3.1 .GANG
4.1. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI Fe-C
4.1.1. Khái niệm về giản đồ trạng thái Fe-C
Thép và gang là hợp kim của sắt và cacbon. Muốn nghiên cứu sự thay đổi cấu tạo bên trong của hợp kim sắt–cacbon khi nhiệt luyện cần phải nghiên cứu một loại đồ thị gọi là giản đồ trạng thái của hợp kim sắt–cacbon. Qua giản đồ này chúng ta có thể
biết đƣợc các quy luật về sự kết tinh, những thay đổi bên trong của hợp kim khi nung nóng và làm nguội.
4.1.2. Cấu tạo giản đồ trạng thái F
Trang 59
Giản đồ trạng thái Fe–C đƣợc biểu diễn trên một mặt phẳng bằng một toạ độ kép mà trục tung chỉ sự thay đổi của nhiệt độ, cịn trục hồnh chỉ sự thay đổi thành phần cacbon của hợp kim nhƣ trên (hình 4.1).
Trên trục tung bên trái, nhiệt độ 1539oC (điểm A) chỉ nhiệt độ nóng chảy của sắt nguyên chất. Trên trục tung bên phải điểm D chỉ nhiệt độ nóng chảy của cementite (1227oC). Trên trục hoành số 6,67% chỉ tỷ lệ cacbon trong hợp chất cementite.
4.1.3. Tọa độ 1 số điểm cơ bản trên giản đồ
A: 1539o(0%C) C: 1147o(4.3%C) D: 1227o(6.67%C) E: 1147o(2.14%C) F: 1147o(6.67%C) G: 9100(0%C) K: 727o(6.67%C) L: 0o(6.67%C) P: 727o(0.02%C) Q: 0o(0.006%C) S: 727o(0.8%C
4.1.4. Các đƣờng trên giản đồ
- ACD: là đƣờng lỏng với đặc điểm
+ Nung nóng đến to
> đƣờng lỏng, hợp kim chảy lỏng hoàn toàn. + Làm nguội đến to < đƣờng lỏng, hợp kim bắt đầu kết tinh.
- AECF: là đƣờng rắn (đƣờng đặc) với đặc điểm:
+ Nung nóng đến to> đƣờng đặc, hợp kim bắt đầu chảy lỏng. + Làm nguội đến to < đƣờng đặc, hợp kim hóa rắn hồn tồn.
- ECF=11470C không đổi là đƣờng cùng tinh của gang, với điểm C (4.3%C, 11470C) là điểm cùng tinh. Gang có 4.3%C gọi là gang cùng tinh, có nhiệt nóng chảy thấp nhất (1147º)
- SPK (đường A1): là đƣờng cùng tích của thép, với điểm S (0.8%C, 7270C): là điểm cùng tích. Thép có 0.8%C gọi là thép cùng tích.
- GS (đường A3): đƣờng giới hạn hòa tan của F vào Au () khi nung nóng.
- ES (đường Am): là đƣờng giới hạn hòa tan của C trong Fe tạo thành austenite. . - PQ: Đƣờng giới hạn hòa tan của C trong Fe.
4.1.5. Các tổ chức pha trên giản đồ
4.1.5.1. Các tổ chức một pha
a. Ferite: ( kí hiệu Fe (C) = = F)( hình 4.2a): là dung dịch rắn xen kẽ của C trong Fe với mạng lập phƣơng tâm khối. Do lƣợng C hoà tan trong Fe rất nhỏ nên ferite đƣợc coi nhƣ sắt nguyên chất: dẻo, dai, mềm và kém bền.
b. Austenite: [ ký hiệu A== Fe3C) (hình 4.2b): Là dung dịch rắn xen kẽ C trong
Fe có mạng lập phƣơng tâm mặt với lƣợng hoà tan C đáng kể (cao nhất 2.14%C) ở
11470C tại điểm E.
