2 CÂN BẰNG LỎNG RẮN VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÂN BẰNG LỎNG RẮN LUYỆN KIM VÀ ỨNG DỤNG TRONG LUYỆN KIM Nguyễn Bình Phương Thanh Trúc 09139 Phạm Quốc Đạt 09139 Nguyễn Thị Tú Uyên NHÓM 09139 Lê Văn Hào 09139045 Nguyễn Quốc Thắng 09139170 Nguyễn Thị Nghĩa 09139 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NGUYỄN BẢO VIỆT ĐÀO NGỌC DUY BÀI BÁO CÁO NHÓM 3 Mục Lục Giản Đồ Trạng Thái Các Khái Niệm Cơ Bản 1.1 Các khái niệm 1.2 Cấu tạo giản đồ trạng thái Cơ Sở Lý Thuyết Của Quá Trình Luyện Kim 16 Các Dạng Hợp Kim 20 3.1 Dung dịch rắn 21 3.2 Giản đồ Fe – C 23 3.3 Các tổ chức pha 29 3.4 Các tổ chức pha 32 3.5 Quá trình kết tinh 35 3.6 Tổ chức tế vi hợp kim Fe – C 37 PHẦN PHẦN PHẦN Giản Đồ Trạng Thái Các Khái Niệm Cơ Bản 1.1 1.2 Các Khái Niệm Cơ Cấu Tạo Của Giản Đồ Trạng Thái What is Me ltin PHẦN g Poi nt? a – Pha: tổ phần đồng hợp kim (hệ) Chúng có thành phần đồng điều kiện cân bằng, trạng thái (lỏng, rắn hay khí), trạng thái rắn phải kiểu thông số mạng ngăn cách với phần lại (với pha khác) bề mặt phân chia b – Hệ: tập hợp pha trạng thái cân Hệ coi cân trình chuyển biến xảy có tính chất thuận nghịch Rất khó đạt cân tuyệt đối nung nóng, làm nguội đạt cân tuyệt đối nung nóng, làm nguội đạt nung nóng làm nguội vơ chậm c – Cấu tử (nguyên): chất độc lập, có thành phần khơng đổi, nênat which cácit changes pha from The melting point ofchúng a solid is the tạo temperature solidhệ state to liquid state At the melting point the solid and liquid phase exists in equilibrium (balance) The melting pointof a substance depends (usually slightly) on pressure and is usually specified at standard atmospheric pressure When considered as the temperature of the reverse change from liquid to solid, it is refereed to as the “Freezing point or crystallization point” Due to the ability of some of the substances to super cool, the freezing point is not considered as the characteristic property of a substance Super cooling a liquid is the process of cooling a liquid past its freezing point without it turning into a solid When the “characteristic freezing point” of a substance is determined, the actual methodology is almost always “the principle of observing the disappearance rather than the formation of ice&rdquo;, that is the “Melting Point” Ví dụ: Nước (H2O) 0oC gồm có nước (lỏng) nước đá (rắn) hệ cấu tử, có hai pha khác trạng thái tồn (lỏng rắn) d – Qui tắc pha: qui tắc cho phép xác định quan hệ số bậc tự T với số cấu tử N số pha F Số bậc tự số yếu tố bên (thành phần) yếu tố bên (nhiệt độ, áp suất) thay đổi phạm vi mà khơng làm thay đổi trạng thái pha hợp kim T=N–F+2 đó: T – Số bậc tự do; N – số cấu tử; F – số pha tồn hệ; – yếu tố bên ngoài, nhiệt độ áp suất 1.1 Các Khái Niệm Cơ Bản Thông thường khảo sát hợp kim tiến hành áp suất không đổi, nên số yếu tố bên ngồi cịn (nhiệt độ), thế: T = N – F + 1; – nhiệt độ Khi T = tức hợp kim khơng có thay đổi nhiệt độ thành phần Ví dụ: Nếu kim loại lỏng kết tinh có hai pha rắn lỏng T = – + = 0, lúc nhiệt độ khơng thay đổi Trên đường nguội có đoạn nằm ngang Khi T = 1, hợp kim không thay đổi số pha thay đổi nhiệt độ thành phần Khi T = tức hợp kim không thay đổi số pha thay đổi đồng thời thành phần Hình 2.1 Xác định tỉ lệ hai pha theo quy tắc đòn bẩy Gọi x2 % nguyên tố B pha N Bài tốn cần giải tìm lượng tương đối hai pha m n Ta có: mx1 lượng nguyên tố B pha M; nx2 lượng nguyên tố B pha N; mx1 + nx2 = x m + n = 100% = Ta có hệ: Giải hệ phương trình với hai ẩn m n, ta có: hay: Quan hệ giống quy tắc tổng hợp lực song song, giống quy tắc đòn bẩy Quy tắc giúp tỉ lệ pha hợp kim có cấu tạo hai pha 