112
Ch¬ng 4
nhiÖt
luyÖn
thÐp
Trong ba ch¬ng võa qua ®∙ tr×nh bµy c¸c d¹ng cÊu tróc tinh thÓ ®¬n gi¶n
(kim lo¹i), phøc t¹p (hîp kim), sù phô thuéc cña c¬ tÝnh vµo cÊu tróc. ë ch¬ng
nµy sÏ nghiªn cøu nh÷ng biÕn ®æi vÒ tæ chøc vµ c¬ tÝnh t¬ng øng cña thÐp khi
nung nãng råi lµm nguéi tiÕp theo, tøc khi nhiÖt luyÖn. ThÐp lµ vËt liÖu rÊt th«ng
dông vµ lµ hîp kim nh¹y c¶m nhÊt víi nhiÖt luyÖn vµ c«ng nghÖ nµy rÊt phæ biÕn
trong s¶n xuÊt c¬ khÝ. Nh÷ng d¹ng nhiÖt luyÖn ®îc ¸p dông cho c¸c hîp kim vµ
vËt liÖu kh¸c còng cã thÓ hiÓu ®îc th«ng qua nhiÖt luyÖn thÐp.
4.1. Kh¸i niÖm vÒ nhiÖt luyÖn thÐp
4.1.1. S¬ lîc vÒ nhiÖt luyÖn
a. §Þnh nghÜa
NhiÖt luyÖn lµ c«ng nghÖ nung nãng kim lo¹i, hîp kim ®Õn nhiÖt ®é x¸c
®Þnh, gi÷ nhiÖt t¹i ®ã mét thêi gian thÝch hîp råi sau ®ã lµm nguéi víi tèc ®é nhÊt
®Þnh ®Ó lµm thay ®æi tæ chøc, do ®ã biÕn ®æi c¬ tÝnh vµ c¸c tÝnh chÊt kh¸c theo
ph¬ng híng ®∙ chän tríc (nãi chung kh«ng thÓ ®iÒu chØnh v« cÊp tèc ®é nguéi,
thêng lµ lµm nguéi trong mét sè m«i trêng nh sÏ thÊy vÒ sau nµy).
NhiÖt luyÖn lµ ph¬ng ph¸p gia c«ng (treatment) cã nh÷ng ®Æc ®iÓm riªng.
Sau ®©y lµ c¸c ®iÓm ph©n biÖt nguyªn c«ng nµy víi c¸c nguyªn c«ng gia c«ng c¬
khÝ kh¸c:
- Kh¸c víi ®óc, hµn lµ nã kh«ng nung nãng ®Õn tr¹ng th¸i láng, lu«n lu«n
chØ ë tr¹ng th¸i r¾n (tøc nhiÖt ®é nung nãng ph¶i thÊp h¬n ®êng r¾n).
- Kh¸c víi c¾t gät, biÕn d¹ng dÎo (rÌn, dËp) khi nhiÖt luyÖn (trõ c¬ - nhiÖt
luyÖn) h×nh d¹ng vµ kÝch thíc s¶n phÈm kh«ng thay ®æi hay thay ®æi kh«ng ®¸ng
kÓ.
- KÕt qu¶ cña nhiÖt luyÖn ®îc ®¸nh gi¸ b»ng biÕn ®æi cña tæ chøc tÕ vi vµ
c¬ tÝnh, kh«ng thÓ kiÓm tra b»ng vÎ ngoµi b»ng m¾t thêng.
b. C¸c yÕu tè ®Æc trng cho nhiÖt luyÖn
H×nh 4.1. S¬ ®å cña qu¸ tr×nh nhiÖt
luyÖn ®¬n gi¶n nhÊt.
§èi víi qu¸ tr×nh nhiÖt luyÖn, Ýt nhÊt còng ®îc ®Æc trng b»ng ba th«ng sè
quan träng nhÊt sau (xem s¬ ®å qu¸ tr×nh nhiÖt luyÖn ®¬n gi¶n nhÊt vÏ ë h×nh 4.1):
112
113
- NhiÖt ®é nung nãng Tn0 : nhiÖt ®é cao nhÊt mµ qu¸ tr×nh ph¶i ®¹t ®Õn.
- Thêi gian gi÷ nhiÖt tgn: thêi gian ngng ë nhiÖt ®é nung nãng.
- Tèc ®é nguéi Vnguéi sau khi gi÷ nhiÖt.
Ba th«ng sè nµy ®Æc trng t¬ng øng víi ba giai ®o¹n nèi tiÕp nhau cña qu¸
tr×nh nhiÖt luyÖn: nung nãng, gi÷ nhiÖt vµ lµm nguéi.
§èi víi kÕt qu¶, nhiÖt luyÖn ®îc ®¸nh gi¸ b»ng c¸c chØ tiªu sau:
+ Tæ chøc tÕ vi bao gåm cÊu t¹o pha, kÝch thíc h¹t, chiÒu s©u líp hãa
bÒn... Cã thÓ nãi ®©y lµ chØ tiªu gèc, c¬ b¶n nhÊt song ®Ó thùc hiÖn kh¸ mÊt thêi
gian, nªn thêng chØ kiÓm tra trong tõng mÎ khi s¶n xuÊt ®∙ æn ®Þnh.
+ §é cøng lµ chØ tiªu c¬ tÝnh dÔ x¸c ®Þnh vµ còng cã liªn quan ®Õn c¸c chØ
tiªu kh¸c nh ®é bÒn, ®é dÎo, ®é dai. V× vËy bÊt cø chi tiÕt, dông cô nµo qua nhiÖt
luyÖn còng ®îc quy ®Þnh gi¸ trÞ ®é cøng (tïy trêng hîp, ph¶i lín h¬n hay nhá
h¬n gi¸ trÞ quy ®Þnh) vµ th«ng thêng ®îc kiÓm tra theo tû lÖ (trong mét sè
trêng hîp quan träng cã thÓ ph¶i kiÓm tra c¶ 100%).
+ §é cong vªnh, biÕn d¹ng. Nãi chung ®é biÕn d¹ng khi nhiÖt luyÖn trong
nhiÒu trêng hîp lµ nhá hoÆc kh«ng ®¸ng kÓ, song trong mét sè trêng hîp quan
träng yªu cÇu nµy rÊt kh¾t khe, nÕu vît qu¸ ph¹m vi cho phÐp còng kh«ng thÓ sö
dông ®îc.
c. Ph©n lo¹i nhiÖt luyÖn thÐp
S¬ bé cã thÓ ph©n lo¹i c¸c ph¬ng ph¸p nhiÖt luyÖn thÐp víi nh÷ng ®Æc
®iÓm chñ yÕu nh sau:
NhiÖt luyÖn, thêng gÆp nhÊt: chØ dïng c¸ch thay ®æi nhiÖt ®é (kh«ng cã
biÕn ®æi thµnh phÇn vµ biÕn d¹ng dÎo) ®Ó biÕn ®æi tæ chøc trªn toµn tiÕt diÖn. Nã
bao gåm nhiÒu ph¬ng ph¸p:
• ñ: nung nãng råi lµm nguéi chËm ®Ó ®¹t tæ chøc c©n b»ng víi ®é cøng,
®é bÒn thÊp nhÊt, ®é dÎo cao nhÊt.
• Thêng hãa: nung nãng ®Õn tæ chøc hoµn toµn austenit, lµm nguéi b×nh
thêng trong kh«ng khÝ tÜnh ®Ó ®¹t tæ chøc gÇn c©n b»ng.
Môc ®Ých cña ñ vµ thêng hãa lµ lµm mÒm thÐp ®Ó dÔ gia c«ng c¾t vµ dËp
nguéi.
• T«i: nung nãng lµm xuÊt hiÖn austenit råi lµm nguéi nhanh ®Ó ®¹t tæ chøc
kh«ng c©n b»ng víi ®é cøng cao nhÊt (nhng còng ®i kÌm víi ®é gißn cao). NÕu
hiÖu øng nµy chØ x¶y ra ë bÒ mÆt ®îc gäi lµ t«i bÒ mÆt.
• Ram: nguyªn c«ng b¾t buéc sau khi t«i, nung nãng l¹i thÐp t«i ®Ó ®iÒu
chØnh ®é cøng, ®é bÒn theo ®óng yªu cÇu lµm viÖc.
Nh vËy t«i vµ ram lµ hai nguyªn c«ng nhiÖt luyÖn ®i kÌm víi nhau (kh«ng
tiÕn hµnh riªng lÎ mµ lu«n lu«n kÕt hîp víi nhau), môc ®Ých cña t«i + ram lµ t¹o c¬
tÝnh phï hîp víi yªu cÇu lµm viÖc cô thÓ.
-
Hãa - nhiÖt luyÖn: dïng c¸ch thay ®æi nhiÖt ®é vµ biÕn ®æi thµnh phÇn
hãa häc ë bÒ mÆt lµm vïng nµy cã biÕn ®æi tæ chøc vµ c¬ tÝnh m¹nh h¬n. Thêng
tiÕn hµnh b»ng c¸ch thÊm, khuÕch t¸n mét hay nhiÒu nguyªn tè nhÊt ®Þnh.
• ThÊm ®¬n nguyªn tè cã: thÊm cacbon, thÊm nit¬...
113
114
• ThÊm ®a nguyªn tè cã: thÊm cacbon - nit¬, thÊm cacbon - nit¬ - lu
huúnh...
C¬ - nhiÖt luyÖn: dïng c¸ch thay ®æi nhiÖt ®é vµ biÕn d¹ng dÎo ®Ó biÕn
®æi tæ chøc vµ c¬ tÝnh trªn toµn tiÕt diÖn m¹nh h¬n khi nhiÖt luyÖn ®¬n thuÇn.
Thêng tiÕn hµnh ë xëng c¸n nãng thÐp, tøc ë c¸c xÝ nghiÖp luyÖn kim.
4.1.2. T¸c dông cña nhiÖt luyÖn ®èi víi s¶n xuÊt c¬ khÝ
NhiÖt luyÖn lµ kh©u quan träng vµ kh«ng thÓ thiÕu ®îc ®èi víi chÕ t¹o c¬
khÝ v× nã cã c¸c t¸c dông chñ yÕu sau.
a. T¨ng ®é cøng, tÝnh chèng mµi mßn vµ ®é bÒn cña thÐp
Môc tiªu cña s¶n xuÊt c¬ khÝ lµ s¶n xuÊt ra c¸c c¬ cÊu vµ m¸y bÒn h¬n, nhÑ
h¬n, kháe h¬n víi c¸c tÝnh n¨ng tèt h¬n. §Ó ®¹t ®îc ®iÒu ®ã kh«ng thÓ kh«ng sö
dông nh÷ng thµnh qu¶ cña vËt liÖu kim lo¹i vµ nhiÖt luyÖn, sö dông triÖt ®Ó c¸c
tiÒm n¨ng cña vËt liÖu vÒ mÆt c¬ tÝnh.
