BÀI TẬP 3: QUÁ TRÌNH KẾT TINH CỦA HỢP KIM ĐIỂN HÌNH KHI LÀM NGUỘI ĐỦ CHẬM Đồ thị trình kết tinh Giản đồ kết tinh của Fe – C Quá trình kết tinh a) 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 0,1%C dung dịch lỏng chứa 0,51%C hai pha phản ứng với cho dung dịch rắn austennite 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 austennit b) Khu vực có thành phần 0,51-4,3%C (kết tinh • dung dịch rắn Auxtenit) Khu vực có thành phần 0,51 – 2,14%C kết thúc kết tinh • tạo thành dung dịch rắn austennite Hợp kim có thành phần 2,14 – 4,3%C, kết thúc kết tinh kết tinh dung dịch lỏng có thành phần ứng với điểm C hai pha: austennite có thành phần ứng với điểm E xêmentit 1147oC Hỗn hợp tinh lêđêburite Sau kết tinh xong hợp kim có tổ chức austennite + lêđêburite (γ + Xe) c) • 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 d) có tổ chức xêmentit thứ + lêđêburit (γ + Xe) Các hợp kim có thành phần cacbon lớn 0,8% làm nguội từ 1147oC đến 727oC, austennite bị giảm thành phần cacbon theo đường ES Do vậy, tiết xêmentit mà ta gọi xêmentit thứ hai Cuối 727oC, austennite có thành phần e) • cacbon 0,8% ứng với điểm S Sự tiết ferit từ austennite Các hợp kim có thành phần cacbon nhỏ 0,8% làm nguội từ 911oC ÷ 727oC, austennite tiết ferit pha cacbon, austennite lại giàu cacbon theo đường GS Cuối 727oC hợp kim gồm hai pha ferit ứng với điểm P (0,02%C) austennite ứng với điểm S  (0,8%C) Như làm nguội tới 727oC tổ chức hợp kim f) Fe – C chứa austennite với 0,8%C (ứng với điểm S) Chuyển biến tích: austennite thành peclit Tại 727oC austennite có thành phần 0,8%C chuyển biến thành peclit hỗn hợp hai pha ferit xêmentit Kết luân: Khi kết tinh từ pha lỏng, hợp kim Fe – C có xảy trình sau: kết tinh δ (< 0,51%C) phản ứng tinh (2,14 – 6,67%C) o Chuyển biến bao tinh xảy 1499oC hợp kim có 0,10 - 0,50%C (đường HJB) δH + LB → γH hay δ0,10 + L0,50 → γ0,16 song người ta thường không để ý đến phản ứng xảy nhiệt độ cao ảnh hưởng đến tổ chức thép gia công sử dụng o Chuyển biến tinh xảy 1147oC hợp kim có > 2,14%C (đường ECF) LC → (γE + Fe3CF) hay L4,3 → (γ2,14 + Fe3C6,67) o Chuyển biến tích xảy 727oC với hợp kim (đường PSK) γS → [αP + Fe3CK] hay γ0,8 → [α0,02 + Fe3C6,67] o Sự tiết pha Fe3C dư khỏi dung dịch rắn cacbon dung dịch rắn: Feγ theo đường ES o Feα theo đường PQ Tính chất hợp kim trạng thái cân bằng: a) Xêmentit (có thể ký hiệu Xe, Fe3C) pha xen kẽ với kiểu mạng phức tạp có công thức Fe3C thành phần 6,67%C, ứng với đường thẳng đứng DFKL o giản đồ Đặc tính xêmentit cứng giòn, 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, thô to có • thể thấy mắt thường 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), tức • tạo khung giòn, 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 trò quan trọng, o trình bày mục b) Ferit (có thể ký hiệu α hay F hay Feα) Là 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 o Feα Ferit có tính sắt từ đến 768oC Trên giản đồ tồn vùng GPQ (tiếp giáp với Feα trục sắt) Do không 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 o o đóng góp tỷ lệ quan trọng tính hợp kim Fe - C Tổ chức tế vi ferit có dạng hạt sáng, đa cạnh c) Austenit [ ký hiệu γ, A, Feγ(C) ] Là 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 quân ba - bốn ô sở cho phép nguyên tử cacbon định vị vào lỗ hổng tám mặt chúng, 727 oC 0,80%C - điểm o S) Austenit 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 trò định biến o dạng nóng nhiệt luyện Tổ chức tế vi austenit có hạt sáng, với màu đậm nhạt khác đôi chút (do định hướng tẩm thực) đường song tinh (song song) cắt ngang hạt (thể tính dẻo cao) o Peclit (có thể ký hiệu P, [Feα + Fe3C]) Peclit hỗn hợp tích ferit xêmentit tạo thành o từ austenit với 0,80%C 727oC Trong peclit có 88% ferit 12% xêmentit phân bố d) 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 o công cụ Peclit biến thể (xoocbit, trôxtit, bainit) có mặt hầu hết hợp kim Fe - C Người ta phân biệt hai loại o peclit peclit hạt Peclit 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 o nền) ferit nên tổng thể có dạng vân Peclit hạt 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 e) Lêđê burit [có thể ký hiệu Le, hay (γ o + Xe) hay (P + Xe)] Lêđêburit hỗn hợp tinh austenit xêmentit tạo thành từ pha lỏng với 4,3%C 1147oC ,tuy nhiên làm nguội tiếp tục lại có phản ứng tích để austenit chuyển biến thành peclit nên tổ chức tế vi cuối quan sát (là hỗn o hợp peclit (các hạt tối nhỏ) xêmentit sáng Lêđêburit cứng giòn (vì có nhiều, tới 2/3, xêmentit) có hợp kim Fe - C dạng gang trắng, gặp Những điều cần biết thêm: 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 -Hết - ... hỗn hợp hai pha ferit xêmentit Kết luân: Khi kết tinh từ pha lỏng, hợp kim Fe – C có xảy trình sau: kết tinh δ (< 0,51%C) phản ứng tinh (2,14 – 6,67%C) o Chuyển biến bao tinh xảy 1499oC 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 d) có tổ chức xêmentit... hợp tinh lêđêburite Sau kết tinh xong hợp kim có tổ chức austennite + lêđêburite (γ + Xe) c) • 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