1.2.1 Giản đồ loại I 1.2.1 Giản Đồ Pha Loại I 12.2 Giản đồ loại II 1.2.3 Giản đồ loại III 1.2.4 Giản đồ loại IV Hình 3.9 Dạng tổng quát giản đồ pha loại I (a) giản đồ pha Pb - Sb (b) 1.2 Cấu Tạo Giản Đồ Trạng Thái Hai Cấu Tử Là giản đồ pha hệ hai cấu tử khơng có tương tác nào, chúng tạo nên hỗn hợp riêng rẽ hai cấu tử, có dạng tổng quát trình bày hình 3.9a hệ điển hình có kiểu hệ chì - antimoan (Pb - Sb) hình 3.9b Giản đồ gồm cặp đường lỏng – rắn, đường AEB đường lỏng, đường nằm ngang CED (245oC) đường rắn, A nhiệt độ chảy (kết tinh) cấu tử A (Pb với 327oC), B - nhiệt độ chảy (kết tinh) cấu tử B (Sb - 631oC) Hợp kim nóng chảy hay kết tinh khoảng hai đường với tồn hai hay ba pha (pha lỏng với hai pha rắn A, B) Hãy xét kết tinh hợp kim cụ thể gồm 60%B (Sb) + 40%A (Pb) Đường thẳng đứng biểu thị hợp kim cắt đường lỏng, rắn tương ứng (500oC), (245oC), hai mốc nhiệt độ đáng ý: + Ở cao (500oC) hợp kim trạng thái lỏng hoàn toàn L + Ở thấp (245oC) hợp kim trạng thái rắn A +B (Pb + Sb) Lead-Antimoan Alloy used to Manufacture bullets + Ở khoảng - (500 - 245oC) hợp kim trạng thái lỏng + rắn: L + B (L + Sb) ứng với q trình kết tinh hay nóng chảy Vậy (500oC) nhiệt độ bắt đầu kết tinh hay kết thúc nóng chảy (245oC) nhiệt độ bắt đầu nóng chảy hay kết thúc kết tinh Sự kết tinh hợp kim từ trạng thái lỏng xảy sau: - Làm nguội đến (500oC) hợp kim lỏng bắt đầu kết tinh tinh thể B (Sb) nhiệt độ ứng với 1’ - Làm nguội tiếp tục, tinh thể B (Sb) tạo thành nhiều làm tỷ lệ B (Sb) hợp kim lỏng lại giảm nên điểm biểu diễn (tọa độ) dịch sang trái theo đường lỏng từ đến E Ví dụ toα (400oC) hợp kim lỏng (còn lại) với tọa độ điểm a’’ (37%Sb) tinh thể B với tọa độ điểm a’ tức 100%B (100%Sb) Áp dụng quy tắc cánh tay đòn, tỷ lệ hai pha La’’ / Ba’ = aa' / aa'' hay L40 / Sb100 = (100 - 60) / (60 - 37) = 40 / 23 tức pha lỏng 40 / 63 (63,5%), rắn 23 / 63 (36,5%) - Khi làm nguội đến đường rắn CED (245oC) hợp kim lỏng (còn lại) nghèo B (Sb) có tọa độ điểm E (13%Sb), cịn pha rắn B (Sb) ứng với điểm D Tỷ lệ hai pha LE / BD = 2D / 2E hay L13 / Sb100 = (100 - 60) / (60 - 13) = 40 / 47 Tức pha lỏng khoảng 46%, pha rắn (Sb) kết tinh 54% Inf about Antimony Có nhận xét có hai cấu tử A B (Pb Sb) hợp kim kết tinh B (Sb) có phần B (Sb) hợp kim (54 60%) kết tinh, cấu tử (A, Pb) chưa kết tinh - Tại nhiệt độ đường rắn CED (245oC), LE (L13) kết tinh hai cấu tử A+B (Pb + Sb) lúc, hỗn hợp hai pha rắn tạo thành lúc (đồng thời) từ pha lỏng gọi tinh (cùng kết tinh) hay eutectic LE → (A + B) hay L13 → (Pb + Sb) Đó phản ứng tinh Quy ước biểu thị tổ chức tinh ngoặc đơn - ( ) Sự kết tinh kết thúc làm nguội đến nhiệt độ thường khơng có chuyển biến khác Cuối hợp kim có tổ chức B + (A + B) hay Sb + (Pb + Sb), B (Sb) tạo thành trước nhiệt độ cao nên có kích thước hạt lớn (độ q nguội nhỏ) cịn tinh (A + B) hay (Pb + Sb) tạo thành sau nhiệt độ thấp nên có cấu tạo (kích thước hạt) pha nhỏ mịn (do độ q nguội lớn) Có thể tính dễ dàng tỷ lệ pha tổ chức hợp kim 60%Sb + 40%Pb sau: - Tỷ lệ pha Pb / Sb = (100 - 60) / (60 - 0) = 40 / 60 hay 40%Pb, 60%Sb - Tỷ lệ tổ chức Sb / (Pb+Sb) = (60 - 13) / (100 - 60) = 47 / 40 hay 54% Sb (độc lập) lại 46% tinh (Pb + Sb) Tương tự nguyên tắc nêu mục 3.2.2 biết diễn biến kết tinh (sự tạo thành tổ chức) hợp kim hệ Ví dụ, loại 90%Pb + 10%Sb kết tinh chì (Pb) trước 245oC kết tinh tinh (Pb + Sb) Như hợp kim giản đồ loại I kết tinh theo thứ tự sau: “thoạt tiên pha lỏng kết tinh hai cấu tử nguyên chất trước làm cho pha lỏng nghèo cấu tử biến đổi thành phần đến điểm tinh E, đến pha lỏng lại kết tinh cấu tử thứ hai tức hai cấu tử lúc" Ngồi có nhận xét tiên đưa thêm cấu tử