B»ng nh÷ng ph¬ng ph¸p nhiÖt luyÖn thÝch hîp nh t«i + ram, t«i bÒ mÆt,
thÊm cacbon, thÊm cacbon - nit¬... ®é bÒn vµ ®é cøng cña thÐp cã thÓ t¨ng lªn tõ
ba ®Õn s¸u lÇn, nhê ®ã cã thÓ dÉn tíi rÊt nhiÒu ®iÒu cã lîi nh sau:
- Tuæi bÒn (thêi h¹n lµm viÖc) cña m¸y t¨ng lªn do hÖ sè an toµn cao,
kh«ng g∙y vì (do n©ng cao ®é bÒn). Trong nhiÒu trêng hîp m¸y háng cßn lµ do
bÞ mßn qu¸ m¹nh, n©ng cao ®é cøng, tÝnh chèng mµi mßn còng cã t¸c dông nµy.
- M¸y hay kÕt cÊu cã thÓ nhÑ ®i, ®iÒu nµy dÉn ®Õn tiÕt kiÖm kim lo¹i (h¹
gi¸ thµnh), n¨ng lîng (nhiªn liÖu) khi vËn hµnh.
- T¨ng søc chÞu t¶i cña m¸y, ®éng c¬, ph¬ng tiÖn vËn t¶i («t«, toa xe, tµu
biÓn...) vµ kÕt cÊu (cÇu, nhµ, xëng...), ®iÒu nµy dÉn tíi c¸c hiÖu qu¶ kinh tÕ - kü
thuËt lín.
PhÇn lín c¸c chi tiÕt m¸y quan träng nh trôc, trôc khuûu, vßi phun cao ¸p,
b¸nh r¨ng truyÒn lùc víi tèc ®é nhanh, chèt..., ®Æc biÖt lµ 100% dao c¾t, dông cô
®o vµ c¸c dông cô biÕn d¹ng (khu«n) ®Òu ph¶i qua nhiÖt luyÖn t«i + ram hoÆc hãa
nhiÖt luyÖn. Chóng thêng ®îc tiÕn hµnh gÇn nh lµ sau cïng, nh»m t¹o cho chi
tiÕt, dông cô c¬ tÝnh thÝch hîp víi ®iÒu kiÖn lµm viÖc vµ ®îc gäi lµ nhiÖt luyÖn kÕt
thóc (thêng tiÕn hµnh trªn s¶n phÈm).
Nh thêng thÊy, chÊt lîng cña m¸y, thiÕt bÞ còng nh phô tïng thay thÕ
phô thuéc rÊt nhiÒu vµo c¸ch sö dông vËt liÖu vµ nhiÖt luyÖn chóng. Nh÷ng m¸y
lµm viÖc tèt kh«ng thÓ kh«ng sö dông vËt liÖu tèt (mét c¸ch hîp lý, ®óng chç) vµ
nhiÖt luyÖn b¶o ®¶m.
b. C¶i thiÖn tÝnh c«ng nghÖ
Muèn t¹o thµnh chi tiÕt m¸y, s¶n phÈm thÐp ph¶i qua nhiÒu kh©u, nguyªn
c«ng gia c«ng c¬ khÝ: rÌn, dËp, c¾t... §Ó b¶o ®¶m s¶n xuÊt dÔ dµng víi n¨ng suÊt
lao ®éng cao, chi phÝ thÊp thÐp ph¶i cã c¬ tÝnh sao cho phï hîp víi ®iÒu kiÖn gia
c«ng tiÕp theo nh cÇn mÒm ®Ó dÔ c¾t hoÆc dÎo ®Ó dÔ biÕn d¹ng nguéi. Muèn vËy
còng ph¶i ¸p dông c¸c biÖn ph¸p nhiÖt luyÖn thÝch hîp: ñ hoÆc thêng hãa. VÝ dô,
sau khi biÕn d¹ng (®Æc biÖt lµ kÐo nguéi) thÐp bÞ biÕn cøng ®Õn møc kh«ng thÓ c¾t
gät hay biÕn d¹ng (kÐo) tiÕp ®îc, ph¶i ®a ®i ñ hoÆc thêng hãa ®Ó lµm gi¶m ®é
cøng, t¨ng ®é dÎo. Sau xö lý nh vËy thÐp trë nªn rÊt dÔ gia c«ng tiÕp theo.
C¸c ph¬ng ph¸p nhiÖt luyÖn tiÕn hµnh víi môc ®Ých nh vËy ®îc gäi lµ
nhiÖt luyÖn s¬ bé, chóng n»m gi÷a c¸c nguyªn c«ng gia c«ng c¬ khÝ (thêng tiÕn
114
115
hµnh trªn ph«i).
VËy trong s¶n xuÊt c¬ khÝ cÇn ph¶i biÕt tËn dông c¸c ph¬ng ph¸p nhiÖt
luyÖn thÝch hîp, kh«ng nh÷ng b¶o ®¶m kh¶ n¨ng lµm viÖc l©u dµi cho chi tiÕt,
dông cô b»ng thÐp mµ cßn lµm dÔ dµng cho qu¸ tr×nh gia c«ng.
c. NhiÖt luyÖn trong nhµ m¸y c¬ khÝ
ë c¸c nhµ m¸y c¬ khÝ víi quy m« nhá vµ trung b×nh, bé phËn nhiÖt luyÖn
kh«ng lín vµ thêng ®Æt tËp trung. Sau khi nhiÖt luyÖn s¬ bé, tõ ®©y ph«i thÐp
®îc chuyÓn tíi c¸c ph©n xëng c¾t gät, dËp vµ sau khi nhiÖt luyÖn kÕt thóc c¸c
chi tiÕt m¸y quan träng (cÇn cøng vµ bÒn cao) ®îc ®a qua mµi hay th¼ng ®Õn l¾p
r¸p. C¸ch s¾p xÕp nh vËy cã nhiÒu nhîc ®iÓm, song kh«ng thÓ kh¸c v× s¶n lîng
thÊp. ë c¸c nhµ m¸y c¬ khÝ cã quy m« lín vµ rÊt lín, c¸c chi tiÕt m¸y ®îc gia
c«ng hoµn chØnh tõ kh©u ®Çu ®Õn kh©u cuèi trªn d©y chuyÒn c¬ khÝ hãa hoÆc tù
®éng hãa trong ®ã bao gåm c¶ nguyªn c«ng nhiÖt luyÖn. Do vËy nguyªn c«ng
nhiÖt luyÖn ë ®©y còng ph¶i ®îc c¬ khÝ hãa thËm chÝ tù ®éng hãa vµ ph¶i chèng
nãng, ®éc ®Ó kh«ng cã ¶nh hëng xÊu ®Õn b¶n th©n ngêi lµm nhiÖt luyÖn còng
nh c¶ d©y chuyÒn s¶n xuÊt c¬ khÝ. C¸ch s¾p xÕp chuyªn m«n hãa cao nh vËy b¶o
®¶m chÊt lîng s¶n phÈm rÊt tèt vµ ®ång ®Òu, l¹i kh«ng tèn c«ng vËn chuyÓn vµ cã
n¨ng suÊt cao.
Còng cÇn nhÊn m¹nh, nhiÖt luyÖn lµ c«ng nghÖ tiªu phÝ nhiÒu n¨ng lîng
®Ó sinh nhiÖt do vËy cÇn tæ chøc s¶n xuÊt vµ lùa chän ph¬ng ¸n tiÕt kiÖm ®îc
n¨ng lîng.
4.2. C¸c tæ chøc ®¹t ®îc khi nung nãng vµ lµm
nguéi thÐp
Nh ®∙ biÕt b¶n chÊt cña nhiÖt luyÖn lµ biÕn ®æi tæ chøc, chuyÓn pha, vËy
tríc tiªn h∙y xÐt xem khi nung nãng thÐp cã thµnh phÇn cacbon nµo ®ã lªn ®Õn
c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau cã nh÷ng chuyÓn biÕn pha nµo, khi lµm nguéi tiÕp theo víi
tèc ®é nguéi kh¸c nhau, tæ chøc võa t¹o thµnh sÏ biÕn ®æi ®Ó thµnh tæ chøc g× vµ
do ®ã sÏ biÕt ®îc c¬ tÝnh thay ®æi nh thÕ nµo. §ã lµ sù lý gi¶i cho mäi qu¸ tr×nh
nhiÖt luyÖn.
Ta lÇn lît xÐt biÕn ®æi tæ chøc cho tõng qu¸ tr×nh mét. Tríc hÕt lÊy c¬ së
lµ thÐp t¬ng øng víi gi¶n ®å pha Fe - C (ngoµi Fe, C ra kh«ng cã nguyªn tè nµo
kh¸c), trong ®ã ®i tõ lo¹i thÐp cã tæ chøc ®¬n gi¶n nhÊt - peclit lµ thÐp cïng tÝch
víi 0,80%C råi më réng ra cho c¸c lo¹i thÐp cßn l¹i (tríc vµ sau cïng tÝch).
4.2.1. C¸c chuyÓn biÕn x¶y ra khi nung nãng thÐp - Sù t¹o
thµnh austenit
Thao t¸c ®Çu tiªn cña nhiÖt luyÖn lµ nung nãng. Phô thuéc vµo thµnh phÇn
cacbon cña thÐp vµ nhiÖt ®é nung nãng, trong thÐp sÏ cã nh÷ng chuyÓn biÕn kh¸c
nhau.
a. C¬ së x¸c ®Þnh chuyÓn biÕn khi nung
C¬ së ®Ó x¸c ®Þnh chuyÓn biÕn khi nung thÐp lµ gi¶n ®å pha Fe - C, song
chØ giíi h¹n ë khu vùc thÐp vµ ë tr¹ng th¸i r¾n (díi ®êng r¾n) nh tr×nh bµy ë
h×nh 4.2. Nh thÊy râ tõ gi¶n ®å pha, ë nhiÖt ®é thêng mäi thÐp ®Òu cÊu t¹o bëi
hai pha c¬ b¶n: ferit vµ xªmentit, trong ®ã cã peclit lµ hçn hîp cïng tÝch cña hai
pha nµy.
115
116
- ThÐp cïng tÝch cã tæ chøc ®¬n gi¶n h¬n c¶, chØ cã peclit.
- C¸c thÐp tríc vµ sau cïng tÝch cã tæ chøc phøc t¹p h¬n: ngoµi peclit ra
cßn cã thªm ferit hoÆc xªmentit thø hai.
B©y giê khi nung nãng c¸c thÐp nµy lªn nhiÖt ®é cao, h∙y xem trong chóng
lÇn lît x¶y ra c¸c chuyÓn biÕn g× ?
+ Khi nhiÖt ®é nung nãng thÊp h¬n Ac1 trong mäi thÐp vÉn cha cã chuyÓn
biÕn g× (cho nªn sau ®ã dï lµm nguéi ra sao tæ chøc cña thÐp vÉn kh«ng bÞ biÕn
®æi, nh gi¶n ®å pha).
+ Khi nhiÖt ®é nung nãng ®¹t ®Õn Ac1, phÇn tæ chøc peclit cña mäi lo¹i
thÐp chuyÓn biÕn thµnh austenit theo ph¶n øng:
[Feα + Fe3C]0,80%C → Feγ (C)0,80%C
trong khi ®ã ferit vµ xªmentit thø hai cña c¸c thÐp tríc vµ sau cïng tÝch cha
chuyÓn biÕn.
