CHƯƠNG 3: KHÁI NIỆM VỀ HỢP KIM VÀ GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON 3.4.1 Đặc điểm nguyên (sắt - cacbon) a, Sắt + Đặc điểm: - Sắt nguyên tố kim loại thuộc nhóm VIII hệ thống tuần hồn, thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp; - Rất khó luyện sắt nguyên chất tuyệt đối Sắt nguyên chất kỹ thuật chứa khoảng 99,3 ÷ 99,9% 0,1 ÷ 0,7% tạp chất; BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3.4.1 Đặc điểm nguyên (sắt - cacbon) - Về tính sắt kim loại dẻo dai song bền, tiêu tính sau: Giới hạn bền kéo: δb = 250 N/ mm2; Giới hạn chảy: δ0,2 = 120 N/ mm2; Độ dãn dài tương đối: δ = 50%; Độ co thắt tương đối: ψ = 85%; Độ dai va đập : ak = 3000 KJ/ m2; Độ cứng HB = 80 - Sắt kim loại có tính thù hình gồm: + Mạng lập phương thể tâm: tồn ở911 0C – Feα 13920C ÷ 15390C – Feδ); + Mạng lập phương diện tâm: tồn 991 0C ÷ 3920C – Feγ BỘ MƠN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3.4.1 Đặc điểm nguyên (sắt - cacbon) b, Cacbon Cacbon nguyên tố kim thuộc nhóm IV hệ thống tuần hồn Nó tồn dạng sau: - Vơ địn than gỗ, than đá; - Kim cương với kiểu mạng kim cương cứng Đó dạng thù hình không ổn định Ở nhiệt độ áp suất cao kim cương trở lên ổn định, - Graphit với kiểu mạng lục giác xếp theo lớp Khoảng cách lớp xa nên lực liên kết chúng yếu dễ tách lớp Graphit mềm BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON 3.4.2 Tương tác bon sắt a, Tạo thành dung dịch rắn Cacbon sắt rc = 0,077nm < rFe = 0,124 nm ⇒ Có thể hồ tan vào mạng tinh thể sắt dạng xen kẽ, song hai kiểu mạng tinh thể sắt có khả hồ tan khác + Mạng lập phương thể tâm – Feα ,Feδ Số lỗ hổng nhiều rlh < rc nhiên Cacbon hoà tan vào Feα (tại biên giới hạt sơ lệch mạng) Thực tế 7270C Cacbon hồ tan 0,2% 14990C Cacbon hoà tan 0,1% vào Feδ BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON + Mạng lập phương diện tâm – Feγ Số lỗ hổng rlh > rc ⇒nguyên tử Cacbon chui vao lỗ hổng dễ dàng gây sô lệch mạng Thực tế 7270C lượng Cacbon hồ tan tới 0,8% Feγ ⇒ Như kiểu mạng lập phương diện tâm có khả hồ tan lượng Cacbon nhiều kiểu mạng lập phương thể tâm BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON b, Tạo thành cácbít sắt + Fe3C - 6,67% C; + Fe2C - 9,67%; + FeC - 16,67% Thực tế hợp kim Fe - C dùng với lượng Cacbon không vượt 5%, nên gặp hợp chất hoá học Fe3C – Xêmentit: + Là loại pha xen kẽ có kiểu mạng phức tạp, nhiệt độ chảy khoảng 16000C cứng dịn; + Là pha khơng ổn định nhiệt độ cao phân tích thành sắt graphit c, Tạo thành hỗn hợp học Hỗn hợp học hệ hợp kim Fe - C gồm tinh tích Là hỗn hợp học dung dịch rắn Xêmentit BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON 3.4.3 Dạng dản đồ Giản đồ trạng thái Fe - C hai nguyên Fe C 0,8 BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3.4.3 Dạng dản đồ a, Giản đồ pha Fe – Fe3C - ABCD đường lỏng; - AHJECF đường đặc; - ECF đường tinh E điểm tinh; - PSK đường tích S điểm tích - ES - Giới hạn hồ tan C Feγ 0,8 BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3.4.3 Dạng dản đồ A - 15390C – 0%C B - 14990C – 0,5%C C - 11470C – 2,14%C D - 16000C – 6,67%C E - 11470C – 2,14%C F - 11470C – G - 9110C – H - 14990C – J - 14990C – K - 7270C – L00C – N - 13920C – P - 7270C – 6,67 %C 0%C 0,1%C 0,16%C 6,67%C 6,67%C 0%C 0,02%C BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 0,8 3.4.3 Dạng dản đồ b, Các chuyển biến làm nguội chậm - Chuyển biến bao tinh: (14990C) δ H + LB → γ j hay δ 0,1 + L0,5 → γ 0,16 - Chuyển biến tinh: (11470C) LC → (γ E + Fe3CF) hay L4,3 → (γ 2,14 + Fe3C6,67) 0,8 BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 10 3.4.3 Dạng dản đồ + Austenit pha dẻo dai song tồn nhiệt độ lớn 7270C; + Tổ chức Austenit hạt sáng đa cạnh có song tinh (thỉnh thoảng có hai đường song song cắt ngang hạt) Rất quan sát tổ chức nhiệt độ cao; + Khi lượng Mn Ni lớn làm Austenit tồn nhiệt độ thường BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 18 3.4.3 Dạng dản đồ d, Tổ chức hai pha * Peclit (P- [Feα + Fe3C]): - Là hỗn hợp học tích Ferit Xêmentit (F +Xe) Khi thành phần hoá học Austenit 0,8%C xảy chuyển biến tích 7270C: Fe(C)0,8 [F +Xe] Austenit Peclit 0,8 BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 