M ẫu đem phân tích được cắt ra từ mẫu thép dùng để nghiên cứu Tiếp theo mài bóng phân tích thành phần hóa học của mẫu
1.1.1.Chuyển biến của austenit thành mactenxit
Thuộc đề tài:
1.1.1.Chuyển biến của austenit thành mactenxit
Trong quá trình nhiệt luyện, sự phân rã của austenit xảy ra trong điều kiện làm nguội liên tục và đôi khi làm nguội đẳng nhiệt
- Chuyển biến khuếch tán – chuyển biến peclít và chuyển biến trung gian (bainít) - Chuyển biến không khuếch tán – chuyển biến mactenxit
Trong phần này ta chỉ đi sâu chuyển biến austenit thành mactenxit
Trên sơ đồ của chuyển biến đẳng nhiệt xem Hình 1.1 ta thấy giản đồ này có tên gọi đơn giản và thường dùng là giản đồ T-T-T vì nó biểu thị độ chuyển biến (tranformation) của austenit phụ thuộc vào nhiệt độ (temperature) và thời gian (time) giản đồ có hai đường cong hình chữ “C”
Hình 1.1: Giản đồ phân hóa austenit khi nguội đẳng nhiệt của thép cùng tích I- Chuyển biến peclit; II- Chuyển biến trung gian; III- Chuyển biến mactenxit; P- peclit; X- xoocbit; T- Trôxtit; B- Bainit [7]
Trong đó chữ C đầu tiên (bên trái) biểu thị sự bắt đầu. Còn chữ C thứ 2 biểu thị sự kết thúc của chuyển biến austenit thành hỗn hợp cùng tích ferit-xêmentit (vì thế trong sách kỹ thuật của Nga người ta gọi nó là giản đồ chữ C). Đây là giản đồ rất quan trọng đối với nhiệt luyện thép và được sử dụng nhiều để xác định tổ chức sau khi làm nguội austenit, cần nắm vững.
Trên sơ đồ chuyển biến đẳng nhiệt hình 1.1 cho thấy vùng chuyển biến mactenxit (thấp hơn Ms). Bởi vậy không chỉ đối với thép cùng tích mà bao gồm cả phần lớn các loại thép, chuyển biến mactenxit sẽ không phát triển trong điều kiện làm nguội đẳng nhiệt
- Chuyển biến mactenxit xảy ra mãnh liệt khi làm nguội liên tục trong khoảng nhiệt độ từ Ms đến Mf (Hình 1.2).
Hình 1.2: Đường cong động học của chuyển biến mactenxit khi làm nguội liên tục [7]
Ms: Điểm bắt đầu chuyển biến mactenxit Mf: Điểm kết thúc chuyển biến mactenxit
Giữ đẳng nhiệt chút ít trong khoảng nhiệt độ này sẽ dẫn tới sự ổn định hóa của austenit, tức là chuyển biến sẽ không xảy ra đến tận cùng và ngoài tổ chức mactenxit còn có austenit dư. Austenit này có thể còn lại trong tổ chức của thép, khi hàm lượng cacbon trong thép ≥ 0,6%C và làm nguội đến tận 00C (Hình 1.3)
Hình 1.3: Sự phụ thuộc nhiệt độ của cân bằng nhiệt động giữa austenit với mactenxit và nhiệt độ Mđ và Mk vào hàm lượng cacbon trong thép [7]
% Mactenxit 0 100 50 Ms T Mf
Trên hình vẽ đường bắt đầu Mđ và đường kết thúc Mk của chuyển biến mactenxit được gắn với phần thép của giản đồ sắt – xêmentít. Còn đường chấm chấm là vị trí hình học của điểm To – nhiệt độ cân bằng nhiệt động của hai pha austenit và mactenxit đối với thép có hàm lượng các bon khác nhau (hình 1.4)
Hình 1.4: Sự phụ thuộc của năng lượng tự do của austenit và mactenxit vào nhiệt độ [7]
Để nhận được tổ chức mactenxit từ thép cacbon austenit cần phải làm nguội nhanh và liên tục trong nước lạnh. Làm nguội nhanh cần thiết để ngăn cản quá trình khuếch tán có thể xảy ra, mà với nó sẽ tạo thành tổ chức peclit và bainit. Bằng thực nghiệm có thể xây dựng các giản đồ nhiệt động đối với các loại thép, nhờ nó có thể xác định được tốc độ nguội tối thiểu, được gọi là tốc độ tôi tới hạn – Vth với tốc độ đó trở lên austenit chỉ chuyển biến thành mactenxit ở nhiệt độ Mđ và thấp hơn. Có thể khẳng định rằng các nhiệt độ Mđ và Mk không phụ thuộc vào tốc độ làm nguội nó chỉ bị nâng cao khi tốc độ làm nguội lớn hơn 10.000oC/ giây.
Hình 1.5a: a. Làm nguội đẳng nhiệt
Nhiệt độ OC 1000Phút Giờ Thời gian Nhiệt độ OC Thời gian Phút HRC,
Hình 1.5b: Giản đồ T-T-T của thép 40Cr [6]. b. Làm nguội liên tục
Các giản đồ nhiệt động có ý nghĩa lớn đối với công nghệ nhiệt luyện, về nguyên tắc nó khác với các giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của austenit ở chỗ nó được xây dựng trong điều kiện làm nguội liên tục các mẫu thép tương ứng. Giản đồ nhiệt động là đặc trưng quan trọng, cho phép biết được dạng chuyển biến pha và tổ chức có thể nhận được của thép phụ thuộc vào tốc độ làm nguội nó.
Như vậy khi làm nguội thép với tốc độ lớn hơn Vth sẽ nhận được tổ chức mactenxit tổ chức pha không cân bằng là dung dịch rắn quá bão hòa của cacbon trong sắt α - Fe. Các tinh thể mactenxit có cấu tạo dạng tấm, phát triển với tốc độ rất lớn, bằng tốc độ truyền của âm thanh trong thép (≈ 5000m/ giây). Sự lớn lên của các tấm mactenxit bị ngăn cản bởi biên hạt austenit hoặc các tấm mactenxit sinh ra trước đó.
Tính chất của mactenxit phụ thuộc vào lượng cacbon hòa tan trong nó (Hình 1.6)
Hình 1.6: Sự thay đổi độ cứng (a) và thể tích riêng (b) của mactenxit với hàm lượng cacbon trong thép khác nhau [7]
Hình 1.6a cho ta thấy ảnh hưởng của cacbon đến độ cứng của mactenxit . giới hạn bền của thép cũng thay đổi theo đường cong tương tự. Mactenxit có độ cứng rất cao, khi lượng cacbon trong nó là 0,4% độ cứng có thể bằng hoặc lớn hơn 60 HRC. Độ giòn của mactenxit tăng mạnh khi hàm lượng cacbon tăng. Chuyển biến mactenxit trong thép kèm theo sự tăng thể tích đáng kể cacbon (Hình 1.6b) các tính chất vật lý khác cũng thay đổi rất mạnh.
tố hợp kim hòa tan trong austenit ảnh hưởng mạnh đến nhiệt độ Mđ và Mk. Hầu hết các nguyên tố hợp kim hạ thấp nhiệt độ Mđ và Mk bởi vậy khi tôi thép hợp kim, ngay cả khi với hàm lượng cacbon chưa cao, sau khi nguội đến nhiệt độ 20 ÷ 25 oC có thể còn lại một lượng austenit dư đáng kể.