VËy nÕu chØ nung nãng qu¸ nhiÖt ®é Ac1 mét chót ta thÊy:
• ThÐp cïng tÝch ®∙ chuyÓn biÕn hoµn toµn: cã tæ chøc hoµn toµn lµ
austenit.
• ThÐp tríc vµ sau cïng tÝch cã chuyÓn biÕn nhng cha hoµn toµn: cã tæ
chøc kh«ng hoµn toµn lµ austenit, tøc cã tæ chøc t¬ng øng austenit + ferit vµ
austenit + xªmentit thø hai. Tuy nhiªn khi nung nãng tiÕp tôc tõ Ac1 lªn ®Õn Ac3 vµ
Accm sÏ cã qu¸ tr×nh hßa tan ferit vµ xªmentit II cßn d vµo austenit, lµm lîng hai
pha nµy trong tæ chøc ngµy mét Ýt ®i.
+ Khi nhiÖt ®é nung nãng cao h¬n Ac3 vµ Accm sù hßa tan c¸c pha d ferit
vµ xªmentit II vµo austenit cña c¸c thÐp tríc vµ sau cïng tÝch còng kÕt thóc vµ chØ
cßn mét pha: hoµn toµn austenit víi thµnh phÇn ®óng nh cña thÐp.
H×nh 4.2. Gi¶n ®å pha Fe - C
(phÇn thÐp).
VËy khi nung nãng qu¸ ®êng GSE mäi thÐp (dï cã cacbon cao, thÊp) ®Òu
cã tæ chøc gièng nhau lµ dung dÞch r¾n austenit song víi nång ®é cacbon kh¸c
nhau vµ b»ng chÝnh thµnh phÇn cacbon cña thÐp. Cßn khi tiÕp tôc nung nãng qu¸
®êng nµy lªn ®Õn s¸t ®êng r¾n, c¸c thÐp vÉn gi÷ nguyªn tæ chøc cïng nång ®é
cacbon, tøc kh«ng cßn chuyÓn pha nµo n÷a (nhng lµm h¹t austenit lín lªn nh sÏ
116
117
nãi ë môc b tiÕp theo).
Tãm l¹i c¬ së ®Ó x¸c ®Þnh tæ chøc t¹o thµnh khi nung nãng thÐp lµ gi¶n ®å
pha Fe - C (c¨n cø vµo täa ®é: %C - nhiÖt ®é n»m ë trong vïng nµo, tæ chøc sÏ
t¬ng øng víi vïng ®ã).
Cã thÓ thÊy lµ, trong c¸c chuyÓn biÕn khi nung nãng võa kÓ ë trªn th×
chuyÓn biÕn peclit thµnh austenit lµ c¬ së vµ ®ã còng lµ môc tiªu thêng ph¶i ®¹t
tíi ®èi víi phÇn lín qu¸ tr×nh nhiÖt luyÖn (trõ ram). H∙y xÐt kü h¬n c¸c ®Æc ®iÓm
cña chuyÓn biÕn nµy ®Ó cã thÓ rót ra c¸c kÕt luËn cÇn thiÕt chØ dÉn cho nhiÖt luyÖn.
b. §Æc ®iÓm cña chuyÓn biÕn peclit thµnh austenit
ë ®©y sÏ xÐt kü hai vÊn ®Ò: nhiÖt ®é chuyÓn biÕn vµ kÝch thíc h¹t austenit
t¹o thµnh mµ qu¸ tr×nh nhiÖt luyÖn t¬ng øng ph¶i ®¹t tíi.
NhiÖt ®é chuyÓn biÕn
Nh thÊy râ tõ gi¶n ®å pha Fe - C, chuyÓn biÕn nµy x¶y ra ë A1 = 727oC,
song ®iÒu nµy chØ ®óng khi nung nãng v« cïng chËm (lµ ®iÒu kiÖn ®Ó x©y dùng
gi¶n ®å pha), nªn khi nung nãng thùc tÕ (víi tèc ®é ®¸ng kÓ) tÊt nhiªn nhiÖt ®é
chuyÓn biÕn ph¶i lu«n lu«n cao h¬n, tèc ®é nung cµng lín, nhiÖt ®é chuyÓn biÕn
cµng cao. Cã thÓ thÊy râ ®iÒu nµy ë h×nh 4.3. ë ®©y ngêi ta dïng c¸ch nung nãng
®¼ng nhiÖt ®Ó x¸c ®Þnh thêi gian x¶y ra chuyÓn biÕn ë c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau vµ
thÊy r»ng chuyÓn biÕn kh«ng tøc thêi: sau mét thêi gian míi b¾t ®Çu råi sau ®ã
mét thêi gian n÷a míi kÕt thóc (nung nãng ®¼ng nhiÖt lµ ph¬ng ph¸p nung ®¹t
nhiÖt ®é rÊt nhanh råi gi÷, ngng, lu«n ë ®ã b»ng c¸ch nhóng nh÷ng mÈu thÐp
nhá, máng vµo m«i trêng, thêng lµ muèi láng nãng ch¶y, cã nhiÖt ®é cao cè
®Þnh. §Ó lËp nªn gi¶n ®å nµy ph¶i tiÕn hµnh nhiÒu mÉu ë c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau).
Gi¶n ®å chuyÓn biÕn ®¼ng nhiÖt peclit thµnh austenit cña thÐp cïng tÝch cã d¹ng
cña hai ®êng cong biÓu thÞ thêi ®iÓm b¾t ®Çu vµ kÕt thóc chuyÓn biÕn ®ã trªn hai
trôc nhiÖt ®é - thêi gian. Qua ®ã thÊy r»ng nhiÖt ®é nung (®¼ng nhiÖt) cµng cao,
thêi gian b¾t ®Çu vµ kÕt thóc (tÝnh b»ng kho¶ng c¸ch tõ trôc hoµnh ®Õn hai
®êng cong nµy) vµ thêi gian ®Ó hoµn thµnh chuyÓn biÕn nµy (kho¶ng c¸ch gi÷a
hai ®êng cong) ®Òu ng¾n l¹i.
H×nh
4.3. Gi¶n ®å
chuyÓn biÕn ®¼ng nhiÖt
cña peclit thµnh austenit
cña thÐp cïng tÝch vµ c¸c
vect¬ biÓu thÞ tèc ®é
nung V2 > V1.
Tuy nhiªn trong thùc tÕ thêng dïng c¸ch nung nãng liªn tôc (nung víi tèc
®é), nªn ®Ó lµm râ trêng hîp nµy ngêi ta ®Æt lªn gi¶n ®å trªn hai vect¬ biÓu thÞ
tèc ®é nguéi, chóng sÏ lÇn lît c¾t c¸c ®êng b¾t ®Çu vµ kÕt thóc ë c¸c ®iÓm t¬ng
øng. Khi nung nãng víi c¸c tèc ®é kh¸c nhau, V2 > V1, thÊy râ c¸c nhiÖt ®é b¾t
®Çu vµ kÕt thóc chuyÓn biÕn ë V2 lu«n lu«n cao h¬n c¸c nhiÖt ®é cïng lo¹i ë V1,
tøc lµ a2 > a1, b2 > b1 vµ thêi gian cÇn ®Ó hoµn thµnh chuyÓn biÕn còng ng¾n l¹i
117
118
t¬ng øng.
Nh vËy, tèc ®é nung nãng cµng cao chuyÓn biÕn peclit thµnh austenit x¶y
ra ë nhiÖt ®é cµng cao trong thê× gian cµng ng¾n. Trong thùc tÕ, ®Ó ®¹t ®îc
chuyÓn biÕn quy ®Þnh ph¶i nung nãng qu¸ nhiÖt ®é tíi h¹n t¬ng øng Ýt nhÊt lµ 20
÷ 30oC khi nung chËm (ñ) vµ cã thÓ tíi hµng tr¨m oC khi nung nhanh (nung c¶m
øng).
KÝch thíc h¹t austenit
Tuy austenit kh«ng tån t¹i ë nhiÖt ®é thêng song vÉn ph¶i ®Ó ý ®Õn cÊp
h¹t cña nã v× c¸c s¶n phÈm t¹o thµnh tõ c¸c h¹t nhá ausenit bao giê còng cã ®é
dÎo, ®é dai tréi h¬n so víi tõ h¹t lín austenit. V× vËy th«ng thêng trong bÊt kú
trêng hîp nµo còng yªu cÇu ph¶i ®¹t ®îc tæ chøc austenit h¹t nhá, muèn vËy
ph¶i biÕt quy luËt h×nh thµnh h¹t austenit còng nh sù lín lªn cña nã.
ChuyÓn biÕn peclit → austenit còng theo c¬ chÕ: t¹o vµ ph¸t triÓn mÇm nh
kÕt tinh. MÇm austenit ®îc t¹o nªn gi÷a hai pha ferit vµ xªmentit cña peclit (h×nh
4.4) do bÒ mÆt ph©n chia gi÷a chóng rÊt nhiÒu nªn sè mÇm t¹o thµnh còng rÊt
nhiÒu, v× thÕ h¹t austenit lóc míi t¹o thµnh rÊt nhá mÞn (cã thÓ nhá h¬n cÊp 8, tíi
cÊp 9, 10 nh biÓu thÞ ë h×nh 4.4d) (v× austenit cã 0,80%C trung gian gi÷a ferit 0%C, vµ xªmentit - 6,67%C, nªn mÇm austenit chØ cã thÓ sinh ra ë vïng gi÷a hai
pha c¬ b¶n nµy).
H×nh 4.4. Qu¸ tr×nh t¹o mÇm vµ ph¸t triÓn mÇm austenit tõ peclit (tÊm).
CÇn ghi nhí r»ng chuyÓn biÕn peclit → austenit bao giê còng lµm nhá h¹t
cña thÐp. HiÖu øng nµy cÇn ®îc chó ý, tËn dông triÖt ®Ó trong nhiÖt luyÖn. H¬n
n÷a h¹t austenit t¹o thµnh sÏ cµng nhá mÞn h¬n khi peclit ban ®Çu cã ®é ph©n t¸n
cµng cao (tøc phÇn tö xªmentit trong nã cµng bÐ) vµ tèc ®é nung nãng cµng lín.
Tuy ë nhiÖt ®é Ac1, lóc míi t¹o thµnh h¹t austenit kh¸ nhá mÞn, song nÕu
tiÕp tôc t¨ng nhiÖt ®é hoÆc gi÷ nhiÖt l©u sÏ lµm cho h¹t lín lªn. §©y lµ qu¸ tr×nh tù
nhiªn: h¹t to biªn giíi Ýt ®i lµm gi¶m n¨ng lîng dù tr÷. Sù lín lªn cña h¹t ë ®©y
theo c¬ chÕ c¸c h¹t lín h¬n "th«n tÝnh" hay "nuèt" c¸c h¹t bÐ (hay nãi kh¸c ®i c¸c
h¹t bÐ bao quanh nhËp vµo h¹t lín). Khi lµm nguéi, kÝch thíc h¹t austenit kh«ng
gi¶m ®i, vÉn gi÷ nguyªn cÊp h¹t lín nhÊt ®∙ ®¹t tríc ®ã.
