Bài giảng Cơ sở vật liệu học - Chương 3: Các chuyển biến pha khi nhiệt luyện

CHƯƠNG 3: CÁC CHUYỂN BIẾN PHA KHI NHIỆT LUYỆN

3.1. KHÁI NIỆM VỀ NHIỆT LUYỆN

3.1.1. Định nghĩa

a, Định nghĩa

- Nhiệt luyện là phương phá p cô ng nghệ nung nó ng kim loại và

á

hợp kim đến nhiệt độ xá c định, giữ nhiệt một thời gian cần thiết rồi

á

làm nguội với tốc độ thí ch hợp để làm thay đổi cá c tổ chức bên

í

á

trong và làm thay đổi tí nh chất của chúng theo ý muốn.

í

b, Đặc điểm

+ Kim loại và hợp kim luô n luô n ở trạng thá i rắn, hì nh

dạng và kí ch thước của chi tiết khô ng thay đổi;

+ Nhiệt luyện chỉ làm thay đổi tổ chức bên trong của kim

loại và hợp kim.

1

Nguyễn Quốc Tuân - Bộ môn: TB & DCCN

3.1.1. Định nghĩa

c, Phâ n loại cá c phương phá p nhiệt luyện

* Nhiệt luyện

- Ủ: là phương phá p nung nó ng chi tiết đến nhiệt độ xá c định,

giữ nhiệt rồi làm nguội chậm để đạt được tổ chức câ n bằng với

độ cứng, độ bền thấp nhất.

- Thường hoá : là phương phá p nung nó ng chi tiết dến trạng

thá i hoàn toàn là Austenit giữ nhiệt và làm nguội trong khô ng khí

tĩnh để đạt tổ chức gần câ n bằng.

 Mục đích của ủ và thường hoá là làm mềm thé p để dễ gia

cô ng cắt gọt và dập nguội.

2

Nguyễn Quốc Tuân - Bộ môn: TB & DCCN

3.1.1. Định nghĩa

- Tô i: là phương phá p nung nó ng chi tiết đến tổ chức

Austenit, giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh để đạt được tổ chức

khô ng câ n bằng có độ cứng cao.

- Ram: là phương phá p nung nó ng chi tiết sau khi tô i đến

nhiệt độ thí ch 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 cô ng bắt buộc sau khi tô i, để đảm bảo chi tiết

có cơ tí nh thí ch hợp theo yêu cầu làm việc

3

Nguyễn Quốc Tuân - Bộ môn: TB & DCCN

3.1.1. Định nghĩa

* Hoá - nhiệt luyện

- Là phương phá p thay đổi nhiệt độ và thành phần hoá học

của lớp bề mặt chi tiết để thay đổi tổ chức và tí nh chất lớp bề mặt

theo yêu cầu làm việc

Thô ng thường người ta thường dùng phương phá p khuếch

tá n nguyên tố vào lớp bề mặt: cacbon, nitơ hoặc cả cacbon và

nitơ, cá c nguyên tố khá c như: Si, B, Cr, Al...

* Cơ nhiệt luyện

- Là phương phá p làm thay đổi nhiệt độ và biến dạng dẻo để

thay đổi tổ chức và tí nh chất của kim loại và hợp kim.

4

Nguyễn Quốc Tuân - Bộ môn: TB & DCCN

3.1. KHÁI NIỆM VỀ NHIỆT LUYỆN

3.1.2. Các thông số đặc trưng cho quá trình nhiệt luyện

- Nhiệt độ nung nó ng T⁰: là nhiệt độ cao nhất mà quá trì nh

n

nhiệt luyện cần phải đạt tới;

- Thời gian giữ nhiệt t_gn: thời gian duy trì ở nhiệt độ nung nó ng;

- Tốc độ nguội V_nguội: là độ giảm của nhiệt độ theo thời gian,

thường tí nh theo ⁰C/h, ⁰C /phút, ⁰C/s.

3.1.3. Tác dụng của nhiệt luyện đối với chế tạo cơ khí

a, Tăng độ cứng, độ bền và tí nh trống mài mò n

- 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 tí nh cô ng nghệ

- Giảm độ cứng làm cho chúng dễ gia công hơn

Nguyễn Quốc Tuân - Bộ môn: TB & DCCN

5

3.1. KHÁI NIỆM VỀ NHIỆT LUYỆN

3.1.3. Sơ lược về bốn chuyển biếncơ bản khi nhiệt luyện thép

+ Chuyển biến Peclit thành Austenit khi nung nó ng thé p quá Ac₁.

lúc đó Austenit có năng lượng tự do F thấp nhất.