khác vào cấu tử làm cho nhiệt độ kết tinh giảm đi, đạt đến giá trị thấp sau tăng lên 10 1.2.2 Giản Đồ Pha Loại II Hình 3.10 Dạng tổng quát giản đồ pha loại II (a) giản đồ pha hệ Cu - Ni (b), hệ Al2O3 - Cr2O3 (c) Là giản đồ pha hệ hai cấu tử với tương tác hòa tan vơ hạn vào nhau, có dạng tổng qt trình bày hình 3.10a hệ điển hình có kiểu hệ đồng - niken (Cu - Ni) hình 3.10.b hệ Al2O3 - Cr2O3 hình 3.10c, có dạng hai đường cong khép kín, đường Quy ước đường lỏng, đường đường rắn, đường rắn vùng tồn dung rắn α phần có thành phầnđiểm thayEđổi liên hợp kim hệ •của Hợp kimdịch có thành hay lântục cậnCác gọikim hợp cótinh quyhay luậteutectic kết tinh(có rấtnhiệt giốngđộnhau: đơn vị đo làcảlượng cấu chảy“nếu thấp lấy nhất, thấp cấu tử dễ tử thành phần chảyngay hợp kim kếtởtinh dung chảy nhất), khó kết tinh hai cấutiên tử mộtlỏng lúc nhiệtrađộ dịch rắnđổi giàu hơn, pha lỏng cịn lại bị nghèo đi, song làm nguội không chậm tiếp tục dung dịch rắn tạo thành biến đổi thành phần theo hướng nghèo vàcócuối đạtởđúng bên thành phần củaEhợp kim” • Hợp kim thành phần bên trái, phải điểm gọi hợp kim trước tinh (hay hypoeutectic), sau tinh (hay -hypereutectic), Ở 1300oC ứngsovới (nằm vùng hợpđộkim trạng tháikết vớiđiểm loại 1cùng tinh chúng cóL), nhiệt chảy cao hơn, lỏng (chưa trạng tồn điểm Ở 1270oC ứng tinh kết cấutinh), tử trước thái xảy khoảng nhiệt2.độ với điểm (chạm vào đường lỏng), hợp kim bắt đầu kết tinh dung dịch rắn α2’’ (49%Ni) Tiếp tục làm nguội chậm, lượng α nhiều lên, L thành phần hai pha biến đổi tương ứng theo đường rắn đường lỏng theo chiều giảm Ni (là cấu tử khó chảy hơn) 10 General scheme Type Hãy xét kết tinh hợp kim cụ thể 35%Ni + 65%Cu hình 3.11 - Có thể tính dễ dàng tỷ lệ hai pha nhiệt độ xác định, ví dụ điểm 3, 1250oC Với ba tọa độ: hợp kim - 35%Ni hai pha: lỏng 3’ 30%Ni, dung dịch rắn α3’’ - 43%Ni L3’ / α3’’ = 33’’ / 33’ = (43 - 35) / (35 - 30) = / 5, L3’ = 33’’ / 3’3’’ = (43 - 35) / (43 - 30) = / 13 = 0,615 hay 61,5%, α3'' = 33’ / 3’3’’ = (35 - 30) / (43 - 30) = / 13 = 0,385 hay 38,5% Copper is one of the most widely used catalysts F or the formation of methanol from carbon dioxide and hydrogen, but recent experiments have shown that Cu/Ni alloys can be up to 40 times more reactive - Đến 1220oC ứng với điểm (chạm vào đường rắn), dung dịch rắn α có thành phần ứng với điểm tức thành phần hợp kim, đoạn 33’’ (bên phải) khơng tức khơng cịn pha lỏng (lúc coi cịn giọt lỏng ứng với điểm 4’ với 23%Ni, giọt lỏng kết tinh xong kết tinh coi kết thúc) Như lúc đầu có khác xa, song q trình kết tinh dung dịch rắn tạo thành biến đổi thành phần hợp kim Tuy nhiên điều đạt kết tinh cân tức làm nguội chậm chậm nhờ kịp xảy khuếch tán làm thành phần Nếu làm nguội nhanh, không kịp khuếch tán làm thành phần, hạt dung dịch rắn tạo thành có nhiều lớp với thành phần khác nhau: trung tâm giàu cấu tử khó chảy cả, gần biên giới nghèo Hiện tượng gọi thiên tích thân hạt Để tránh phải tiến hành nguội chậm đúc hay khắc phục cách ủ khuếch tán vật đúc nhiệt độ gần đường rắn Trong giản đồ loại I xảy thiên tích với kiểu khác gọi thiên tích theo khối lượng hai cấu tử có khối lượng riêng khác rõ rệt, cấu tử kết tinh trước nhẹ lên, nặng chìm xuống thỏi Để tránh phải tiến hành nguội nhanh đúc bị thiên tích loại khơng có cách khắc phục 11 29 28 3.3.1 Ferlite 3.3.2 Ausentite 3.3.3 Cementite Ở trạng thái rắn gặp bốn pha sau 3.3.1 Ferit (có thể ký hiệu α hay F hay Feα) dung dịch rắn xen kẽ cacbon Feα với mạng lập phương tâm khối (a = 0,286 0,291nm) song lượng hòa tan nhỏ (lớn 0,02%C 727oC điểm P, nhiệt độ thường thấp 0,006%C - điểm Q) nên coi Feα (theo tính tốn lý