GIÀN ĐỒ TRẠNG THÁI CỦA Hộp KIM HAI CẤU TỬ
Hình 2.21. TỔ chức tế vỉ các thép trước cùng tích
a) 0,2%C; b) 0,6%c
Hình 2.21 biểu thị tổ chức tế vi của thép trước cùng tích, trong đó các h ạt sáng là ferit, các hạt màu tối là peclit (với độ phóng đại lớn có thể phân biệt ferit và xêm entit ô dạng tấm trong peclit). Thép càng nhiều cacbon, lượng peclit càng nhiều do đó phầri tối sẽ chiếm càng nhiều trê n tổ chức tế vi, dựa vào đó có thể xác định gần đúng lượng cacbon.
Thép cùng tích với tổ chức là peclit như đâ trìn h bày ờ H.2.18. Hình 2.22 biểu hiện hai tổ chữc tế vi của một thổp sau cùng tích (1,2%C). Trong đó ồ H.2.21a pẹclit ở dạng tẩm và xêmentit thứ hai ở
dạn* lưới sáng bao quanh peclit, ở H.2.21b peclit ở dạng hạt, trong đó xêm entit của peclit là các h ạ t sáng nhỏ, xêm entit thứ hai là các h ạ t sáng lớn, nền sáng là ferit.
a) b)
H ình 2.22. Tổ chức tế vi của thép sau cùng tích (1,2% C) a) peclit ở dạng tẩm; b) pecỉit ở dạng hạt
3- TỔ chức t ế vi của gang trắng
Đặc điểm quan trọng n hất về tổ chức tế vi của các loại gang trắng là trong mỗi loại đều có lêđêburit là hỗn hợp cơ học cùng tinh của peclit và xêmentit.
H ình 2.23. Tổ chức tế ưỉ của H ình 2.24. Tổ chức tế vi cùa gang tráng trước cùng tỉnh, 200x gang trắng sau cùng tỉnh, 200x
Hình 2.23 và H.2.24 là tổ chức tế vi của các loại gang trắ n g và trong mọi loại đều có lêđêburit đã biểu th ị ở H.2.20. Gang trắ n g trước cùng tin h (H.2.23) có tổ chửc lêđêburit (phần các h ạ t tô! nhỏ là peclit nổi đều trê n nền sáng xêmentit) - giống H.2.20 peclit (các h ạ t tốì to) và
xềmentit thứ hai (phần sáng giữa các h ạt tôi to). Gang trắn g sau cùng
tĩnh (H.2.24) có tổ chức gồm: xêm entit thứ nhất (các dải sáng to, thẳng) và lêđêburit (phần còn lại giống H.2.20).
Gang trắng rấ t ít được dùng trong công nghiệp. Trong chế tạo cơ khí thường dùng các loại gang có chứa graphit, chúng có tổ chức té vi không phù hợp với giản đồ trạng thái Fe - Fe3C đã.trình bày ở trê n (H.2.15).
4- Áp dụng qui tắc đòn bẩy
Có m ột số ứng dụng của qui tắc đòn bẩy trong giản đồ trạn g thái sắt - cacbon như sau:
Tinh tỷ lệ các p h a cơ bán của hợp kim
Ở nh iệt độ thường mọi hợp kim Fe-C đều có hai pha cơ bản là ferit và xêm entit, mặc dầu tổ chức tế vi của chúng có dạng r ấ t khác nhau. Có thể tính dễ dàng tỷ lệ của từng pha đó trong hợp kim đã cho.
Ví dụ: tín h lượng ferit .va xêm entìt trong thép 0,4%c ở nhiệt độ thường. Như đã biết, ở nhiệt độ thường biểu diễn th à n h p.hần của ferit là Q(0,006%C), của xêm entit là L(6,67%C), của hợp kim là điểm ứng với 0,4%c trê n trục hoành của giản đồ trạn g th ái của Fe-C. Áp dụng qui tắc đòn bẩy tính được:
Vì hợp kim Fe-C ở nhiệt độ thường là hỗn hợp cơ học cùa hai pha cơ. sở đó, do vậy từ qui luật đường thẳng dễ dàng tín h dược cơ tính gần đúng của hợp kim đã cho. Ví dụ: biết độ cứng của ferit Là 80HB, xêm entit - 800HB, tá có: 92,6% X 80 + 7,4% X 800 * 133 HB,
Có thể áp dụng cách tín h này cho mọi hợp kim FerC. Tuy nhiên, đầy chỉ là cách tín h đơn giẵn nhất. Bằng cách tỉn h tương tự, tuy có phức tạp một chút, cố thể tín h dượe tỷ lệ giữa nhiều tổ chức (ví dụ: p + Xe,i +■ Lê của gàng trắ n g trước cung tinh) và ở các n h iệt độ cao hơn đường PSK của mọi hợp kim.
ước tính th à n h p h ầ n cacbon trong thép trước cùng tích qua tố chức tế vi
CỒ thế nói, đa số các thép dùng là thép trước cùng tích với tổ chức ở nhiệt đò thường là ferit + pecìit và có công dụng khác nhau khi lượng cacbon thay đổi. Có thế ước tính thành phần cacbon của chúng qua tổ chức tế vi, Ví dụ: thép cacbon có phần sáng ferit chiếm 75%, phần tối peclit chiếm 25%:
%F = .. - 0* -
6,67-0,006 X 100% - 92,6% X 100% = 7,4%
- Lượng cacbon có trong ferit là 0,006% X 75% = 0,0045% » 0%
- Lượng cacbon có trong peclit là 0,8% X 25% = 0,2%
- Lượng cacbon tổng hợp của thép: khoảng 0% + 0,2% = 0,2%
Tương tự, thép có tổ chức tế vi ở H.2.21b có phần tối chiếm 70% và phần sáng - 30%, tương ứng với thép có khoảng 0,6%c.