F + Xe  Fe_(C)



P



+ Chuyển biến Austenit thành Peclit

khi làm nguội chậm thé p dưới Ar₁

Fe_(C)  F + Xe



P

0,8

6

Nguyễn Quốc Tuân - Bộ môn: TB & DCCN

3.1.3. Sơ lược về bốn chuyển biếncơ bản khi nhiệt luyện thép

+ Chuyển biến Austenit thành Mactenxit khi làm nguội nhanh

thé p xuống thấp hơn nhiệt độ T_o:

Fe (C)  Fe (C)



M

+ Chuyển biến Mactenxit thành Peclit

khi làm nguội chậm thé p dưới Ar₁

Fe_(c)  F + Xe

M

P

7

Nguyễn Quốc Tuân - Bộ môn: TB & DCCN

CHƯƠNG 3: CÁC CHUYỂN BIẾN PHA KHI NHIỆT LUYỆN

3.2. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP

3.2.1. Cơ sở xác định chuyển biến khi nung nóng

á

é

- Cơ sở xá c định chuyển biến khi nung nó ng thé p là giảng đồ

á

trạng thá i Fe-C

- Trong mỗi loại thé p ở nhiệt độ

thường có tổ chức Fe + Xe (Peclit)

- Cá c thé p trước và sau cùng tí ch có

tổ chức phức tạp hơn, có thêm Fe và

Xe_II

0,8

8

Nguyễn Quốc Tuân - Bộ môn: TB & DCCN

3.2.1. Cơ sở xác định chuyển biến khi nung nóng

+ Khi nung nóng đến Ac₁, sẽ có quá trình chuyển biến:

[Fe_+ Fe₃C]_0,8 Fe(C)_0,8

 Vậy khi nung nó ng quá Ac₁thì sự

chuyển biến:

- Đối với thép cùng tich?

- Đối với thép trước cùng tich?

- Đối với thép sau cùng tich?

0,8

9

Nguyễn Quốc Tuân - Bộ môn: TB & DCCN

3.2.1. Cơ sở xác định chuyển biến khi nung nóng

+ Từ Ac₁→ Ac₃, có quá trình hoà tan của F vào .

Khi nhiệt độ lớn hơn Ac₃, tổ chức nhận được hoàn toàn là .

+ Từ Ac₁→ Ac_cm, có quá trì nh hoà tan

của Xe_IIvào .

Khi nhiệt độ lớn hơn Ac_cm, tổ chức

nhận được hoàn toàn là .

Như vậy theo giảng đồ trạng thá i Fe–C

ta hoàn toàn xá c định được cá c tổ chức

tạo thành khi nung nó ng;

Trong cá c chuyển biến đó, chuyển biến

cơ bản là tạo thành Austenit từ Peclit;

0,8

10

Nguyễn Quốc Tuân - Bộ môn: TB & DCCN

3.2. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP

3.2.2. Các đặc điểm của chuyển biến Peclit thành Austenit

a, Nhiệt độ chuyển biến

- Chuyển biến Peclit thành Austenit xảy ra ở 727⁰C với điều

kiện là nung nó ng vô cùng chậm

- Với tốc độ nung thực tế, chuyển biến

luô n luô n xảy ra ở nhiệt độ lớn hơn727⁰C;

0,8

11

Nguyễn Quốc Tuân - Bộ môn: TB & DCCN

3.2.2. Các đặc điểm của chuyển biến Peclit thành Austenit

- Như vậy ta thấy rằng: tốc độ nung càng lớn (càng nhanh),

chuyển biến P   xảy ra ở nhiệt độ càng cao và thời gian càng

ngắn.

12

Nguyễn Quốc Tuân - Bộ môn: TB & DCCN

3.2.2. Các đặc điểm của chuyển biến Peclit thành Austenit

b, Kích thước hạt

- Độ hạt Austenit ảnh hưởng rất lớn đến độ hạt của thé p ở

nhiệt độ thường do đó ảnh hưởng đến cơ tí nh của nó ;

- Chuyển biến Peclit thành Austenit có cơ chế như quá trì nh

kết tinh tạo mầm và phá t triển mầm;

13

Nguyễn Quốc Tuân - Bộ môn: TB & DCCN

3.2.2. Các đặc điểm của chuyển biến Peclit thành Austenit

- Cá c tâ m mầm Austenit sinh ra ở biên giới hạt giữa Xe và F lúc

mới tạo thành  có kí ch thước rất nhỏ, nếu tiếp tục nung nó ng

thì hạt  sẽ lớn lên;