thuyết mục 3.3.1a, cacbon khơng thể chui vào lỗ hổng Feα, lượng cacbon hịa tan khơng đáng kể nằm khuyết tật mạng, chủ yếu vùng biên giới hạt) Ferit có tính sắt từ đến 768oC Trên giản đồ tồn vùng GPQ (tiếp giáp với Feα trục sắt) Do khơng chứa cacbon nên tính ferit sắt nguyên chất: dẻo, dai, mềm bền Trong thực tế ferit hòa tan Si, Mn, P, Cr nên cứng bền song dẻo dai Ferit hai pha tồn nhiệt độ thường sử dụng (< 727oC), song với tỷ lệ cao (trên 90%), nên đóng góp tỷ lệ quan trọng tính hợp kim Fe - C Tổ chức tế vi ferit trình bày hình 3.19a có dạng hạt sáng, đa cạnh 3.3 Các tổ chức pha 30 29 3.3.2 Austenit [ ký hiệu γ, A, Feγ(C) ] dung dịch rắn xen kẽ cacbon Feγ với mạng lập phương tâm mặt (a ≈ 0,364nm) với lượng hòa tan đáng kể cacbon (cao tới 2,14% hay khoảng 8,5% số nguyên tử 1147oC - điểm E, tức tối đa tính bình qn ba - bốn sở cho phép nguyên tử cacbon định vị vào lỗ hổng tám mặt chúng, 727oC 0,80%C - điểm S) Khác với ferit, austenit khơng có tính sắt từ mà có tính thuận từ, tồn nhiệt độ cao (> 727oC) vùng NJESG (tiếp giáp với Feγ trục sắt) nên quan hệ trực tiếp đến khả sử dụng hợp kim lại có vai trị định biến dạng nóng nhiệt luyện Sintered Ferrite Magnets （Ceramic Magnets）are mainly two types of ferrite magnets, barium ferrite (BaO.6Fe2O3) and strontium ferrite (SrO.6Fe2O3) They offer have high Intrinsic Coercive Force (Hci) and have good corrosion resistance and generally not require a coating or plating They are hard and brittle Due to the low cost and good performance, make the sintered ferrite magnets a popular choice for electromechanical applications ( such as motor, speaker) Austenite is steel with an fcc structure This structure represents one possible ordering which mightbe found i n an Fe-Ni-Cr steel Note that it is not meant to represent a real steel Waspaloy in the solution annealed and double aged condition, etched with Beraha’s B4 (BIV), in bright field Với tính dẻo cao (là đặc điểm mạng A1) mềm nhiệt độtế Hình 3.19 Tổ chức vi ferit (a) cao nên biến dạng nóng (dạng chủ yếu để tạo phôi bán thành phẩm) austenit (b) (x500) thép thực trạng thái austenit đồng (thường 1000oC) Vì tiến hành biến dạng nóng hợp kim Fe - C với C < 2,14% nhiệt độ thường thể độ cứng tính giịn cao Làm nguội austenit với tốc độ khác nhận hỗn hợp ferit - xêmentit với độ nhỏ mịn khác hay mactenxit với tính cao đa dạng, đáp ứng rộng rãi yêu cầu sử dụng gia công Tổ chức tế vi austenit trình bày hình 3.19b có hạt sáng, với màu đậm nhạt khác đơi chút (do định hướng tẩm thực) đường song tinh (song song) cắt ngang hạt (thể tính dẻo cao) 31 30 3.3.3 Xêmentit (có thể ký hiệu Xe, Fe3C) pha xen kẽ với kiểu mạng phức tạp có cơng thức Fe3C thành phần 6,67%C, ứng với đường thẳng đứng DFKL giản đồ Đặc tính xêmentit cứng giịn, với ferit tạo nên tổ chức khác hợp kim Fe - C Người ta phân biệt bốn loại xêmenntit: - Xêmentit thứ (XeI) tạo thành giảm nồng độ cacbon hợp kim lỏng theo đường DC hạ nhiệt độ, có hợp kim có > 4,3%C Do tạo thành nhiệt độ cao (> 1147oC) nên xêmentit thứ có dạng thẳng, thơ to (hình 3.24b) đơi thấy mắt thường The three images above show the complete reconstructed stack (a), and two portions of the stack, each about one quarter of the total volume - Xêmentit thứ hai (XeII) tạo thành giảm nồng độ cacbon austenit theo đường ES hạ nhiệt độ, thường thấy rõ hợp kim có > 0,80 2,14%C Do tạo thành nhiệt độ tương đối cao (> 727oC) tạo điều kiện cho tập trung biên giới hạt, nên xêmentit thứ hai với lượng đủ lớn tạo thành lưới liên tục bao quanh hạt austenit ((peclit) biểu thị hình 3.23, tức tạo khung giịn, làm giảm mạnh tính dẻo dai hợp kim - Xêmentit