Phương pháp này thường dược áp dụng dể xác định th àn h phần cacbon của thép cacbon dơn giản với lượng cacbon < 0,8%, song với độ chính xác hơi thấp (khoảng ± 0,1%C).
Cần chú ý là chỉ áp dụng được cách tính như vậy khi các thành phần tổ chức cổ khôi lượng riêng gần như nhau (các pha ferit, xêm entit thỏa mãn điều kiện này).
5- Các đ iể m tới h ạn củ a th ép
Các điểm chuyển biến ở trạn g thái rắn của hợp kim Fe-C được gọi là các điểm tới hạn và được ký hiệu bằng chữ A với các số tiếp theo chỉ thứ tự: 0, 1, 2, 3 ...
Xa'. (210°C) là điểm (tức nhiệt độ) chuyển biến từ tính của xêmentit, cao hơn 210°c xêmentit mất tính aắt từ, dưới 210°c có tính sắt từ yếu.
Ai: (727°C) là điểm (tức nhiệt độ) chuyển biến cùng tích (đường PSK) Ôs-> [Fe + Xe} khi làm nguội và [Fe + Xe] -> Ôs khi nung.
A2: (768°G) là điểm (tức nhiệt độ) chuyển biến từ của ferit, cao hơn 768°c ferit mất tính sắt từ, dưới 768°c có tính sắt từ.
A3: (727 - 911°C) là điểm (tức nhiệt độ) chuyển biến: bắt đầu tiết ra ferit từ ôstenit khi làm nguội, kết thúc hòa tan ferit vào ôstenit khi làm nguội, kết thúc hòa tan ferit vào ôsỉenỉt khi nung nóng, với đường GS. '
Acm: (727 - 1147°C) là điểm (tức nhiệt độ) chuyển biến: bắt dầu tiết ra xêm entit thứ hai là ôstenit khi làm nguội, kết thúc hòa ta n xềm entit thứ hai vào ôstenìt khi nung nóng, ứng với đường ES. Ký hiệu “cm” ở đây là chỉ xêm entit (Cementite).
A4: (1392 ' 1499°C) là điểm (tức 0,4 0,3 í,2' 1,6 2 0 %c nhiệt độ) chuyển biến y es S, ứng với Thành phần
dường N J. H ình 2.25. Dể xác định các diỀm
A , rà /V„ cùa thép
= * X I = 92°c
Đốì với nhiệt luyện thép chỉ sử dụng đến các điểm tới h ạn Ai, A3 và Acm, trong đó Ai có nhiệt độ không đổi (727°C), còn A3 (chỉ có trong thép trước cùng tích), Acm (chỉ có trong thép sau cùng tích) biến đổi theo thành phần cacbon. Trong nhiệt luyện thép, thường phải biết các nhiệt độ Ai, A3 và Acm ứng với thành phần cacbon đã cho. Nếu không có các số liệu cụ thể về các nhiệt độ A3 và Acm cũng có thể tính được chúng một cách gần đúng khi cho rằng các đường GS và ES trên giản đồ trạng th ái Pe-C là đường thẳng (H.2.25).
Ví dụ: hãy xác định các điểm tới h ạn của thép 0,4 và 1,2%C. Vì PSK là đường ngang nền Al của mọi thép là 727°c. Thép 0,4%c chỉ có điểm A3 = 727°c + X i .
Giá trị Xi được xác định theo tỷ lệ của hai tam giác dồng dạng GPS vè Z,, ta có:
Thay giá trị vào ta được:
Xị = 0,8 - 0,4
9 1 1 -7 2 7 0 ,8 - 0
Vậy, A-J của thép có 0,4%c là khoảng 727°c + 92°c * 820°c Thép với 1,2% chỉ có điểm Acm. Giá trị eủa Acm = 727°c - x2
Vậy' Acm của thép có 1,2%C là khoảng 727°c + 1250O 820°c
Tất nhiên, cách tín h này chỉ phù hợp với loại thép cacbon đơn giản, tức chứa rấ t ít các nguyên tố khác. Khi đưa nhiều các nguyên tố khác vào thép (ví đụ: thép hợp kim), các đừờng trên giản đồ trạn g thái Fe-C sẽ
thay đổi, do đó cách tính trên không còn phù hợp.
C ần chú ý rằn g các giá trị A í, A3, Aon tính theo giản đồ trạ n g thái
Fe-C, như vậy, chỉ đúng trong điều kiện nung nóng và làm nguội vô cùng chậm m à trong thực tế không bao giờ đạt được. Khi nung nóng, nhiệt độ chuyển biến bao giờ cũng cao hơn và khi làm nguội bao giờ cũng thấp hơn các giá trị tín h theo giản đồ. Vì vậy, người ta phân biệt các điểm tới hạn khi nung nóng Aci, Ac3, Accm (thêm “c” vào phíá sau, chữ đầu của chauffage, tiếng Pháp có nghĩa là nung nóng) và các điểm tới hạn khi làm nguội Ari, Ara, ArCfn (thêm “r” vào phía sau, chữ dầu của refroidissment, tiếng Pháp có nghĩa là làm nguội).
Ví dụ: với tốc độ núng nóng và làm nguội trong các lò điện trở thường dùng, thép 0,40%c có Ạcs khoảng 830 - 835°c, trong khi đó Aa “ 820°c (khi nung nóng và làm nguội rấ t chậm chúng nhích gần tới nhau).
Luôn luôn có bất đẳng thức:
Ari < Ai < Act , Ar3 < A3 < Ae3, Arcro < Ae < Accm. 58