Cách về Giản đồ trạng thái Fe C

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINHKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌCBỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU---o0o---BÀI TIỂU LUẬNMôn học :VẬT LIỆU HỌCGVHD:PHẠM HẢI ĐỊNHLỚP:DHHC6HỌC KỲ: IITháng 04 năm 2013NĂM HỌC: 2012–2013GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT – CACBONTrong phần này nghiên cứu về giản đồ trạng thái sắt - cácbon, các khái niệm cơ bản về gang thép, các phương pháp nhiệt luyện, hóa - nhiệt luyện, cơ - nhiệt luyện và sơ lược về các thiết bịnhiệt luyện. Do vậy cần hiểu được các chuyển biến khi nung nóng và làm nguội thông quagiản đồ trạng thái Fe - C và các giản đồ có liên quan, bản chất của các tổ chức tạo thành, mốiquan hệ giữa các tổ chức.Cơ sở để nghiên cứu gang - thép và tìm hiểu các tính chất của nó là giản đồ trạng thái Fe - C.Để nghiên cứu giản đồ trạng thái Fe - C trước hết phải khảo sát các đặc tính của các nguyênthành phần.Hình 1: Giản đồ pha sắt – cacbon1. Giản đồ phaTheo lý thuyết, giản đồ trạng thái Fe - C phải được xây dựng từ 100% Fe đến 100%C song dokhông dùng các hợp kim Fe - C với lượng các bon nhiều hơn 5% nên ta chỉ xây dựng giản đồđến 6,67% các bon tức là ứng với hợp chất hóa học Fe3C. Trong thực tế, Fe với C tồn tại ở 3dạng hợp chất là FeC, Fe2C, Fe3C song xêmentít [Fe3C] ổn định về thành phần hóa học ở mọinhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ nóng chảy nên dùng Fe3C làm cấu tử.2Bảng 1: Tọa độ các điểmĐiểm%CNhiệt độĐiểm%CNhiệt độA01539E2,141147H0,11499C4,31147J0,161499F6,671147B0,511499R0,02727N01392S0,8727D6,671600K6,67727G0910Q0,0060Hình 2: Tọa độ các điểm trong giản đồ pha2. Các tổ chức của hợp kimTrên giản đồ, đường ABCD là đường lỏngĐường AHJECF là đường rắna. Tổ chức 1 pha- Hợp kim lỏng [L]: là dung dịch lỏng của cácbon trong sắt, tồn tại ở phía trên đường lỏngABCD.- Xementit [ký hiệu là Xe hay Fe3C]: là hợp chất hóa học của sắt với các bon - Fe3C, ứng vớiđường thẳng đứng DFK. Nó cứng và giòn, cơ bản là giống gốm ở dạng nguyên chất. Nó tạothành trực tiếp trong trường hợp nấu chảy gang trắng. Trong thép cacbon, nó được hình thànhtừ quá trình làm lạnh austenite hoặc ủ Martenxit. Tất cả lượng sắt có được chứa trong3cementite. Cementite trộn với Ferrite, các sản phẩm khác của Austenite, để tạo thành cấu trúcphiến mỏng gọi là Pearlite và Bainite.- Xementit thứ nhất [XeI]: là loại kết tinh từ hợp kim lỏng, nó được tạo thành trong các hợpkim chứa nhiều hơn 4,3% và trong khoảng nhiệt độ [1147 - 1600]0C. Do tạo nên từ pha lỏng vàở nhiệt độ cao nên XeI có tổ chức hạt to.- Xementit thứ hai [XeII]: là loại được tiết ra từ dung dịch rắn Auxtenit ở trong khoảng nhiệtđộ [727 - 1147]0C khi độ hòa tan của cacbon ở trong pha này giảm từ 2,14% xuống còn 0,8%do vậy XeII có trong hợp kim với thành phần các bon lớn hơn 0,8%. Do tạo từ pha rắn và ởnhiệt độ không cao lắm nên XeII có tổ chức hạt nhỏ hơn, do được tiết ra từ Auxtenit nênthường ở dạng lưới bao quanh Auxtenit.- Xemetit thứ ba [XeIII]: là loại được tiết ra từ dung dịch rắn Ferit ở trong khoảng nhiệt độthấp hơn 7270C khi độ hòa tan giới hạn của cácbon trong Ferit giảm từ 0,02% xuống 0,006%.XeIII có ở trong mọi hợp kim có thành phần C lớn hơn 0,006% nhưng với lượng rất ít. Do tạonên từ pha rắn và ở nhiệt độ thấp, khả năng khuếch tán của nguyên tử rất kém nên XeIIIthường ở dạng mạng lưới hay hạt rất nhỏ bên cạnh Ferit.Các dạng Xementit không khác nhau về bản chất pha, chỉ khác nhau về kích thước hạt và sựphân bố do điều kiện tạo thành khác nhau.- Ferit [ký hiệu là F hay α]: là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon ở trong Fe[α], có mạng lậpphương thể tâm nên khả năng hòa tan của cacbon ở trong Fe[α] là không đáng kể, vì cấu trúcBCC có lỗ trống ít hơn nhiều so với cấu trúc FCC, lớn nhất ở 7270C là 0,02% và nhỏ nhất ởnhiệt độ thường là 0,006%.