870 oC 900oC 930 oC
3.5.5. Năng lƣợng hoạt hóa của chuyển biến ausferit
Từ phương trình Johnson-Mehl-Avrami, dễ dàng xác định được tốc độ chuyển biến:
( ) (3.8) Mặt khác, tốc độ chuyển biến phụ thuộc năng lượng phản ứng Q như sau:
(
) (3.9)
Trong đó, C là hằng số, Q là năng lượng hoạt hóa của chuyển biến, R là hằng số khí, T là nhiệt độ K.
Biến đổi phương trình (3.9) bằng cách lấy log hai vế:
(3.10)
Quan hệ giữa tốc độ chuyển biến và nhiệt độ cũng là quan hệ bậc nhất được định dạng theo quan hệ giữa ln(df/dt) và nhiệt độ (1/T). Tại mỗi nhiệt độ, tính được một tốc độ chuyển biến df/dt theo công thức (3.8). Giá trị n và k lấy theo bảng 3.11. Thời gian t là thời gian mà tại đó đã có 50 % chuyển biến đã xảy như trên hình 3.35. Vẽ đường thẳng mô tả quan hệ ln(df/dt) và (1/T). Hệ số góc của đường thẳng chính là giá trị -Q/R. Biết R, dễ dàng tính được năng lượng chuyển biến Q (hình 3.38).
Từ hình 3.38, quan hệ tốc độ chuyển biến và nhiệt độ, đối với gang cầu hợp kim hóa thấp và nhiệt độ đẳng nhiệt 280, 320, 360 và 400 oC, xác định được Q/R = 37,7.
Trong cơ chế này, tổ chức ferit hình kim được hình thành theo cơ chế chuyển vị, nghĩa là, ferrit được bão hịa hồn tồn bởi Mn và các nguyên tố hợp kim khác. Do đó, ferit hình kimt trong gang Mn cao được hình thành với mức năng lượng cao hơn, nghĩa là, điểm bắt đầu chuyển biến bainit sẽ bị chậm lại và tốc độ chuyển biến cũng giảm đi so với gang khơng hợp kim. Vì vậy, giá trị năng lượng hoạt sẽ khác nhau như nêu trong bảng 3.13
Bảng 3.13. Giá trị năng lượng hoạt chuyển biến ausferit
của các mác gang khác nhau
Lƣợng nguyên tố hợp kim (%) C Si Mn Cu Ni Cr Mg Q (kJ/mol) Không hợp kim [103] 3,43 2,45 0,20 0,030 0,055 - 0,041 124,5 Cơng trình [103] 3,40 2,52 0,98 0,028 0,053 - 0,040 284,8
Gang nghiên cứu 3,62 2,80 0,37 0,45 0,37 0,043 0,04 315,0 Trong luận án này, các nguyên tố hợp kim Cu, Ni (tổng hàm lượng là 1,19 %) cũng có vai trị tương tự như nguyên tố Mn. Cả ba nguyên tố đều tan rất tốt trong austenit và làm ổn định austenit. Khi có mặt các nguyên tố hợp kim Cu, Ni và Mn trong gang, năng lượng phản ứng tăng cao hơn so với gang của [103]. Các nguyên tố này cũng làm chậm điểm bắt đầu chuyển biến và đẩy lùi điểm kết thúc chuyển biến về phía kéo dài thời gian tơi đẳng nhiệt.