Austenite khơng có tính sắt từ, chỉ tồn tại ở nhiệt độ cao (>7270C), không sử dụng trực tiếp chế tạo các chi tiết máy nhƣng có vai trị quan trọng khi nhiệt luyện. Là pha có tính dẻo và dai.
c. Cementite:(ký hiệu Xe, Fe3C): là pha xen kẽ với kiểu mạng phức tạp có cơng
thức Fe3C và có nồng độ C là 6.67%. cementite rất cứng nên chống mài mòn tốt nhƣng rất giòn. Tùy theo hàm lƣợng C cementite gồm 3 loại:
Trang 60
- Cementite thứ nhất (ký hiệu XeI)
Tạo thành từ dung dịch lỏng khi hạ nhiệt độ 1227÷11470C(theo đƣờng DC). XeI chỉ có trong hợp kim có 4.3%C trở lên, rất cứng và giịn.
- Cementite thứ hai (ký hiệu XeII)
Đƣợc tạo thành từ dung dịch rắn Auxtenit theo đƣờng ES trong khoảng nhiệt độ1147÷7270C khi độ hồ tan của C trong Fe giảm từ 2.14% xuống 0.8%.
XeII có trong hợp kim có 0%C 0.8%, rất cần trong thép để chống mài mòn.
- Cementite thứ ba (ký hiệu XeIII)
Đƣợc tạo thành từ ferite theo đƣờng PQ ở nhiệt độ 7270C khi lƣợng C giảm từ 0.02 xuống 0.006%. Lƣợng XeIII đƣợc tạo thành rất ít, khơng đáng kể.
Hình 4.2: Tổ chức tế vi của tổ chức 1 pha
a. Ferite; b. Austenite
4.1.5.2. Các tổ chức hai pha
a. Pearlite: (ký hiệu P= [F+Fe3C] = [F+Xe])(hình 4.a,b):
Là hỗn hợp cơ học cùng tích của ferite và cementite đƣợc tạo thành từ austenite có 0.8%C, ở 727oC. Trong pearlite có 88% ferite và 12% cementite phân bố đều (xen kẽ nhau).
Pearlite là tổ chức khá bền, nhƣng cũng dẻo, dai đáp ứng rất tốt các yêu cầu của vật liệu kết cấu và công cụ. Tổ chức pearlite gồm hai loại là pearlite tấm và pearlite hạt.
Hình 4.3: Tổ chức tế vi của tổ chức 2 pha
Trang 61
b. Ledeburite: [kí hiệu Le, = ( Xe)= (P+Xe)](hình 4.3c)
Là hỗn hợp cơ học cùng tinh của austenite và cementite tạo thành từ pha lỏng có 4.3%C, ở 11470C.
Phân tích đến cùng thì Lê bao gồm ferite và cementite nhƣng cementite chiếm hàm lƣợng gần 2/3 nên rất cứng (tới 600HB) và giịn.
4.1.6. Vài tính chất chung của thép và gang
Thép và gang đều là hợp kim của Fe và C với: - Thép có hàm lƣợng C 2.14%. - Gang có hàm lƣợng C 2.14%. 4.1.6.1. Tính chất chung của thép Gồm: - Thép cùng tích có thành phần C 0.8%, P( F+Xê). - Thép trƣớc cùng tích có thành phần C .8% ( P+F). - Thép sau cùng tích có thành phần C 0.8%(P+XêII).
Khi nung nóng đến nhiệt độ nhất định (cao hơn đƣờng GSE) có thể có đƣợc tổ chức austenite hồn tồn có đặc tính dẻo, dai cao dễ biến dạng. Do đó thép là vật liệu dẻo, nếu nhƣ không biến dạng dẻo ở trạng thái nguội đƣợc thì cũng biến dạng đƣợc ở trạng thái nóng khi gia cơng áp lực nhƣ rèn, dập, cuốn, cán, kéo.
4.1.6.2. Tính chất chung của gang
Gồm:
- Gang cùng tinh với 4.3%C Le (P+Xe).
- Gang trƣớc cùng tinh với %C 4.3% ( P+ XeII+Le). - Gang sau cùng tính với %C 4.3% (Le+XeI).
Do có hàm lƣợng C cao hơn nên gang có:
+ Tính giịn cao hơn ( chứa nhiều Xe), không gia công biến dạng dẻo đƣợc vì khi nung nóng vẫn cịn nhiều Xe.
+ Tính đúc tốt do đó có tổ chức cùng tinh và nhiệt nóng chảy thấp