 Kí ch thước hạt  phụ thuộc vào nhiệt độ nung và thời gian

giữ nhiệt. Nhiệt độ nung càng cao, thời gian giữ nhiệt càng dài,

hạt  càng lớn

14

Nguyễn Quốc Tuân - Bộ môn: TB & DCCN

3.2.2. Các đặc điểm của chuyển biến Peclit thành Austenit

- Những quy luật lớn lên của hạt  khi nung nó ng ở cá c loại thé p

khá c nhau cũng khá c nhau:

+ Thép có bản chất hạt lớn;

+ Thép có bản chất hạt nhỏ.

15

Nguyễn Quốc Tuân - Bộ môn: TB & DCCN

3.2. CÁC CHUYỂN BIẾN KHI NUNG NÓNG THÉP

3.2.3. 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 lõ i, để lõ i cũng có

chuyển biến như bề mặt;

+ Đủ thời gian cần thiết sẽ tạo điều kiện để cá c chuyển biến

xảy ra hoàn toàn;

+ Làm đồng đều thành phần hoá học của Austenit. Do 

được tạo ra từ F và Xe có thành phần Cacbon rất khá c nhau.

 Thời gian giữ nhiệt chỉ nên lấy vừa đủ, khô ng nên quá dài vì

làm cho hạt  quá lớn, thé p bị giò n.

16

Nguyễn Quốc Tuân - Bộ môn: TB & DCCN

CHƯƠNG3: CÁC CHUYỂN BIẾN PHA KHI NHIỆT LUYỆN

3.3. CHUYỂN BIẾN XẢY RA KHI LÀM NGUỘI CHẬM AUSTENIT

3.3.1. Chuyển biến của Austenit khi làm nguội đẳng nhiệt

- Là phương phá p làm nguội

nhanh Austenit xuống dưới

Ar₁giữ nhiệt ở nhiệt độ này

rồi xá c định thời gian bắt đầu

và kết thúc sự chuyển biến từ

 → P.

17

Nguyễn Quốc Tuân - Bộ môn: TB & DCCN

3.3.1. Chuyển biến của Austenit khi làm nguội đẳng nhiệt

* Gian đồ T-T-T

+ Ở nhiệt độ cao hơn 727⁰C:

–  hoàn toàn ổn định;

+ Bên trá i chữ “C” thứ nhất:

–  quá nguội;

+ Giữa hai chữ “C”:

–  chuyển biến (, P, Xe);

+ Bên phải chữ “C”:

– cá c sản phẩm phâ n hoá

đẳng nhiệt của ;

+ Dưới đường M_S:

– Mactenxit +  dư.

18

Nguyễn Quốc Tuân - Bộ môn: TB & DCCN

3.3.1. Chuyển biến của Austenit khi làm nguội đẳng nhiệt

Cá c sản phẩm phâ n hoá đẳng nhiệt của Austenit quá nguội

- Khi  phâ n hoá ở 700⁰C → Peclit [F + Xe] (Xe có dạng tấm

với kí ch thước thô to), có độ cứng 10 15 HRC;

- Khi  phâ n hoá ở 600  700⁰C → Xoocbit [F + Xe] (Xe có

dạng tấm với kí ch thước 10^-1 10^-4mm), có độ cứng khoảng

20  35 HRC, ký hiệu là X;

- Khi  phâ n hoá ở 500  600⁰C → Trustit [F + Xe] (Xe dạng

tấm rất nhỏ mịn với kí ch 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 khá c nhau.

19

Nguyễn Quốc Tuân - Bộ môn: TB & DCCN

3.3.1. Chuyển biến của Austenit khi làm nguội đẳng nhiệt

- Khi  phâ n hoá ở  500⁰C → Bainit [F + Xe] (Xe có dạng tấm

với kí ch thước nhỏ mịm, 10^-6mm ), có độ cứng 50  55 HRC,

bao gồm:

+ Bainit trên khi  phân hoá ở 350  500⁰C;

+ Bainit dưới khi  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  dư.

 Là chuyển biến trung gian, giữa chuyển biến Peclit và

chuyển biến Mactenxit

20

Nguyễn Quốc Tuân - Bộ môn: TB & DCCN

Bài giảng Cơ sở vật liệu học - Chương 3: Các chuyển biến pha khi nhiệt luyện - Nguyễn Quốc Tuấn