thứ ba (XeIII) tạo thành đo giảm nồng độ cacbon ferit theo đường PQ hạ nhiệt độ, với số lượng (tỷ lệ) nhỏ (nhiều 2o/oo) nên khó phát tổ chức tế vi thường bỏ qua - Xêmentit tích tạo thành chuyển biến tích austenit → peclit Loại xêmentit có vai trị quan trọng, trình bày mục Cementite Crystal Structure 32 31 3.4.1 Peclit (có thể ký hiệu P, [Feα + Fe3C]) 3.4.1 Pectite 3.4.2 Leburulite Peclit hỗn hợp tích ferit xêmentit tạo thành từ austenit với 0,80%C 727oC phản ứng (3.3) Trong peclit có 88% ferit 12% xêmentit phân bố nhau, nhờ kết hợp lượng lớn pha dẻo với lượng định pha cứng, peclit tổ chức bền, cứng đủ dẻo, dai đáp ứng tốt yêu cầu vật liệu kết cấu công cụ Peclit biến thể (xoocbit, trơxtit, bainit) có mặt hầu hết hợp kim Fe - C Người ta phân biệt hai loại peclit peclit hạt Peclit (hình 3.20a) thường gặp cả, có cấu trúc (lớp phiến), tức hai pha dạng nằm đan xen nhau, nên mặt cắt ngang để lại vạch theo hướng hay đa hướng, vạch tối mỏng (với lượng hơn) xêmentit, vạch sáng dày (với lượng nhiều hơn, gọi nền) ferit nên tổng thể có dạng vân Peclit hạt (hình 3.20b) gặp hơn, có cấu trúc hạt tức xêmentit dạng thu gọn (bề mặt nhất) - hạt xêmentit phân bố ferit Giữa hai loại có khác biệt nhỏ tính: so với peclit hạt, peclit có độ bền, độ cứng cao hơn, độ dẻo, độ dai thấp đôi chút Austenit đồng dễ tạo thành peclit tấm, austenit đồng dễ tạo thành peclit hạt Peclit hạt ổn định peclit nên nung lâu nhiệt độ tương đối cao (ví dụ 600 - 700oC) peclit có xu hướng chuyển thành peclit hạt he last photomicrograph from this specimen shows a different place on the specimen where the microstructure is more nearly normal: proeutectod cementite plus partially spheroidized pearlite at 500X 3.4 Các tổ chức hai pha Hình 3.20 Tổ chức tế vi peclit (a) peclit hạt (b) (x500) 33 3.4.2 Lêđêburit [có thể ký hiệu Le, hay (γ + Xe) hay (P + Xe)] Ledeburite is formed when the eutectic liquid freezes In both cases ferrite and cementite form and stay in close contact With 500 fold magnification you can see the two phases 32 Hình 3.21 Tổ chức tế vi lêđêburit - (P+Xe) (x500) Lêđêburit hỗn hợp tinh austenit xêmentit tạo thành từ pha lỏng với 4,3%C 1147oC nhờ phản ứng (3.2), nhiên làm nguội tiếp tục lại có phản ứng tích (3.3) để austenit chuyển biến thành peclit nên tổ chức tế vi cuối quan sát (hình 3.21) hỗn hợp peclit (các hạt tối nhỏ) xêmentit sáng Lêđêburit cứng giịn (vì có nhiều, tới 2/3, xêmentit) có hợp kim Fe - C dạng gang trắng, gặp Các tên gọi pha tổ chức kể với nghĩa xuất xứ sau: để kỷ niệm nhà khoa học lỗi lạc ngành Robert Austen (người Anh) cho austenit, Ledebur (người Đức) cho lêđêburit; từ chất hay đặc trưng tính chất ferrum (sắt, tiếng latinh) cho ferit, pearl (vân) cho peclit, cement (ximăng, cứng) cho xêmentit The motley background represents ledeburite and the white color needles are of primary cementite Due to a very high hardness of cementite and ledeburite, the white cast irons are very hard, but also very brittle 34 Tổ chức Lỏng + Xementic I 33 35 34 3.5.1 Phần giản đồ 3.5.2 Phần giản đồ 3.5.1 Phần giản đồ Phần giản đồ trạng thái Fe – C ứng với kết tinh từ trạng thái lỏng thấy có ba khu vực rõ rệt ứng với ba khoảng thành phần cacbon khác Khu vực có thành phần 0,1 – 0,51%C (có phản ứng bao tinh) Tất hợp kim có thành phần cacbon 0,1 – 0,51%C kết tinh xảy phản ứng bao tinh: δH + LB → γJ Lúc đầu, làm nguội đến đường lỏng AB, hợp kim lỏng kết tinh dung dịch rắn trước Khi nhiệt độ hạ xuống tới 1499oC (ứng với đường HB), hợp kim có hai pha dung dịch rắn δ chứa 0,10%C dung dịch rắn ôstenit chứa 0,16%C: Các hợp kim có 0,1 – 0,16%C sau phản ứng bao tinh