Nh vËy, lóc míi t¹o thµnh c¸c h¹t austenit lµ nhá mÞn vµ khi nung nãng
tiÕp tôc (hay gi÷ nhiÖt) chóng l¹i lín lªn; nhng vÊn ®Ò cÇn quan t©m ë ®©y lµ
chóng lín lªn nh thÕ nµo ? nhanh hay chËm ?
Theo ®Æc tÝnh ph¸t triÓn cña h¹t austenit, cã thÓ chia ra hai lo¹i thÐp: thÐp
b¶n chÊt (di truyÒn) h¹t lín vµ nhá nh tr×nh bµy ë h×nh 4.5.
ThÐp b¶n chÊt h¹t lín lµ lo¹i cã h¹t austenit ph¸t triÓn nhanh vµ ®Òu ®Æn ë
mäi nhiÖt ®é (®êng II h×nh 4.5b) do ®ã khi nung nãng dÔ t¹o thµnh austenit lín,
sau khi lµm nguéi t¹o ra c¸c s¶n phÈm gißn. ThÐp b¶n chÊt h¹t nhá lµ lo¹i cã h¹t
118
119
austenit ph¸t triÓn chËm lóc ban dÇu, chØ khi vît qu¸ 930 ÷ 950oC h¹t míi ph¸t
triÓn nhanh, thËm chÝ rÊt nhanh (®êng I h×nh 4.5b). Do vËy víi c¸c d¹ng nhiÖt
luyÖn th«ng dông, nhiÖt ®é thêng thÊp h¬n 900oC, cao nhÊt còng chØ tíi 930 ÷
950oC (thÊm cacbon) thÐp b¶n chÊt h¹t nhá bao giê còng cho ra h¹t austenit bÐ h¬n
lo¹i thÐp b¶n chÊt h¹t lín. V× thÕ thÐp b¶n chÊt h¹t nhá cho c¬ tÝnh tæng hîp cao
h¬n, dÔ nhiÖt luyÖn h¬n vµ ®îc ®¸nh gi¸ cao, a chuéng h¬n. Tuy nhiªn nÕu nung
nãng ë nhiÖt ®é rÊt cao (> 1050 ÷ 1100oC) - trêng hîp qu¸ nhiÖt - t×nh h×nh cã thÓ
kh¸c ®i, thÐp b¶n chÊt h¹t nhá cã thÓ cho ra h¹t austenit lín h¬n lo¹i b¶n chÊt h¹t
lín.
H×nh 4.5. Gi¶n ®å pha Fe - C (a) vµ s¬ ®å ph¸t triÓn h¹t austenit
cña thÐp cïng tÝch (b) trong ®ã 1. thÐp b¶n chÊt h¹t nhá, 2. thÐp
b¶n chÊt h¹t lín, 3. h¹t b¶n chÊt, 4. h¹t khi nung nãng ®Ó nhiÖt
luyÖn, 5. h¹t peclit ban ®Çu, 6. h¹t austenit ban ®Çu.
Mét c©u hái ®Æt ra lµ: t¹i sao thÐp l¹i cã lo¹i b¶n chÊt h¹t nhá vµ lín,
khuynh híng ph¸t triÓn h¹t austenit kh¸c nhau ? §ã lµ do trong thÐp cã tån t¹i
nh÷ng yÕu tè c¶n trë sù ph¸t triÓn cña h¹t hay kh«ng trªn c¬ së cña lý thuyÕt hµng
rµo. §Æc tÝnh khö «xy vµ thµnh phÇn hãa häc lµ hai yÕu tè quan träng ¶nh hëng
®Õn b¶n chÊt hay tÝnh di truyÒn cña h¹t cña thÐp. NÕu thÐp ®îc khö «xy triÖt ®Ó,
khö thªm b»ng nh«m, sau khi kÕt tinh sÏ cã c¸c phÇn tö Al2O3, AlN n»m ë biªn
giíi nh lµ hµng rµo, ng¨n c¶n kh«ng cho c¸c h¹t austenit "nhËp" l¹i víi nhau, lo¹i
thÐp nµy cã b¶n chÊt h¹t nhá. ThÐp ®îc hîp kim hãa b»ng c¸c nguyªn tè t¹o
cacbit m¹nh vµ kh¸ m¹nh lµ Ti. V, Zr, Nb, W vµ Mo sÏ t¹o nªn c¸c cacbit hîp kim
khã tan còng lµ lo¹i thÐp cã b¶n chÊt h¹t nhá. Hai nguyªn tè cr«m vµ mangan lµ
119
120
lo¹i t¹o cacbit yÕu: cr«m lµm c¶n trë h¹t ph¸t triÓn kh«ng m¹nh, cßn mangan vµ
ph«tpho lµm h¹t ph¸t triÓn nhanh.
Nh vËy c¸c thÐp cacbon (kh«ng hîp kim hãa) nhÊt lµ lo¹i kh«ng ®îc khö
«xy tèt (thÐp s«i) thuéc lo¹i b¶n chÊt h¹t lín ë c¸c møc ®é kh¸c nhau.
4.2.2. C¸c chuyÓn biÕn x¶y ra khi gi÷ nhiÖt
TiÕp theo nung nãng lµ giai ®o¹n gi÷ nhiÖt, tuy kh«ng x¶y ra c¸c chuyÓn
biÕn míi song l¹i lµ cÇn thiÕt ®Ó:
- Lµm ®Òu nhiÖt ®é trªn tiÕt diÖn, ®Ó cho lâi còng cã chuyÓn biÕn nh ë bÒ
mÆt.
- Cã ®ñ thêi gian ®Ó hoµn thµnh c¸c chuyÓn biÕn khi nung nãng.
- Lµm ®ång ®Òu thµnh phÇn hãa häc cña austenit v× lóc ®Çu h¹t austenit cã
thµnh phÇn kh«ng ®ång nhÊt: n¬i tríc lµ ferit sÏ nghÌo cacbon, n¬i tríc lµ
xªmentit sÏ giµu cacbon. Trong giai ®o¹n nµy cacbon (vµ nguyªn tè hîp kim) sÏ
san b»ng nång ®é.
Thêi gian gi÷ nhiÖt chØ cÇn võa ®ñ, kh«ng nªn kÐo dµi qu¸ møc cÇn thiÕt sÏ
lµm h¹t lín vµ ®îc chän phô thuéc vµo c¸c c«ng nghÖ nhiÖt luyÖn cô thÓ. C¸c
c«ng nghÖ liªn quan ®Õn khuÕch t¸n nh hãa - nhiÖt luyÖn, ñ khuÕch t¸n thêi gian
nµy dµi, t«i c¶m øng - ng¾n (thêng lµ kh«ng cã).
Giai ®o¹n nung nãng ®Ó t¹o ra austenit trong qu¸ tr×nh nhiÖt luyÖn ®îc gäi
lµ giai ®o¹n austenit hãa.
4.2.3. C¸c chuyÓn biÕn cña austenit khi lµm nguéi chËm
Môc tiªu cña nung nãng vµ gi÷ nhiÖt lµ ®Ó t¹o nªn austenit h¹t nhá. B©y
giê h∙y xÐt xem khi lµm nguéi, austenit sÏ chuyÓn biÕn thµnh tæ chøc nµo víi c¬
tÝnh ra sao, ®iÒu nµy quyÕt ®Þnh c¬ tÝnh cña thÐp khi lµm viÖc hay gia c«ng tiÕp
theo: mÒm, cøng, bÒn, dÎo, dai ®Õn møc ®é nµo vµ rÊt kh¸c nhau ®îc quyÕt ®Þnh
ë giai ®o¹n nµy. Ph©n thµnh hai trêng hîp lín ®Ó xÐt: nguéi chËm vµ nguéi
nhanh. Tríc tiªn xÐt cho trêng hîp nguéi chËm. Tæ chøc t¹o thµnh khi lµm
nguéi phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè nh: ®é qu¸ nguéi, thµnh phÇn, tæ chøc cña thÐp
vv... vµ c¶ ph¬ng thøc lµm nguéi. Gièng nh khi nung nãng, ë ®©y tríc tiªn
còng kh¶o s¸t lµm nguéi ®¼ng nhiÖt cho thÐp cïng tÝch (0,80%C) lµ lo¹i cã tæ chøc
®¬n gi¶n h¬n c¶ (tæ chøc ban ®Çu chØ lµ peclit).
a. Gi¶n ®å chuyÓn biÕn ®¼ng nhiÖt cña austenit qu¸ nguéi
(gi¶n ®å T - T - T) cña thÐp cïng tÝch
Nh ®∙ biÕt tõ gi¶n ®å pha Fe - C, khi lµm nguéi, austenit chØ chuyÓn biÕn
thµnh peclit ë 727oC (tøc ∆To = 0) khi lµm nguéi rÊt chËm, ®iÒu nµy kh«ng x¶y ra
trong thùc tÕ. H∙y lµm quen víi mét d¹ng lµm nguéi Ýt gÆp trong thùc tÕ nhng l¹i
rÊt tiÖn cho viÖc x¸c ®Þnh ¶nh hëng cña ®é qu¸ nguéi ®Õn chuyÓn biÕn, ®ã lµ c¸ch
lµm nguéi ®¼ng nhiÖt: lµm nguéi nhanh austenit xuèng díi Ar1 (ë díi nhiÖt ®é
nµy austenit trë nªn kh«ng æn ®Þnh, chØ tån t¹i t¹m thêi trong mét thêi gian råi sÏ
bÞ chuyÓn biÕn), gi÷ nhiÖt ë ®ã råi ®o thêi gian b¾t ®Çu vµ kÕt thóc chuyÓn biÕn tõ
austenit thµnh hçn hîp ferit - xªmentit (ngêi ta lµm nguéi ®¼ng nhiÖt b»ng c¸ch
nhóng nh÷ng mÉu nhá, máng ®∙ austenit hãa vµo c¸c bÓ muèi ë c¸c nhiÖt ®é kh¸c
nhau).
120
121
Gi¶n ®å T - T - T
TiÕn hµnh nh trªn cho thÐp cïng tÝch (sau khi x¸c ®Þnh thêi gian b¾t ®Çu
vµ kÕt thóc chuyÓn biÕn ë c¸c nhiÖt ®é, ®¸nh dÊu chóng trªn biÓu ®å hÖ trôc nhiÖt
®é - thêi gian, cuèi cïng nèi c¸c ®iÓm b¾t ®Çu víi nhau, c¸c ®iÓm kÕt thóc víi
nhau) ta ®îc gi¶n ®å chuyÓn biÕn ®¼ng nhiÖt cña austenit qu¸ nguéi cho thÐp nµy
nh biÓu diÔn ë h×nh 4.6. Gi¶n ®å cßn cã tªn ®¬n gi¶n vµ th«ng dông lµ gi¶n ®å T T - T v× nã biÓu thÞ sù chuyÓn biÕn (transformation) cña austenit phô thuéc vµo
nhiÖt ®é (temperature) vµ thêi gian (time). Gi¶n ®å cã hai ®êng cong h×nh ch÷
"C", trong ®ã ch÷ "C" ®Çu tiªn (bªn tr¸i) biÓu thÞ sù b¾t ®Çu, cßn ch÷ "C" thø hai
biÓu thÞ sù kÕt thóc cña chuyÓn biÕn austenit thµnh hçn hîp cïng tÝch ferit xªmentit (v× thÕ trong s¸ch kü thuËt cña Nga ngêi ta gäi nã lµ gi¶n ®å ch÷ "C").
