CHƯƠNG 5: CÁC CHUYỂN BIẾN PHA KHI NHIỆT LUYỆN
5.1. KHÁI NIỆM VỀ NHIỆT LUYỆN
5.1.1. Định nghĩa
a, Định nghĩa
- Nhiệt luyện là phương pháp công nghệ nung nóng kim loại và
hợp kim đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt một thời gian cần thiết
rồi làm nguội với tốc độ thích hợp để làm thay đổi các tổ chức
bên trong và làm thay đổi tính chất của chúng theo ý muốn.
b, Đặc điểm
+ Kim loại và hợp kim luôn luôn ở trạng thái rắn, hình
dạng và kích thước của chi tiết không thay đổi;
+ Nhiệt luyện chỉ làm thay đổi tổ chức bên trong của kim
loại và hợp kim.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 1
5.1.1. Định nghĩa
c, Phân loại các phương pháp nhiệt luyện
* Nhiệt luyện
- Ủ: là phương pháp nung nóng chi tiết đến nhiệt độ xác
định, giữ nhiệt rồi làm nguội chậm để đạt được tổ chức cân
bằng với độ cứng, độ bền thấp nhất.
- Thường hoá: là phương pháp nung nóng chi tiết dến trạng
thái hoàn toàn là Austenit giữ nhiệt và làm nguội trong không khí
tĩnh để đạt tổ chức gần cân bằng.
⇒ Mục đích của ủ và thường hoá là làm mềm thép để dễ gia
công cắt gọt và dập nguội.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 2
5.1.1. Định nghĩa
- Tôi: là phương pháp nung nóng chi tiết đến tổ chức
Austenit, giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh để đạt được tổ chức
không cân bằng có độ cứng cao.
- Ram: là phương pháp nung nóng chi tiết sau khi tôi đến
nhiệt độ thích hợp, nhỏ hơn nhiệt độ chuyển biến pha, để điều
chỉnh độ cứng, độ bền theo yêu cầu và khử bỏ ứng suất dư bên
trong chi tiết.
Ram là nguyên công bắt buộc sau khi tôi, để đảm bảo chi tiết
có cơ tính thích hợp theo yêu cầu làm việc
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 3
5.1.1. Định nghĩa
* Hoá - nhiệt luyện
- Là phương pháp thay đổi nhiệt độ và thành phần hoá học
của lớp bề mặt chi tiết để thay đổi tổ chức và tính chất lớp bề
mặt theo yêu cầu làm việc
Thông thường người ta thường dùng phương pháp khuếch
tán nguyên tố vào lớp bề mặt: cacbon, nitơ hoặc cả cacbon và
nitơ, các nguyên tố khác như: Si, B, Cr, Al...
* Cơ nhiệt luyện
- Là phương pháp làm thay đổi nhiệt độ và biến dạng dẻo
để thay đổi tổ chức và tính chất của kim loại và hợp kim.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 4
5.1. KHÁI NIỆM VỀ NHIỆT LUYỆN
5.1.2. Các thông số đặc trưng cho quá trình nhiệt luyện
- Nhiệt độ nung nóng T0n: là nhiệt độ cao nhất mà quá trình
nhiệt luyện cần phải đạt tới;
- Thời gian giữ nhiệt tgn: thời gian duy trì ở nhiệt độ nung
nóng;
- Tốc độ nguội Vnguội: là độ giảm của nhiệt độ theo thời gian,
thường tính ụng cC/h,nhiệt luyệC/s.ối với chế tạo cơ khí
5.1.3. Tác d theo 0 ủa 0C /phút, 0 n đ
a, Tăng độ cứng, độ bền và tính trống mài mòn
- Tăng độ bền, độ cứng của kim loại và hợp kim mà vẫn đảm
bảo độ dẻo, độ dài nhất định cho chi tiết
b, Cải thiện tính công nghệ
- Giảm độ cứng làm cho chúng dễ gia công hơn
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 5
5.1. KHÁI NIỆM VỀ NHIỆT LUYỆN
5.1.3. Sơ lược về bốn chuyển biếncơ bản khi nhiệt luyện
thép
+ Chuyển biến Peclit thành Austenit khi nung nóng thép quá Ac1.
lúc đó Austenit có năng lượng tự do F thấp nhất.