thừa pha δ làm nguội tiếp, pha tiếp tục chuyển biến thành pha γ Các hợp kim có 0,16 – 0,51%C sau phản ứng bao tinh thừa pha lỏng L, sau làm nguội pha lỏng tiếp tục chuyển biến thành pha γ Như vậy, cuối hợp kim 0,10 – 0,51%C khhi làm nguội xuống đường NJE có tổ chức pha ơstenit Khu vực có thành phần 0,51 – 2,14%C kết thúc kết tinh Một vài nhận xét hệ Fetạo thành dung dịch rắn ôstenit Fe3C C chiếm lượng nhỏ tạp chất xen kẽ sắt dạng pha a, b, g sắt Khua-BCC vực cólàthành phầnở 0,51 – 2,14%C kết tinh Lượng hoà tan cacbon tối đa pha 0,022% 727C, mạngkết lậpthúc phương tạo(vị thành dung tâm khối có kích thước lỗ hổng trí xen kẽ)dịch nhỏrắn hơnơstenit so với mạng lập phương tâm mặt Lượng C hoà tan Austenite (mạng lập phương tâm mặt) 2,14% 1147C mạng thànhsophần 2,14 –lập 4,3%C: khitâm làmkhối nguội hợp kim tới có kích thước lỗ hổng (vị trí xenHợp kẽ)kim lớn với mạng phương đường BCmặt kếtthép tinh làm ôstenit tiếp Cơ tục, ôstenit có TổXêmentít chức Lỏngcó + AuXenTit Cơ tính: tính cứng dịn,lỏng có tăngLàm bền nguội cho thép phầnvithay đổi theo hợp kimF lỏng cịn lại thay đổi theo tính cịn phụ thuộc độ hạt haythành cấu trúc mơ nhưđường tương JE, quan Xê đường BC 768C (cịn gọi nhiệt độ Curie), Austenite Từ tính: Ferrit có từ tính nhiệt độ Hexagonal crystals have a unique directionality," says hồn khơng có từ Stixrude, "which musttồn be aligned and oriented with tính Earth's spin axis for every crystal in the inner core." This led Khu vực có thành phần 0,51 – 2,14%C kết thúc kết tinh Stixrude and Cohen to try a computational tạo thành dung dịch rắn ơstenit 3.5 Q trìnhHợp kết kim tinh có củathành hợp kim - C – 4,3%C, kết thúc kết tinh kết phầnFe2,14 tinh dung dịch lỏng có thành phần ứng với điểm C hai pha: ơstenit có thành phần ứng với điểm E xêmentit 1147oC 36 35 Hỗn hợp tinh lêđêburit Sau kết tinh xong hợp kim có tổ chức ơstenit + lêđêburit (γ + Xe) Khu vực có thành phần 4,3 – 6,67%C (kết tinh xêmentit thứ nhất) Phần hợp kim 4,3 – 6,67%C: hợp kim làm nguội tới đường lỏng DC kết tinh xêmentit gọi xêmentit thứ Khi làm nguội tiếp tục phản ứng tạo nên tinh lêđêburit xảy 1147oC Sau kết tinh xong, hợp kim có tổ chức xêmentit thứ + lêđêburit (γ + Xe) The metals which tend to have their atoms losing electrons during a chemical change are roughly found to the left Group 14 Non-metals which tend to have their atoms gaining electrons during chemical change are roughly found in Group 16-17 with some elements in the lower parts of Groups 15 Tóm lại: kết tinh từ pha lỏng, hợp kim Fe – C có xảy q trình sau: kết tinh δ (< 0,51%C) phản ứng tinh (2,14 – 6,67%C) 3.5.2 Phần giản đồ Phần giản đồ ứng với chuyển biến trạng thái rắn Có ba pha chuyển biến đáng ý sau xuất phát từ ôstenit Sự tiết xêmentit thứ hai từ ơstenit Các hợp kim có thành phần cacbon lớn 0,8% làm nguội từ 1147oC đến 727oC, ơstenit bị giảm thành phần cacbon theo đường ES, vậy, tiết xêmentit mà ta gọi xêmentit thứ hai Cuối 727oC, ôstenit có thành phần cacbon 0,8% ứng với điểm S Sự tiết ferit từ ơstenit Các hợp kim có thành phần cacbon nhỏ 0,8% làm nguội từ 911oC ÷ 727oC, ơstenit tiết ferit pha cacbon, ơstenit cịn lại giàu cacbon theo đường GS Cuối 727oC hợp kim gồm hai pha ferit ứng với điểm P (0,02%C) ôstenit ứng với điểm S (0,8%C) 37 36 3.6.1 Khái niệm chung thép, gang 3.6.1 Khái niệm Gang, Thép 3.6.2 Các loại gang thép 3.6.3 Các điêm tới hạn thép Thép gang hợp kim Fe - C (ngồi có nhiều ngun tố khác), phân biệt 2,14%C thép, nhiều 2,14%C gang Một cách gần thấy điểm E giản đồ pha phân biệt hai loại vật liệu này: bên trái E thép, bên phải E gang Chính điều giải thích đặc điểm khác chúng Như