§©y lµ gi¶n ®å rÊt quan träng ®èi víi nhiÖt luyÖn thÐp vµ ®îc sö dông rÊt nhiÒu
®Ó x¸c ®Þnh tæ chøc sau khi lµm nguéi austenit, cÇn n¾m v÷ng.
H×nh 4.6. Gi¶n ®å T- T- T cña thÐp cïng tÝch.
C¸c s¶n phÈm cña sù ph©n hãa ®¼ng nhiÖt cña austenit qu¸ nguéi
Tõ gi¶n ®å T - T - T thÊy r»ng khi austenit bÞ nguéi (tøc thêi) xuèng díi
727oC nã cha chuyÓn biÕn ngay, ®iÒu ®ã cã nghÜa austenit cßn tån t¹i mét thêi
gian nhÊt ®Þnh tríc khi chuyÓn biÕn, ph©n hãa vµ ®îc gäi lµ austenit qu¸ nguéi,
kh«ng æn ®Þnh, kh¸c víi austenit tån t¹i ë trªn 727oC lµ lo¹i æn ®Þnh.
Trªn gi¶n ®å cã n¨m khu vùc râ rÖt:
- ë trªn 727oC lµ khu vùc tån t¹i cña austenit æn ®Þnh,
- bªn tr¸i ch÷ "C" ®Çu tiªn - austenit qu¸ nguéi,
121
122
- gi÷a hai ch÷ "C" - austenit chuyÓn biÕn (tån t¹i c¶ ba pha γ, F vµ Xe),
- bªn ph¶i ch÷ "C" thø hai - c¸c s¶n phÈm ph©n hãa ®¼ng nhiÖt cña austenit
qu¸ nguéi lµ hçn hîp ferit - xªmentit víi møc ®é nhá mÞn kh¸c nhau,
- díi ®êng Ms (~ 220 ÷ 240oC) - mactenxit + austenit d (sÏ nãi tíi vïng
nµy ë môc 4.2.4).
B©y giê h∙y xÐt xem lµm nguéi ®¼ng nhiÖt austenit víi c¸c møc ®é qu¸
nguéi kh¸c nhau sÏ ph©n hãa thµnh c¸c hçn hîp ferit - xªmentit víi c¸c ®Æc ®iÓm
nh thÕ nµo.
+ Khi gi÷ austenit qu¸ nguéi ë s¸t A1 (trªn díi 700oC, ∆T0 nhá, kho¶ng
25oC), sau thêi gian dµi (~ 100s) nã míi b¾t ®Çu ph©n hãa vµ tiÕp theo (sau ~
2000s) nã míi kÕt thóc chuyÓn biÕn. Hçn hîp ferit - xªmentit tÊm t¹o thµnh rÊt th«
to víi kho¶ng c¸ch d gi÷a c¸c tÊm vµo kho¶ng 10-3 mm (cì micr«met) ®îc gäi lµ
peclit (tÊm) víi ®é cøng thÊp nhÊt, HRC 10 ÷ 15 (HB 180 ÷ 220).
+ Khi gi÷ austenit qu¸ nguéi ë nhiÖt ®é thÊp h¬n (trªn díi 650oC, ∆T0 lín
h¬n, kho¶ng 75oC), nã sÏ b¾t ®Çu vµ kÕt thóc ph©n hãa sau thêi gian ng¾n h¬n râ
rÖt (sau gÇn 3 vµ 100s). Hçn hîp ferit - xªmentit tÊm t¹o thµnh sÏ mÞn (nhá) h¬n
®Õn møc kh«ng thÓ ph©n biÖt ®îc chóng trªn kÝnh hiÓn vi quang häc (kho¶ng
c¸ch d kho¶ng 0,25 ÷ 0,30µm). Tæ chøc nµy ®îc gäi lµ xoocbit (hay xoocbit t«i)
víi ®é cøng cao h¬n, cì HRC 25 ÷ 35.
+ Khi gi÷ austenit qu¸ nguéi ë nhiÖt ®é thÊp h¬n n÷a, øng víi ®Ønh låi ch÷
“C“ (tøc lóc austenit qu¸ nguéi kÐm æn ®Þnh nhÊt, kho¶ng 500 ÷ 600oC), nã sÏ
chuyÓn biÕn rÊt nhanh (sau kho¶ng 0,5 ÷ 0,8 vµ 8s). Hçn hîp ferit - xªmentit tÊm
t¹o thµnh sÏ cßn nhá mÞn h¬n n÷a, cµng kh«ng thÓ ph©n biÖt ®îc díi kÝnh hiÓn
vi quang häc (kho¶ng c¸ch d vµo kho¶ng 0,10 ÷ 0,15µm). Tæ chøc nµy ®îc gäi lµ
tr«xtit (hay tr«xtit t«i) víi ®é cøng cao h¬n n÷a, cì HRC 40. Ngêi ta gäi ba
chuyÓn biÕn trªn ®Òu lµ chuyÓn biÕn peclit, cßn xoocbit, tr«xtit ®îc coi lµ c¸c
d¹ng ph©n t¸n cña peclit.
+ Khi gi÷ austenit qu¸ nguéi ë nhiÖt ®é thÊp h¬n n÷a, øng víi ®o¹n díi
cña ch÷ "C", kho¶ng 450 ÷ 250oC, thêi gian chuyÓn biÕn l¹i kÐo dµi ra, c¬ chÕ
chuyÓn biÕn cã thay ®æi chót Ýt, t¹o nªn tæ chøc gäi lµ bainit. Mét c¸ch gÇn ®óng
cã thÓ coi bainit còng lµ hçn hîp ferit - xªmentit ë d¹ng tÊm nh trªn song cßn
mÞn h¬n n÷a (h¬n c¶ tr«xtit) víi ®é cøng cao h¬n, cì HRC 50 ÷ 55, song cã ®iÓm
h¬i kh¸c nhau (nhiÒu khi cã thÓ bá qua) nh sau:
• ferit h¬i qu¸ b∙o hßa cacbon (0,10% so víi giíi h¹n b∙o hßa lµ 0,006 ÷
0,02%),
• cacbit s¾t ë ®©y cã c«ng thøc cha h¼n lµ Fe3C song kh¸ gÇn lµ FexC víi
x = 2,4 ÷ 3,0,
• ngoµi hai pha ®ã ra cßn mét lîng nhá austenit (d).
Nh thÊy râ vÒ sau, c¸c ®Æc ®iÓm nµy h¬i gièng víi chuyÓn biÕn mactenxit
nªn cßn gäi chuyÓn biÕn bainit lµ chuyÓn biÕn trung gian (víi nghÜa trung gian
gi÷a chuyÓn biÕn peclit vµ chuyÓn biÕn mactenxit).
VËy vÒ c¬ b¶n cã thÓ coi peclit (tÊm), xoocbit, tr«xtit vµ c¶ bainit cã b¶n
chÊt gièng nhau lµ hçn hîp c¬ häc cïng tÝch cña ferit vµ xªmentit tÊm song trong
®ã theo thø tù tÊm cµng nhá mÞn h¬n vµ ®é cøng cµng cao h¬n.
Cã thÓ gi¶i thÝch ®iÒu ®ã nh sau. Gièng nh qu¸ tr×nh kÕt tinh, khi t¨ng ®é
qu¸ nguéi cña chuyÓn biÕn, sè mÇm kÕt tinh t¨ng lªn do ®ã xªmentit (cacbit) nhá
122
123
mÞn ®i. MÆc dï lîng xªmentit kh«ng thay ®æi (cïng cã 0,80%C víi 12%Xe +
88%F), nhng khi kÝch thíc xªmentit nhá ®i tøc lµ sè c¸c phÇn tö r¾n nµy t¨ng
lªn sÏ lµm t¨ng sù c¶n trît ®èi víi ferit, n©ng cao ®é cøng, ®é bÒn.
Nh vËy sau khi lµm nguéi ®¼ng nhiÖt austenit, tæ chøc nµo t¹o thµnh lµ
øng víi nhiÖt ®é gi÷ ®¼ng nhiÖt ®ã n»m ë nh¸nh nµo cña ch÷ "C":
+ khi ë nh¸nh trªn s¸t A1 ®îc peclit,
+ khi ë ®o¹n øng víi phÇn låi ®îc tr«xtit,
+ khi ë gi÷a hai møc trªn ®îc xoocbit,
+ khi ë nh¸nh díi ®îc bainit.
Sau khi lµm nguéi ®¼ng nhiÖt tæ chøc nhËn ®îc lµ ®ång nhÊt trªn tiÕt
diÖn.
b. Sù ph©n hãa cña austenit khi lµm nguéi liªn tôc
Trong thùc tÕ thêng dïng c¸ch lµm nguéi liªn tôc. Còng cã thÓ x©y dùng
gi¶n ®å chuyÓn biÕn cña austenit khi lµm nguéi liªn tôc víi c¸c tèc ®é nhanh chËm
kh¸c nhau, víi mçi tèc ®é nguéi x¸c ®Þnh c¸c nhiÖt ®é t¹i ®ã austenit qu¸ nguéi
b¾t ®Çu vµ kÕt thóc ph©n hãa ra hçn hîp ferit - xªmentit, råi nèi c¸c ®iÓm t¬ng
®«ng víi nhau l¹i nh biÓu diÔn ë h×nh 4.7. X©y dùng c¸c thÝ nghiÖm nh vËy kh¸
phøc t¹p vµ khã ®¹t ®îc møc ®é chÝnh x¸c cÇn thiÕt. Song ®Ó ®¬n gi¶n cã thÓ lîi
dông gi¶n ®å chuyÓn biÕn ®¼ng nhiÖt (h×nh 4.6) kÓ trªn ®Ó x¸c ®Þnh tæ chøc t¹o
thµnh khi lµm nguéi víi tèc ®é kh¸c nhau, nh biÓu diÔn ë h×nh 4.8.
H×nh 4.7. C¸c ®êng b¾t ®Çu vµ kÕt thóc chuyÓn biÕn austenit thµnh ferit xªmentit th« vµ mÞn t¬ng øng víi c¸c tèc ®é lµm nguéi chËm (35 oC/s) vµ nhanh
(140oC/s) ®èi víi thÐp cïng tÝch.
