Tài liệu Nhiệt luyện thép

  • Số trang: 52 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 115 |
  • Lượt tải: 0
tranbon

Đã đăng 976 tài liệu

Mô tả:

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 -