tất thép dù với lượng cacbon, tổ chức tính khác nhiệt độ thường tương đối cao (< 727oC), nung nóng cao đường GSE tương ứng, có pha austenit với độ dẻo cao nên dễ biến dạng Chính thép coi vật liệu dẻo, cung cấp dạng bán thành phẩm cán nóng (dây, thanh, ống, tấm, hình ) tiện lợi cho sử dụng Các thép cacbon mềm dẻo có khả biến dạng nguội Tính đúc thép nói chung thấp (do nhiệt độ chảy cao, khơng có tổ chức tinh) sử dụng để chế tạo vật đúc Ngược lại với thép, nung nóng, gang khơng thể đạt tổ chức pha austenit mà xêmentit (hay grafit) nên đem biến dạng nguội lẫn nóng, song bù lại có nhiệt độ chảy Như vậy, làm nguộithấp tới 727oC hơn, tổ chức có tinh với khả điền đầy khn cao tổ chức Chính hợp kim Fe gang vật liệu đúc, cung cấp dạng vật đúc – C chứa ôstenit với 0,8%C (các sản phẩm định chi tiết máy phức tạp: thân bệ, hộp, vỏ hay (ứng với điểm S) đơn giản nhống ) Gang có thành phần gần tinh tính đúc cao Nói chung tính dẻo gang thấp, số loại có tính dẻo Chuyển biến tích:nhất ơstenit định song không đem biến dạng dẻo Khi lượng thành peclit cacbon nằm vùng giáp ranh thép gang (1,80 - 2,20%) tính đúc lẫn tính chịu biến dạng dẻo lúc xếp hợp kim Fe Tại 727oC ơstenit có thành C phần vào loại tùy thuộc vào thành phần khác, cách tạo hình 0,8%C chuyển biến công thànhdụng peclitNhư không loại trừ số trường hợp gang có hỗn hợp hai pha1,80 ferit- 2,00%C, thép lại có 2,20 - 2,40%C xêmentit Như nói trên, chuyển biến có hợp kim Fe – C 3.6 Tổ chức tế vi hợp kim Fe - C 38 3.6.2 Các loại thép, gang theo giản đồ pha Fe - C Căn vào tổ chức khác giản đồ pha ta có ba loại thép ba loại gang khác 37 Thép tương ứng với giản đồ pha Fe - C loại hợp kim Fe với C < 2,14% chứa lượng không đáng kể nguyên tố khác (xem mục 5.1.1a), gọi thép cacbon hay thép thường, gồm ba loại nhỏ sau - Thép trước tích với lượng cacbon biến đổi từ 0,10 đến 0,70%, tức ứng với bên trái điểm S có tổ chức ferit (sáng) + peclit (tối) mà tổ chức tế vi trình bày hình 3.22 Phần lớn thép thường dùng nằm loại nhỏ song tập trung vào loại ≤ 0,20%C tiếp đến Figure 2: Sample 2: This area is comprised of both primary 0,30 - 0,40%C Theo tính tốn từ quy tắc địn bảy, lượng cacbon tăng and secondary widmanstatten ferrite growth (A) lên tổ chức tế vi tỷ lệ phần peclit (màu tối) tăng lên, and pearlite(B) This unique structure forms from austenite at relatively high temperatures and consists of ferrite phần ferit (màu sáng) giảm Nếu khơng chứa cacbon (hay q ít, 0,02 and pearlite The cross-hatched appearance is due to the ferrite having formed along specific crystallographic planes 0,05%) coi sắt nguyên chất với tổ chức ferit (hình 3.19a) tức có hạt sáng Với 0,10%C (hình 3.22a) phần tối (peclit tấm) chiếm khoảng 1/8, với 0,40%C (hình 3.22b) 1/2 với 0,60%C (hình 3.22c) 3/4, cuối 0,80%C (hình 2.20a) tồn màu tối (peclit tấm) Vậy loại thép lượng cacbon tính tỷ lệ phần tối nhân với 0,80% - Thép tích với thành phần 0,80%C (có thể xê dịch chút) tức ứng với điểm S có tổ chức gồm peclit Figure 5: Sample 1: Close up of the finely dispersed pearlitewith some intergranular ferrite The sample is a hypo-eutectoid steel Things manufactured by cast iron 39 38 Hình 3.22 Tổ chức tế vi thép trước tích (x500): a 0,10%C, b 0,40%C, c 0,60%C - Thép sau tích với thành phần ≥ 0,90%C (thường tới 1,50%, cá biệt tới 2.0 - 2,2%) tức bên phải điểm S có tổ chức peclit + Steel is an alloy that consists mostly of iron and has a carbon content between 0.2% and 2.1% by weight, xêmentit thứ hai thường dạng lưới sáng bao bọc lấy peclit depending on the grade Carbon is the most common alloying material for iron, but various other alloying hình 3.23 elements are used, such as manganese, chromium, vanadium, andtungsten.