19 3.4.3 Dạng dản đồ + Gồm Peclit Peclit hạt; + Peclit tổ chức có Xêmentit dạng Tổ chức tế vi có vạch Xêmentit tối Peclit sáng; + Peclit hạt tổ chức có Xêmentit dạng hạt Peclit hạt BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT Peclit 20 3.4.3 Dạng dản đồ * Lêđêburít [Le – (γ + Xe) – (P + Xe) ]: - Là hỗn hợp học tinh Austenít Xêmentít + Khi hàm lượng C = 4,3%C 11470C xảy chuyển biến tinh: L4,3 → (γ + Xe) + t0 < 7270C: có phản ứng tích γ → Peclít Le → (P + Xe) + Lêđêburít hỗn hợp Ferit Xêmentít, cứng dịn Le → (F + XeI) + XeII BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 0,8 21 3.4.3 Dạng dản đồ e, Các điểm tới hạn Các điểm tới hạn nhiệt độ chuyển biến trạng thái rắn hợp kim Cacbon ký hiệu chữ A Ở ta xét điểm tới hạn có liên quan đến nhiệt luyện A1, A3 Acm + A1(7270C) – PSK chuyển biến tích: - Khi làm nguội: Austenit  P(F + Xe); - Khi nung nóng: P(F + Xe)  Austenit BỘ MƠN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 22 3.4.3 Dạng dản đồ + A3 (911  7270C) - GS - Khi làm nguội: Austenit  Ferít - Khi nung nóng: Ferít hồ tan vào Austenit + Acm (1147  7270C) - ES - Khi làm nguội: Austenit  Xe - Khi nung nóng: Xe hồ tan vào Austenit BỘ MƠN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 23 3.4.3 Dạng dản đồ - Vói nhiệt độ chuyển biến nung nóng có thêm “C” làm nguội có thêm chữ “r” điền vào sau chữ A - Ta ln có : Ac1 > A1 > Ar1 Ac3 > A3 > Ar3 Accm > Acm > Arcm 0,8 BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 24 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON 3.4.4 Tổ chức tế vi thép gang theo giản đồ trạng thái Fe - C a, Khái niệm thép gang - Thép gang hợp chất Fe – C - Tất loại thép có tổ chức tính khác Khi nung nóng đường GSE có chung pha là: γ - Thép coi vật liệu dẻo; - Tính đúc thấp BỘ MƠN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 0,8 25 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON - Gang hợp kim Fe - C với thành phần C > 2,14% - Gang dịn khơng thể biến dạng được; - Gang có tính đúc tốt; - Gang theo giản đồ trạng thái Fe – C gang trắng BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 26 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON b, Các loại thép, gang theo giản đồ pha Fe – C * Tổ chức tê vi thép Cacbon + Thép trước tích – có hàm lượng C = 0,1 ÷ 0,7% - Với tổ chức tế vi là: Ferít + Peclit γ 0,8 BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 27 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON + Thép tích – Có hàm lượng C = 0.8 % - Với tổ chức tế vi Peclít (P) Peclit Peclit hạt 0,8 BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 28 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON + Thép sau tích – Có hàm lượng C > 0,8% - Với tổ chức tế vi P + XeII 0,8 BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 29 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON * Tổ chức tế vi gang trắng - Theo tổ chức tế vi thành phần Cacbon chia giang trắng làm loại: + Gang trắng trước tinh có %C < 4,3% với tổ chức: P + XeII + Le BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 30 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON + Gang trắng tinh có hàm lượng C = 4,3% với tổ chức: Le(P + Xe) BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 31 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON + Gang trắng sau tinh có hàm lượng C > 4,3% với tổ chức: Le + XeI BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 32 ... hỗn hợp học Hỗn hợp học hệ hợp kim Fe - C gồm tinh tích Là hỗn hợp học dung dịch rắn Xêmentit BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON 3.4.3 Dạng dản đồ Giản đồ trạng thái. .. > Arcm 0,8 BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 24 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON 3.4.4 Tổ chức tế vi thép gang theo giản đồ trạng thái Fe - C a, Khái niệm thép gang - Thép gang hợp chất Fe – C - Tất... có tính đúc tốt; - Gang theo giản đồ trạng thái Fe – C gang trắng BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 26 3.4 GIẢM ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON b, Các loại thép, gang theo giản đồ pha Fe – C * Tổ chức tê vi