§Æc ®iÓm cña sù ph©n hãa austenit khi lµm nguéi liªn tôc lµ:
1) Víi c¸c tèc ®é nguéi kh¸c nhau, austenit bÞ qu¸ nguéi ®Õn c¸c nhiÖt ®é
123
124
kh¸c nhau (tÝnh tíi ®iÓm gÆp c¸c ®êng cong ch÷ "C") vµ ph©n hãa thµnh c¸c tæ
chøc t¬ng øng víi c¸c nhiÖt ®é ®ã. Lµm nguéi chËm cïng lß biÓu thÞ b»ng vect¬
V1 trªn h×nh 4.8, nã c¾t c¸c ®êng cong ch÷ "C" ë s¸t A1: austenit qu¸ nguéi ph©n
hãa ë nhiÖt ®é cao ®îc peclit tÊm víi ®é cøng thÊp nhÊt. Lµm nguéi trong kh«ng
khÝ tÜnh biÓu thÞ b»ng vect¬ V2, nã c¾t c¸c ®êng cong ch÷ "C" ë phÇn gi÷a cña
nh¸nh trªn: austenit qu¸ nguéi ph©n hãa thµnh xoocbit. Lµm nguéi trong kh«ng
khÝ nÐn biÓu thÞ b»ng vect¬ V3, nã c¾t c¸c ®êng cong ch÷ "C" ë phÇn låi: austenit
qu¸ nguéi ph©n hãa thµnh tr«xtit. Lµm nguéi trong dÇu biÓu thÞ b»ng vect¬ V4, nã
chØ c¾t phÇn låi cña ®êng cong ch÷ "C" thø nhÊt, austenit qu¸ nguéi chØ chuyÓn
biÕn mét phÇn thµnh tr«xtit vµ phÇn cßn l¹i sÏ chuyÓn biÕn thµnh mactenxit, cuèi
cïng cã tæ chøc tr«xtit + mactenxit (hay cßn gäi lµ b¸n mactenxit). Lµm nguéi
trong níc l¹nh biÓu thÞ b»ng vect¬ V5, nã kh«ng c¾t ®êng cong ch÷ "C" nµo, tøc
austenit kh«ng chuyÓn biÕn chót nµo thµnh hçn hîp ferit - xªmentit, phÇn lín
austenit qu¸ nguéi chuyÓn thµnh mactenxit. Nh vËy, khi lµm nguéi liªn tôc t¹o
thµnh tæ chøc nµo lµ hoµn toµn tïy thuéc vµo vÞ trÝ cña vect¬ biÓu thÞ tèc ®é nguéi
trªn ®êng cong ch÷ "C".
H×nh 4.8. Gi¶n ®å T - T - T cña
thÐp cïng tÝch vµ c¸c vect¬ biÓu thÞ
tèc ®é nguéi V1 < V2 < V3 < V4 < V5.
2) Tæ chøc ®¹t ®îc thêng lµ kh«ng ®ång nhÊt trªn toµn tiÕt diÖn nhÊt lµ
trong trêng hîp tiÕt diÖn lín. Do ë ngoµi bao giê còng bÞ nguéi nhanh h¬n trong
lâi nªn thêng cã tæ chøc víi ®é cøng cao h¬n.
3) Kh«ng ®¹t ®îc tæ chøc hoµn toµn bainit (vÒ mÆt h×nh häc cã thÓ dÔ
dµng thÊy ®iÒu nµy tõ d¹ng cña ch÷ "C"), trong mét sè trêng hîp cã thÓ ®¹t ®îc
tæ chøc nµy cïng víi tr«xtit vµ mactenxit. ChØ ®¹t ®îc hoµn toµn bainit b»ng c¸ch
lµm nguéi ®¼ng nhiÖt nh ®∙ tr×nh bµy.
4) Nh÷ng ®iÒu trªn chØ ®óng víi thÐp cacbon. Víi thÐp hîp kim vÞ trÝ cña
c¸c ®êng cong ch÷ "C" dÞch sang ph¶i víi c¸c møc ®é kh¸c nhau nªn cã thÓ c¸c
®Æc ®iÓm trªn kh«ng cßn phï hîp hay kh«ng hoµn toµn phï hîp:
+ Tèc ®é nguéi cÇn thiÕt ®Ó ®¹t ®îc c¸c tæ chøc trªn sÏ gi¶m ®i mét c¸ch
t¬ng øng. VÝ dô khi lµm nguéi cïng lß (V1) còng cã thÓ ®¹t ®îc xoocbit, tr«xtit;
víi mét sè lo¹i thÐp hîp kim cao khi lµm nguéi trong kh«ng khÝ (V2, V3) còng cã
thÓ ®¹t tæ chøc mactenxit.
+ Sù kh«ng ®ång nhÊt vÒ tæ chøc trªn tiÕt diÖn gi¶m ®i thËm chÝ cã thÓ ®¹t
®îc ®ång nhÊt ngay víi tiÕt diÖn lín.
124
125
c. Gi¶n ®å T - T - T cña c¸c thÐp kh¸c cïng tÝch
C¨n cø chñ yÕu ®Çu tiªn ®Ó xÐt tæ chøc t¹o thµnh khi lµm nguéi thÐp nµo ®ã
lµ gi¶n ®å T - T - T cña chÝnh thÐp ®ã. Ta míi nãi ®Õn thÐp cïng tÝch song phÇn
lín c¸c thÐp dïng lµ tríc cïng tÝch vµ Ýt h¬n lµ sau cïng tÝch th× nh thÕ nµo?
C¸c thÐp tríc vµ sau cïng tÝch còng cã d¹ng cña gi¶n ®å T - T - T nh
thÐp cïng tÝch song cã phÇn phøc t¹p h¬n, tøc còng cã d¹ng cña hai ch÷ “C“
nhng cã thªm nh¸nh phô ë phÝa trªn, bªn tr¸i cña ch÷ "C" thø nhÊt (h×nh 4.9) ®Ó
biÓu thÞ sù tiÕt ra ferit hoÆc xªmentit II (tïy thuéc vµo lµ thÐp tríc hay sau cïng
tÝch) tríc khi ph©n hãa thµnh hçn hîp ferit - xªmentit vµ mét ®êng ngang A3
hay Acm.
Ta chó ý tíi ba ®Æc ®iÓm kh¸c biÖt sau ®©y.
1) VÞ trÝ cña c¸c ®êng cong (ch÷ "C" vµ nh¸nh phô) dÞch sang tr¸i mét
chót, cµng xa cïng tÝch sù lÖch nµy cµng nhiÒu. Nãi kh¸c ®i c¸c thÐp cµng kh¸c
cïng tÝch cã tÝnh æn ®Þnh cña austenit qu¸ nguéi kÐm h¬n thÐp cïng tÝch ®«i chót.
§iÒu ®ã gi¶i thÝch b»ng sù khã ®¹t ®îc austenit ®ång nhÊt khi nung nãng.
H×nh 4.9. H×nh d¹ng tæng qu¸t cña
gi¶n ®å T -T - T cña thÐp kh¸c cïng
tÝch.
2) Khi lµm nguéi ®¼ng nhiÖt víi ®é qu¸ nguéi nhá (®êng 1 h×nh 4.10) hay
lµm nguéi chËm liªn tôc (®êng 2), tho¹t tiªn austenit qu¸ nguéi sÏ tiÕt ra ferit (®èi
víi thÐp tríc cïng tÝch) vµ xªmentit II (®èi víi thÐp sau cïng tÝch) tríc (khi
vect¬ nguéi gÆp nh¸nh phô), sau ®ã míi ph©n hãa ra hçn hîp ferit - xªmentit.
Trong trêng hîp nµy tæ chøc ®¹t ®îc sau khi nguéi:
H×nh 4.10. Sù tiÕt ra ferit hay
xªmentit II khi lµm nguéi ®¼ng
nhiÖt víi ®é qu¸ nguéi nhá (1)
vµ chËm liªn tôc (2).
125
126
+ ®èi víi thÐp tríc cïng tÝch lµ F + P (®«i khi F + xoocbit),
+ ®èi víi thÐp sau cïng tÝch lµ P + XeII (®«i khi xoocbit + XeII).
3) Khi lµm nguéi ®¼ng nhiÖt víi ®é qu¸ nguéi ®ñ lín hay lµm nguéi (liªn
tôc) ®ñ nhanh ®Ó vect¬ biÓu diÔn qu¸ tr×nh nguéi cña chóng kh«ng gÆp nh¸nh phô,
austenit qu¸ nguéi ph©n hãa ngay ra hçn hîp ferit - xªmentit díi d¹ng xoocbit,
tr«xtit, bainit (riªng bainit chØ khi lµm nguéi ®¼ng nhiÖt). §¬ng nhiªn c¸c tæ chøc
kh«ng cã thµnh phÇn ®óng 0,80%C nh trong thÐp cïng tÝch vµ chóng ®îc gäi lµ
cïng tÝch gi¶.
§èi víi thÐp hîp kim ngoµi ¶nh hëng cña cacbon nh trªn gi¶n ®å cßn
chÞu ¶nh hëng m¹nh cña c¸c nguyªn tè hîp kim, díi t¸c dông nµy c¸c ®êng
cong ch÷ "C" dÞch rÊt m¹nh sang ph¶i, lµm t¨ng tÝnh æn ®Þnh cña austenit qu¸
nguéi (tØ mØ ®îc tr×nh bµy ë ch¬ng sau, môc 5.1.2d).
4.2.4. ChuyÓn biÕn cña austenit khi lµm nguéi nhanh -
ChuyÓn biÕn mactenxit (khi t«i)
NÕu lµm nguéi nhanh austenit víi tèc ®é thÝch hîp sao cho vect¬ biÓu diÔn
qu¸ tr×nh nguéi cña nã kh«ng c¾t ®êng cong ch÷ "C", th× nã kh«ng kÞp chuyÓn
biÕn thµnh hçn hîp ferit - xªmentit, mµ chØ cã chuyÓn biÕn thï h×nh (chuyÓn kiÓu
m¹ng tinh thÓ) cña s¾t tõ Feγ sang Feα (tøc kh«ng cã sù tËp trung cña cacbon ®Ó
t¹o nªn xªmentit Fe3C) x¶y ra ë nhiÖt ®é thÊp (tõ 250 ÷ 220oC trë xuèng). §ã lµ
thùc chÊt cña chuyÓn biÕn khi lµm nguéi nhanh austenit → mactenxit, x¶y ra khi
t«i.
H×nh 4.11. Gi¶n ®å T - T - T
vµ tèc ®é t«i tíi h¹n Vth (tm vµ
Tm0
- thêi gian vµ nhiÖt ®é
øng víi austenit kÐm æn ®Þnh
nhÊt).
tm
Tèc ®é lµm nguéi nhá nhÊt ®Ó g©y ra chuyÓn biÕn nµy lµ tèc ®é øng víi
vect¬ tiÕp xóc víi ®êng "C" thø nhÊt ë phÇn låi, ®îc gäi lµ tèc ®é t«i tíi h¹n
(hay cßn gäi lµ tèc ®é lµm nguéi tíi h¹n) Vth (h×nh 4.11). VËy khi lµm nguéi nhanh
liªn tôc austenit (víi tèc ®é b»ng hay vît qu¸ tèc ®é t«i tíi h¹n) sÏ nhËn ®îc
mactenxit. §©y lµ tæ chøc ®Æc trng cña qu¸ tr×nh lµm nguéi nhanh liªn tôc (t«i).