F + Xe Feγ (C) γ
P γ
+ Chuyển biến Austenit thành
Peclit
khi làm nguội chậm thép dưới Ar1
Feγ (C) F + Xe
γ P
0,8
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 6
5.1.3. Sơ lược về bốn chuyển biếncơ bản khi nhiệt luyện thép
+ Chuyển biến Austenit thành Mactenxit khi làm nguội nhanh
thép xuống thấp hơn nhiệt độ To:
Feγ (C) Feα (C)
γ M
+ Chuyển biến Mactenxit thành Peclit
khi làm nguội chậm thép dưới Ar1
Feα(c) F + Xe
M P
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 7
CHƯƠNG 5: CÁC CHUYỂN BIẾN PHA KHI NHIỆT LUYỆN
5.2. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
5.2.1. Cơ sở xác định chuyển biến khi nung
nóngCơ sở xác định chuyển biến khi nung nóng thép là giảng đồ
-
trạng thái Fe-C
- Trong mỗi loại thép ở nhiệt độ
thường có tổ chức Fe + Xe (Peclit)
- Các thép trước và sau cùng tích có
tổ chức phức tạp hơn, có thêm Fe và
XeII
0,8
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 8
5.2.1. Cơ sở xác định chuyển biến khi nung nóng
+ Khi nung nóng đến Ac1, sẽ có quá trình chuyển biến:
[Feα + Fe3C]0,8 Feγ (C)0,8
⇒ Vậy khi nung nóng quá Ac1 thì sự
chuyển biến:
- Đối với thép cùng tinh?
- Đối với thép trước cùng tinh?
- Đối với thép sau cùng tinh?
0,8
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 9
5.2.1. Cơ sở xác định chuyển biến khi nung nóng
+ Từ Ac1 → Ac3, có quá trình hoà tan của F vào γ .
Khi nhiệt độ lớn hơn Ac3, tổ chức nhận được hoàn toàn là
γ . Từ Ac1 → Accm, có quá trình hoà tan
+
của XeII vào γ .
Khi nhiệt độ lớn hơn Accm, tổ chức
nhận được hoàn toàn là γ .
Như vậy theo giảng đồ trạng thái Fe–C
ta hoàn toàn xác định được các tổ chức
tạo thành khi nung nóng;
Trong các chuyển biến đó, chuyển
biến cơ bản là tạo thành Austenit từ
0,8
Peclit;
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 10
5.2. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
5.2.2. Các đặc điểm của chuyển biến Peclit thành
Austenit độ chuyển biến
a, Nhiệt
- Chuyển biến Peclit thành Austenit xảy ra ở 7270C với điều
kiện là nung nóng vô cùng chậm
- Với tốc độ nung thực tế, chuyển biến
luôn luôn xảy ra ở nhiệt độ lớn hơn7270C;
0,8
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 11
5.2.2. Các đặc điểm của chuyển biến Peclit thành Austenit
- Như vậy ta thấy rằng: tốc độ nung càng lớn (càng nhanh),
chuyển biến P γ xảy ra ở nhiệt độ càng cao và thời gian càng
ngắn.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 12
5.2.2. Các đặc điểm của chuyển biến Peclit thành Austenit
b, Kích thước hạt
- Độ hạt Austenit ảnh hưởng rất lớn đến độ hạt của thép ở
nhiệt độ thường do đó ảnh hưởng đến cơ tính của nó;
- Chuyển biến Peclit thành Austenit có cơ chế như quá trình
kết tinh tạo mầm và phát triển mầm;
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 13
5.2.2. Các đặc điểm của chuyển biến Peclit thành Austenit
- Các tâm mầm Austenit sinh ra ở biên giới hạt giữa Xe và F
lúc mới tạo thành γ có kích thước rất nhỏ, nếu tiếp tục nung
nóng thì hạt γ sẽ lớn lên;
⇒ Kích thước hạt γ phụ thuộc vào nhiệt độ nung và thời gian
giữ nhiệt. Nhiệt độ nung càng cao, thời gian giữ nhiệt càng dài,
hạt γ càng lớn
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 14
5.2.2. Các đặc điểm của chuyển biến Peclit thành Austenit
- Những quy luật lớn lên của hạt γ khi nung nóng ở các loại thép
khác nhau cũng khác nhau:
+ Thép có bản chất hạt lớn;
+ Thép có bản chất hạt
nhỏ.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 15
5.2. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP
5.2.3. Các quá trình xảy ra khi giữ nhiệt
- Giai đoạn giữ nhiệt là rất cần thiết để:
+ Làm đồng đều nhiệt độ giữa bề mặt và lõi, để lõi cũng có
chuyển biến như bề mặt;
+ Đủ thời gian cần thiết sẽ tạo điều kiện để các chuyển
biến xảy ra hoàn toàn;
+ Làm đồng đều thành phần hoá học của Austenit. Do γ
được tạo ra từ F và Xe có thành phần Cacbon rất khác nhau.
