
a) b)
c) d)
e)
Hình 5.29 Kết quả nhiễu xạ tia X mẫu thép OL 100Cr1,5 khi tôi trong các môi
trường: (a) nước, (b) PAG 15%, (c) PVP 2%, (d) Dầu và (e) PVP 4%
Kết hợp phân tích ảnh hiển vi quang học với kết quả nhiễu xạ tia X trên hình 5.29 cho biết rằng, mẫu tôi trong cả 5 môi trường (nước, PAG 15%, PVP 2%, dầu và PVP 4%)
đều phát hiện 2 pha là mactenxit và austenit dư. Kết quả này phù hợp với kết quả nhận được bằng tính tốn mơ phỏng số ở chương 3.