Tríc tiªn h∙y xÐt b¶n chÊt cña mactenxit.
a. B¶n chÊt cña mactenxit
Mactenxit lµ dung dÞch r¾n xen kÏ qu¸ b∙o hßa cña cacbon trong Feα víi
126
127
nång ®é cacbon nh cña austenit, cã kiÓu m¹ng chÝnh ph¬ng t©m khèi vµ cã ®é
cøng cao.
Cã thÓ gi¶i thÝch lÇn lît c¸c ®Æc tÝnh trªn cña mactenxit nh sau.
- Do lµm nguéi nhanh, cacbon trong Feγ (austenit) kh«ng kÞp tiÕt ra (®Ó t¹o
thµnh xªmentit), khi ®¹t ®Õn nhiÖt ®é t¬ng ®èi thÊp chØ x¶y ra qu¸ tr×nh chuyÓn
m¹ng cña Feγ (t©m mÆt) sang Feα (t©m khèi):
(austenit) Feγ (C) → Feα (C) (mactenxit)
v× thÕ nång ®é cacbon trong hai pha nµy lu«n lu«n b»ng nhau.
- Víi nång ®é cacbon th«ng thêng (vÝ dô 0,80%) trong Feγ sÏ lµ qu¸ b∙o
hßa ë trong Feα v× ®é hßa tan cacbon trong d¹ng thï h×nh nµy rÊt thÊp (0,006 ÷
0,02%).
- Nguyªn tö cacbon hßa tan trong Feα b»ng c¸ch xen kÏ vµo c¸c lç hæng
cña m¹ng nµy. Qua nghiªn cøu thÊy r»ng nguyªn tö cacbon sÏ n»m ë trong lç hæng
t¸m mÆt tøc lµ ë gi÷a c¸c mÆt bªn hay ë gi÷a c¸c c¹nh cña « c¬ së (h×nh 4.12).
Nh thÊy râ lç hæng nµy lµ kh«ng ®èi xøng nªn qu¶ cÇu cacbon mét khi lät vµo sÏ
lµm gi∙n c¸c nguyªn tö Fe ra xa kh«ng ®Òu, kÐo dµi mét c¹nh ra m¹nh h¬n so víi
hai c¹nh kia, lµm cho m¹ng tõ lËp ph¬ng t©m khèi (cña Feα) chuyÓn sang chÝnh
ph¬ng t©m khèi. Tû sè c/a ®îc gäi lµ ®é chÝnh ph¬ng cña mactenxit, cã gi¸ trÞ
thay ®æi trong kho¶ng 1,001 ÷ 1,06 (cÇn chó ý r»ng ®©y chØ lµ tû lÖ trung b×nh cho
c¸c « c¬ së, v× cacbon kh«ng thÓ ®i vµo tÊt c¶ mäi lç hæng cña austenit còng nh
mactenxit, xem l¹i môc 3.1.2c vµ 1.4.1a).
H×nh 4.12. « c¬ së cña
m¹ng tinh thÓ mactenxit.
- Nguyªn tö cacbon chui vµo lç hæng cña Feα lµm cho m¹ng tinh thÓ cña
s¾t bÞ x« lÖch, trë nªn khã biÕn d¹ng dÎo vµ do ®ã cã ®é cøng cao nhÊt (cao h¬n c¶
bainit, tr«xtit..., chóng chØ lµ hçn hîp ferit - xªmentit, trong ®ã ferit dÎo, vÉn cã
thÓ biÕn d¹ng dÎo ®îc).
127
128
b. C¸c ®Æc ®iÓm cña chuyÓn biÕn mactenxit
Kh¸c víi chuyÓn biÕn peclit, chuyÓn biÕn mactenxit cã nh÷ng ®Æc ®iÓm
sau.
1) ChØ x¶y ra khi lµm nguéi nhanh vµ liªn tôc austenit víi tèc ®é lín h¬n
hay b»ng tèc ®é t«i tíi h¹n Vth. ChuyÓn biÕn mactenxit kh«ng x¶y ra khi lµm
nguéi ®¼ng nhiÖt.
2) ChuyÓn biÕn lµ kh«ng khuÕch t¸n: cacbon hÇu nh gi÷ nguyªn vÞ trÝ, cßn
s¾t chuyÓn dêi vÞ trÝ ®Ó t¹o kiÓu m¹ng míi lµ lËp ph¬ng t©m khèi, nhng sù
chuyÓn dêi nµy kh«ng vît qu¸ mét th«ng sè m¹ng. Gi÷a m¹ng cña austenit (A1)
vµ mactenxit (gÇn nh A2) cã mèi quan hÖ ®Þnh híng x¸c ®Þnh sao cho c¸c mÆt
vµ ph¬ng dµy ®Æc nhÊt cña chóng song song víi nhau.
3) Lµ qu¸ tr×nh t¹o ra kh«ng ngõng c¸c tinh thÓ míi víi tèc ®é ph¸t triÓn
rÊt lín, tíi hµng ngh×n m/s. Tinh thÓ mactenxit cã d¹ng h×nh kim, ®Çu nhän lµm
víi nhau c¸c gãc 60 hay 120o.
4) ChØ x¶y ra trong kho¶ng gi÷a hai nhiÖt ®é (®iÓm) b¾t ®Çu Ms vµ kÕt thóc
Mf (víi c¸c nghÜa s - start - b¾t ®Çu, f - finish kÕt thóc). Ngoµi kho¶ng ®ã austenit
qu¸ nguéi kh«ng chuyÓn biÕn thµnh mactenxit. VÞ trÝ cña hai ®iÓm nµy kh«ng phô
thuéc vµo tèc ®é nguéi mµ chØ phô thuéc vµo thµnh phÇn cacbon vµ hîp kim cña
austenit (mµ kh«ng ph¶i lóc nµo còng ®ång nghÜa víi thµnh phÇn cacbon cña thÐp)
[trong trêng hîp ë tr¹ng th¸i nung nãng thÐp cã tæ chøc nhiÒu pha (vÝ dô austenit
vµ cacbit), râ rµng lµ thµnh phÇn austenit kh¸c víi thµnh phÇn thÐp, chØ khi nung
nãng tíi tr¹ng th¸i hoµn toµn austenit th× thµnh phÇn pha nµy míi trïng víi thµnh
phÇn cña thÐp]. Nãi chung austenit cµng nhiÒu cacbon vµ nguyªn tè hîp kim (trõ
Si, Co vµ Al), c¸c ®iÓm nµy cµng thÊp. Mét sè thÐp chøa cacbon vµ nguyªn tè hîp
kim cao cã hai ®iÓm nµy kh¸ thÊp.
5) ChuyÓn biÕn x¶y ra kh«ng hoµn toµn. Thùc nghiÖm cho thÊy khi lµm
nguéi cµng gÇn tíi ®iÓm Mf, lîng mactenxit t¹o thµnh cµng nhiÒu song kh«ng bao
giê ®¹t ®îc tû lÖ 100% mactenxit, mµ vÉn cßn l¹i mét lîng nhÊt ®Þnh pha ban
®Çu (austenit) kh«ng thÓ chuyÓn biÕn, ®îc gäi lµ austenit d.
H×nh 4.13. §êng cong ®éng
häc chuyÓn biÕn mactenxit.
§êng cong ®éng häc chuyÓn biÕn mactenxit trªn h×nh 4.13 cho biÕt lîng
còng nh tèc ®é t¹o thµnh mactenxit khi gi¶m nhiÖt ®é. Qua ®ã cã thÓ thÊy r»ng
khi ®iÓm Mf < nhiÖt ®é thêng (~20oC) - ®iÒu nµy thêng x¶y ra v× Mf cña c¸c thÐp
®Òu ë nhiÖt ®é ©m - b»ng c¸ch lµm nguéi th«ng thêng kh«ng thÓ ®¹t ®îc lîng
128
129
mactenxit tèi ®a, ®Æc biÖt khi Mf qu¸ thÊp (vÝ dô -100oC) lîng austenit cã thÓ kh¸
cao (20 ÷ 30%) ¶nh hëng m¹nh ®Õn ®é cøng. Nguyªn nh©n tån t¹i austenit d
cïng víi mactenxit lµ do sù kh¸c nhau vÒ thÓ tÝch riªng cña hai pha nµy: VM > Vγ
(v× mactenxit lµ Feα(C), Feα cã mËt ®é thÓ tÝch thÊp h¬n Feγ nªn sÏ cã thÓ tÝch
riªng lín h¬n), v× thÕ khi chuyÓn biÕn austenit → mactenxit thÓ tÝch sÏ t¨ng lªn, do
vËy phÇn austenit cha chuyÓn biÕn bÞ søc Ðp ngµy mét t¨ng ®Õn møc kh«ng thÓ
chuyÓn biÕn hÕt ®îc. Lîng austenit d tån t¹i trong thÐp t«i phô thuéc vµo c¸c
yÕu tè sau:
+ VÞ trÝ cña ®iÓm Mf: ®iÓm Mf cµng thÊp díi 20oC lîng austenit d cµng
nhiÒu. §©y lµ yÕu tè quan träng nhÊt. C¸c nh©n tè lµm gi¶m ®iÓm Mf nh t¨ng
lîng nguyªn tè hîp kim trong austenit, còng ®Òu lµm t¨ng lîng austenit d cña
thÐp t«i.
+ Lîng cacbon trong mactenxit cµng nhiÒu thÓ tÝch riªng cña nã cµng lín
(do sù t¨ng cña ®é chÝnh ph¬ng c/a) lµm lîng austenit d cµng nhiÒu.
c. C¬ tÝnh cña mactenxit
Mactenxit lµ tæ chøc quan träng nhÊt ®îc t¹o thµnh khi t«i thÐp, quyÕt
®Þnh c¬ tÝnh cña thÐp t«i. C¬ tÝnh næi bËt cña nã lµ cøng vµ gißn.
§é cøng
§é cøng cao cña mactenxit lµ do cacbon hßa tan xen kÏ lµm x« lÖch m¹ng
tinh thÓ cña s¾t, nªn nã chØ phô thuéc nång ®é cacbon qu¸ b∙o hßa trong nã: ®¹i
lîng nµy cµng cao, x« lÖch m¹ng cµng m¹nh (tû sè c/a cµng lín), ®é cøng cµng
cao (h×nh 4.14). Nh thÕ:
- mactenxit chøa Ýt cacbon, ≤ 0,25%, ®é cøng kh«ng cao chØ kho¶ng ≤
HRC 40,
- mactenxit chøa cacbon trung b×nh, 0,40 ÷ 0,50%, ®é cøng t¬ng ®èi cao,
HRC ≥ 50,
- mactenxit chøa cacbon cao, ≥ 0,60%, ®é cøng cao, HRC ≥ 60.