⇒ Thời gian giữ nhiệt chỉ nên lấy vừa đủ, không nên quá dài vì
làm cho hạt γ quá lớn, thép bị giòn.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 16
CHƯƠNG 5: CÁC CHUYỂN BIẾN PHA KHI NHIỆT LUYỆN
5.3. CHUYỂN BIẾN XẢY RA KHI LÀM NGUỘI CHẬM AUSTENIT
5.3.1. Chuyển biến của Austenit khi làm nguội đẳng nhiệt
- Là phương pháp làm nguội
nhanh Austenit xuống dưới
Ar1 giữ nhiệt ở nhiệt độ này
rồi xác định thời gian bắt đầu
và kết thúc sự chuyển biến từ
γ → P.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 17
5.3.1. Chuyển biến của Austenit khi làm nguội đẳng nhiệt
* Gian đồ T-T-T
+ Ở nhiệt độ cao hơn 7270C:
– γ hoàn toàn ổn định;
+ Bên trái chữ “C” thứ nhất:
– γ quá nguội;
+ Giữa hai chữ “C”:
– γ chuyển biến (γ , P, Xe);
+ Bên phải chữ “C”:
– các sản phẩm phân hoá
đẳng nhiệt của γ ;
+ Dưới đường MS:
– Mactenxit + γ dư.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 18
5.3.1. Chuyển biến của Austenit khi làm nguội đẳng nhiệt
Các sản phẩm phân hoá đẳng nhiệt của Austenit quá nguội
- Khi γ phân hoá ở 7000C → Peclit [F + Xe] (Xe có dạng tấm
với kích thước thô to), có độ cứng 10 ÷ 15 HRC;
- Khi γ phân hoá ở 600 ÷ 7000C → Xoocbit [F + Xe] (Xe có
dạng tấm với kích thước 10-1 ÷ 10-4 mm), có độ cứng khoảng
20 ÷ 35 HRC, ký hiệu là X;
- Khi γ phân hoá ở 500 ÷ 6000C → Trustit [F + Xe] (Xe dạng
tấm rất nhỏ mịn với kích thước,10-5mm), ký hiệu T. Độ cứng
của nó khoảng 40 HRC;
⇒ P, X, T đều là hỗn hợp cơ học của F và Xe trong đó Xe ở
dạng tấm nhưng với mức độ nhỏ mịn khác nhau.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 19
5.3.1. Chuyển biến của Austenit khi làm nguội đẳng nhiệt
- Khi γ phân hoá ở < 5000C → Bainit [F + Xe] (Xe có dạng tấm
với kích thước nhỏ mịm, 10-6mm ), có độ cứng 50 ÷ 55 HRC,
bao gồm:
+ Bainit trên khi γ phân hoá ở 350 ÷ 5000C;
+ Bainit dưới khi γ phân hoá ở 250 ÷ 3500C.
- Bainit có đặc điểm:
+ %C trong F lớn hơn giới hạn hoà tan một chút (0,1%);
+ Có một ít γ dư.
⇒ Là chuyển biến trung gian, giữa chuyển biến Peclit và
chuyển biến Mactenxit
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 20