[1] Carbon and other elements act as a hardening agent, preventing dislocations in the iron atom crystal lattice from sliding past one another Gang tương ứng với giản đồ pha Fe - C (Fe - Fe3C) gang trắng, sử dụng q cứng, giịn, khơng thể gia công cắt Theo khác tổ chức ta gặp ba loại gang trắng sau - Gang trắng trước tinh với thành phần cacbon 4,3% bên trái điểm C, có tổ chức peclit + xêmentit thứ hai + lêđêburit (hình 3.24a) - Gang trắng tinh có 4,3%C ứng điểm C hay lân cận, với tổchức lêđêburit (hình 3.21) - Gang trắng sau tinh với thành phần > 4,3%C bên phải điểm C, có tổ chức lêđêburit + xêmentit thứ (hình 3.24b) 40 39 c) Hình 3.24 Tổ chức tế vi gang trắng (x500): trước tinh (a) sau tinh (b,c) Hình 3.23 Tổ chức tế vi thép sau tích (1,20%C) (x500) 41 40 3.6.3 Các điểm tới hạn thép Như thấy rõ từ giản đồ pha Fe - C (hình 3.18), khu vực thép có nhiều đường ứng với chuyển biến pha khác Để đơn giản hóa việc gọi tên chuyển biến pha người ta ký hiệu (đánh số) đường tương ứng chữ A (từ tiếng Pháp arrêt có nghĩa dừng, có chuyển biến pha nhiệt độ biến đổi chậm lại dừng hẳn) với số thứ tự 0, 1, 2, 3, 4, cm, chúng gọi điểm (hay nhiệt độ) tới hạn Các điểm tới hạn thường dùng gồm: A1 - đường PSK (727oC) ứng với chuyển biến austenit ←→ peclit, có loại thép The austenitic cast iron is produced with lamellar or spheroidal graphite By developing a series of new Ni-Resist grades with spheroidal graphite, the usage properties are similar to the usage properties of not-rusting or heatresistant steel, partly even superior Therefore, the economic advantages or disadvantages are decisive for the choice between the materials A3 - đường GS (911 - 727oC) ứng với bắt đầu tiết ferit khỏi austenit làm nguội hay kết thúc hịa tan ferit vào austenit nung nóng, có thép trước tích Acm - đường ES (1147 - 727oC) ứng với bắt đầu tiết xêmentit khỏi austenit làm nguội hay kết thúc hòa tan xêmentit vào austenit nung nóng, có thép sau tích [Các điểm tới hạn khác A0 (210oC) - điểm Curi xêmentit, A2 (768oC) - điểm Curi ferit, A4 - đường JN (1499 - 1392oC) ứng với chuyển biến γ ←→ δ] Có thể dễ dàng xác định (gần đúng) giá trị A3 Acm thép có thành phần cacbon khác theo giản đồ pha Fe - C cách gióng hay tính tốn với quy ước đường tương ứng GS ES thẳng Tuy nhiên điểm tới hạn tìm với trạng thái cân (nung nóng hay làm nguội vơ chậm), khơng phù hợp với trường hợp nung nóng, làm nguội thông thường nhanh Cũng giống tượng nguội (khi kết tinh), nung (khi nấu chảy) điểm tới hạn thấp xuống cao lên làm nguội nung nóng; tốc độ cao cách biệt lớn These State of Ausentite Để phân biệt điểm tới hạn cho hai trường hợp: nung nóng làm nguội, người ta thêm chữ c (chauffage) nung nóng, thêm chữ r (refroidissement) làm nguội Với thép có: Ac1 > A1 > Ar1; Ac3 > A3 > Ar3 , A tính theo giản đồ pha Ac cao phụ thuộc vào tốc độ nung, Ar thấp phụ thuộc vào tốc độ nguội, tốc độ cao sai khác mạnh 41 Tài Liệu Tham Khảo 42 THE END ... ba pha (pha lỏng với hai pha rắn A, B) 8 Hãy xét kết tinh hợp kim cụ thể gồm 60%B (Sb) + 40%A (Pb) Đường thẳng ? ?ứng biểu thị hợp kim cắt đường lỏng, rắn tương ứng (500oC ), (245oC ), hai mốc nhiệt... 3.1.3 Dung dịch rắn xen kẽ Trong kim loại, dung dịch rắn loại xuất hợp kim hóa kim loại chuyển tiếp kim có bán kính ngun tử nhỏ H, N, C, B Những xô lệch mạng xuất tạo thành dung dịch rắn xen kẽ vượt... đổi nhiều: Độ dẻo, độ dai, hệ số nhiệt độ điện trở giảm, điện trở độ bền, độ cứng tăng lên Do đặc tính nên dung dịch rắn sở hợp kim kết cấu dùng khí Trong hợp kim pha dung dịch rắn, chiếm xấp xỉ