ë ®©y cÇn ph©n biÖt ®é cøng cña pha mactenxit vµ ®é cøng cña thÐp t«i v×
hai ®¹i lîng nµy kh«ng ph¶i lóc nµo còng ®ång nhÊt víi nhau. Thùc ra ®é cøng
cña thÐp t«i bao giê còng lµ ®é cøng tæng hîp cña hçn hîp mactenxit + austenit
d, ®«i khi c¶ cacbit (xªmentit II) n÷a vµ tu©n theo quy luËt kÕt hîp hay trung b×nh
céng nh ®∙ tr×nh bµy ë môc 3.2.8b. Nh ®∙ biÕt austenit cã ®é cøng thÊp, nÕu nã
tån t¹i víi tû lÖ ®¸ng kÓ (> 10%) lµm ®é cøng cña thÐp t«i nhá h¬n ®é cøng cña
pha mactenxit tøc cha ®¹t ®Õn gi¸ trÞ cao nhÊt, cßn víi tû lÖ kh«ng ®¸ng kÓ (vµi
%) th× ®é cøng cña thÐp t«i chÝnh lµ ®é cøng cña mactenxit tøc ®¹t ®îc gi¸ trÞ cao
nhÊt. Víi thÐp cacbon thÊp vµ trung b×nh, do ®iÓm Mf cao, thÓ tÝch riªng cña
mactenxit cha lín, austenit d thÊp, kh«ng ¶nh hëng ®Õn ®é cøng cña thÐp t«i.
ChØ víi thÐp cacbon cao vµ hîp kim cao lµm t¨ng thÓ tÝch riªng cña mactenxit vµ
h¹ thÊp m¹nh Mf míi lµm t¨ng m¹nh lîng austenit d, ¶nh hëng ®Õn ®é cøng
cña thÐp t«i (h¹ thÊp tõ vµi, ba ®Õn 10 ®¬n vÞ HRC so víi khi kh«ng cã austenit
d).
§é cøng cao dÉn ®Õn n©ng cao tÝnh chèng mµi mßn lµ u ®iÓm cña pha
mactenxit, song cÇn nhí lµ u ®iÓm nµy chØ ph¸t huy ®îc ë nh÷ng thÐp cã ≥
0,40%C.
TÝnh gißn
Tr¸i l¹i, tÝnh gißn lµ nhîc ®iÓm cña mactenxit v× khi tÝnh gißn cao hoÆc
129
130
qu¸ cao lµm h¹n chÕ sö dông thËm chÝ kh«ng thÓ dïng ®îc. Mactenxit gißn còng
lµ do x« lÖch m¹ng nh nguyªn nh©n g©y ra ®é cøng, ngoµi ra cßn do tån t¹i øng
suÊt d (hay øng suÊt bªn trong) trong nã. Thêng lµ ®é cøng cµng cao tÝnh gißn
còng cµng cao, song ngoµi ra tÝnh gißn còng cã thÓ biÕn ®éng trong ph¹m vi kh¸
réng phô thuéc vµo c¸c yÕu tè sau ®©y:
H×nh 4.14. Sù phô thuéc cña ®é chÝnh ph¬ng c/a (a)
vµ ®é cøng mactenxit (b) vµo nång ®é cacbon trong nã
+ Kim mactenxit cµng nhá tÝnh gißn cµng thÊp, muèn ®¹t ®îc ®iÒu nµy
h¹t austenit khi nung nãng ph¶i nhá.
+ øng suÊt bªn trong cµng nhá tÝnh gißn cµng thÊp.
Do vËy ®Ó võa b¶o ®¶m ®îc hai tÝnh chÊt ®èi lËp nhau lµ ®é cøng cao vµ
tÝnh gißn thÊp ë c¸c thÐp kÕt cÊu vµ dông cô ngêi ta ph¶i sö dông c¸c thÐp b¶n
chÊt h¹t nhá, khèng chÕ ®óng nhiÖt ®é t«i vµ dïng c¸c ph¬ng ph¸p t«i thÝch hîp
®Ó gi¶m øng suÊt bªn trong nh t«i ph©n cÊp, ®¼ng nhiÖt vµ ram ngay tiÕp theo.
4.2.5. ChuyÓn biÕn khi nung nãng thÐp ®· t«i (khi ram)
Sau khi t«i ®¹t ®îc mactenxit vµ mét lîng nhÊt ®Þnh austenit d, thÐp cã
®é cøng cao song víi tÝnh gißn lín, tån t¹i øng suÊt bªn trong, tæ chøc kh«ng æn
®Þnh cha phï hîp víi ®iÒu kiÖn lµm viÖc, cÇn ph¶i cã thªm sau ®ã mét nguyªn
c«ng chØnh - nung nãng l¹i, ®îc gäi lµ ram.
a. TÝnh kh«ng æn ®Þnh cña mactenxit vµ austenit
Theo gi¶n ®å pha Fe - C, tõ nhiÖt ®é thêng ®Õn 727oC tæ chøc æn ®Þnh cña
thÐp lµ hçn hîp ferit - xªmentit tøc peclit. Do vËy hai pha mactenxit vµ austenit d
®Òu lµ c¸c pha kh«ng æn ®Þnh, cã khuynh híng chuyÓn biÕn thµnh hçn hîp trªn.
Nh ®∙ biÕt, mactenxit kh«ng æn ®Þnh lµ do qu¸ b∙o hßa cacbon, lîng
cacbon thõa sÏ tiÕt ra ë d¹ng xªmentit vµ phÇn cßn l¹i mÊt hÕt cacbon trë thµnh
ferit:
Feα(C) → Fe3C + Feα
cßn austenit, nã kh«ng tån t¹i æn ®Þnh díi 727oC vµ còng cã khuynh híng
chuyÓn biÕn thµnh hçn hîp ferit - xªmentit:
Feγ(C) → Fe3C + Feα
CÇn chó ý:
- Mactenxit vµ austenit cã khuynh híng biÕn thµnh hçn hîp ferit xªmentit, song ë nhiÖt ®é thêng chuyÓn biÕn nµy x¶y ra rÊt chËm ®Õn møc khã
nhËn thÊy, v× thÕ trong thùc tÕ ta ph¶i nung nãng ®Ó thóc ®Èy qu¸ tr×nh chuyÓn
130
131
biÕn nµy.
- Hai pha nµy kh«ng chuyÓn biÕn ngay thµnh hçn hîp ferit - xªmentit mµ
ph¶i qua tæ chøc trung gian lµ mactenxit ram theo s¬ ®å:
mactenxit
mactenxit ram → [ferit + xªmentit].
austenit d
b. C¸c chuyÓn biÕn x¶y ra khi ram
Theo sù t¨ng cña nhiÖt ®é nung nãng, thÐp cïng tÝch (0,80%C) ®∙ t«i víi tæ
chøc mactenxit + austenit d lÇn lît qua c¸c giai ®o¹n víi c¸c chuyÓn biÕn nh
sau.
Giai ®o¹n I (< 200oC)
- < 80oC trong thÐp t«i cha cã chuyÓn biÕn g×, tøc vÉn cã mactenxit +
austenit d.
- Tõ 80 ®Õn 200oC: austenit d cha chuyÓn biÕn, chØ cã mactenxit chuyÓn
biÕn b»ng c¸ch cacbon trong nã tËp trung l¹i, tiÕt ra ë d¹ng c¸c phÇn tö cacbit ε víi
c«ng thøc FexC (x thay ®æi trong ph¹m vi 2,0 ÷ 2,4) ë d¹ng tÊm máng vµ rÊt ph©n
t¸n, lîng cacbon cßn l¹i trong mactenxit gi¶m ®i tõ 0,80% xuèng cßn kho¶ng
0,25 ÷ 0,40% víi tû sè c/a gi¶m ®i. Hçn hîp mactenxit Ýt cacbon vµ cacbit ε ®ã
®îc gäi lµ mactenxit ram [gi÷a hai pha trªn cã cÊu tróc liÒn m¹ng (coherent),
m¹ng tinh thÓ biÕn ®æi liªn tôc, ®Òu ®Æn, kh«ng thay ®æi ®ét ngét vµ kh«ng cã ranh
giíi pha râ rµng].
Cã thÓ tr×nh bµy chuyÓn biÕn trong giai ®o¹n nµy díi d¹ng s¬ ®å sau:
(mactenxit t«i) Feα(C)0,8 → [Feα(C)0,25 ÷ 0,40 + Fe2 ÷ 2,4C] (mactenxit ram)
VËy cuèi giai ®o¹n nµy thÐp t«i cã tæ chøc mactenxit ram vµ austenit d.
Giai ®o¹n II (200 ÷ 260oC)
Trong giai ®o¹n nµy cacbon vÉn tiÕp tôc tiÕt ra khái mactenxit lµm hµm
lîng cacbon trong dung dÞch r¾n chØ cßn kho¶ng 0,15 ÷ 0,20%, song nÐt ®Æc biÖt
lµ cã chuyÓn biÕn míi - austenit d thµnh mactenxit ram:
(austenit d) Feγ(C)0,8 → [Feα(C)0,15 ÷ 0,20 + Fe2 ÷ 2,4C] (mactenxit ram)
Cuèi giai ®o¹n nµy thÐp t«i cã tæ chøc mactenxit ram gåm cacbit ε vµ
mactenxit nghÌo cacbon (0,15 ÷ 0,20%).
Mactenxit ram lµ tæ chøc cøng kh«ng kÐm (nÕu cã th× chØ lµ chót Ýt)
mactenxit t«i, song l¹i Ýt gißn h¬n do gi¶m ®îc øng suÊt bªn trong (do cacbon tiÕt
bít ra khái dung dÞch r¾n gi¶m chót Ýt x« lÖch m¹ng).
§èi víi c¸c thÐp t«i b×nh thêng, khi ram ®Õn ®©y ®é cøng vÉn gi÷ nguyªn
hoÆc chØ gi¶m chót Ýt (kho¶ng mét, cïng l¾m lµ hai ®¬n vÞ HRC). Song ë mét sè
thÐp sau khi t«i cã lîng austenit d lín (hµng chôc %), khi ram ®Õn ®©y ®é cøng
cã thÓ t¨ng lªn (thªm 2 ÷ 3, c¸ biÖt cã thÓ tíi 10 ®¬n vÞ HRC) do hiÖu øng t¨ng ®é
cøng nhê chuyÓn biÕn austenit d thµnh mactenxit ram m¹nh h¬n hiÖu øng gi¶m
®é cøng do cacbon tiÕt ra khái dung dung dÞch r¾n. HiÖn tîng nµy ®îc gäi lµ ®é
cøng thø hai.
Giai ®o¹n III (260 ÷ 400oC)
KÕt thóc giai ®o¹n II thÐp t«i cã tæ chøc mactenxit ram gåm hai pha:
mactenxit nghÌo cacbon (0,15 ÷ 0,20%) vµ cacbit ε (Fe2 ÷ 2,4C), ®Õn giai ®o¹n III
nµy c¶ hai pha ®Òu chuyÓn biÕn:
- TÊt c¶ cacbon qu¸ b∙o hßa ®îc tiÕt hÕt ra khái mactenxit díi d¹ng
131
- Xem thêm -
.PDF 
52 
363 
59 