- Auxtenit [kí hiệu là As hay γ]: là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon trong Fe[γ], có mạng lậpphương diện tâm nên khả năng hòa tan cacbon của Fe[γ] khá lớn, lớn nhất ở nhiệt độ 11470Cvới 2,14% và nhỏ nhất ở 7270C với 0,8%C. Austenite là kim loại không từ tính, khi làm lạnhcấu trúc này bị gảy thành hỗn hợp của ferrite và cementite, hoặc là trải qua một sự biến đổi nhỏmạng tinh thể được gọi là biến đổi Martensite. Tỷ lệ hạ nhiệt độ xác định theo quy tắc tamsuất của loại vậy liệu và tính chất cơ học của thép.4Auxtenit rất dẻo và dai khi các nguyên tố khác hòa tan vào không những làm độ cứng tăng lênvà độ dẻo độ dai giảm đi đáng kể mà còn làm thay đổi động học chuyển biến do đó ảnh hưởnglớn tới nhiệt luyện.Martensite: được hình thành trong thép cacbon bằng cách làm lạnh nhanh Austenite, như vậycác nguyên tử cacbon không có thời gian khuếch tán ra khỏi cấu trúc tinh thể với lượng lớn đểtạo thành Fe3C. Kết quả là Austenite FCC biến đổi thành Ferrite BCC giãn căng và bão hòacacbon.b. Các tổ chức 2 pha- Peclit [ký hiệu là P hay [α+Xe]]: Peclit là hỗn hợp cơ học cùng tích của Ferit và Xementit[α + Xe] tạo thành ở 7270C từ dung dịch rắn Auxtenit chứa 0,8%C. Trong Peclit có 88% Feritvà 12% Xementit. Từ giản đồ trạng thái Fe - C ta thấy trong quá trình làm nguội, thành phầncacbon của Auxtenit sẽ biến đổi và khi đến 7270C có 0,8%C [các hợp kim có lượng cacbonnhỏ hơn 0,8% thì thành phần Auxtenit biến đổi theo hướng tiết ra Ferit để làm tăng cacbon còncác hợp kim có lượng cacbon lớn hơn 0,8% thì thành phần Auxtenit biến đổi theo hướng tiết raXementit làm giảm cacbon, cả 2 trường hợp trên đều đưa đến lượng cacbon trong Auxtenit là0,8% ở 7270C]. Lúc đó, Auxtenit có 0,8% C sẽ chuyển biến thành hỗn hợp cùng tích của Feritvà Xementit:5Tùy theo hình dạng Xêmentit ở trong hỗn hợp, người ta chia ra 2 loại peclit là peclit tấm vàpeclit hạt [Peclit tấm Xe ở dạng tấm phiến còn Peclit hạt thì Xe ở dạng hạt]. Peclit là hỗn hợpcơ học nên có tính chất trung gian. Kết hợp giữa tính dẻo, dai của α và cứng, dòn của Xe nênnói chung P có độ cứng, độ bền cao, tính dẻo dai thấp. Tuy nhiên cơ tính của nó có thể thay đổitrong phạm vi khá rộng phụ thuộc vào độ hạt của Xe.- Ledeburit [ký hiệu là Le hoặc [γ+Xe] hay [P+Xe]]: Ledeburit là hỗn hợp cơ học cùng tinh,kết tính từ pha lỏng có nồng độ 4,3%C ở 11470C.Lúc đầu mới tạo thành nó gồm γ và Xe [trong khoảng 7270C ÷ 11470C]. Khi làm nguội xuốngdưới 7270C, γ chuyển biến thành P do vậy Lêdeburit là hỗn hợp cơ học của Peclit và Xementit.Như vậy cuối cùng Lêdeburit có 2 pha là α và Xe trong đó Xe chiếm tỉ lệ gần 2/3 nênLeđeburit rất cứng và dòn.c. Vi cấu trúcBainite: Là một vi cấu trúc [không phải một pha] hình thành trong thép ở nhiệt độ 250-550oC,nó là một một trong các sản phẩm của sự phân hủy có thể hình thành khi austenite được làmlạnh qua nhiệt độ giới hạn 1000 K.Spheroidite: [α- Ferrite + Fe3C] Nếu một hợp kim thép có cấu trúc vi mô là pearlitic hoặcbainitic được làm nóng và trái lại, dưới nhiệt độ cùng tích cho một khoảng thời gian đủ dài, vídụ khoảng 700oC từ 18 – 20h, một cấu trúc vi mô được hình thành là Spheroidite.3. Quá trình kết tinh của hợp kim Fe-Ca. Phần phía trên đường rắn AHJECF- Khu vực có thành phần [0,1 ÷ 0,51] %C:6Khi làm nguội đến đường lỏng AB, hợp kim lỏng sẽ kết tinh ra dung dịch rắn δ trước. Khi hạnhiệt độ xuống tới 14990C, hợp kim có 2 pha là dung dịch rắn δ chứa 0,1%C và dung dịch lỏngchứa 0,51%C nên xảy ra phản ứng bao tinh tạo ra dung dịch rắn Austenit chứa 0,16%C.- Khu vực có thành phần [0,51 ÷ 4,3] %C:Khi làm nguội hợp kim tới đường lỏng BC nó sẽ kết tinh ra γ. Các hợp kim có thành phần từ[0,51 ÷ 2,14] %C kết thúc kết tinh bằng sự tạo thành dung dịch rắn γ còn các hợp kim cóthành phần từ [2,14÷ 4,3] %C kết thúc kết tinh bằng sự kết tinh của dung dịch lỏng có thànhphần ứng với điểm C tạo ra 2 pha γ có thành phần ứng với điểm E và Xe ở 11470C.Hỗn hợp cơ học trên gọi là hỗn hợp cơ học cùng tinh LedeburitKhi T > 7270C tổ chức Le gồm [γ + Xe] Khi T < 7270C tổ chức Le gồm [P + Xe]b. Phần dưới đường rắn AHJECFTại 7270C γ có thành phần 0,8%C sẽ chuyển biến thành P là hỗn hợp của 2 pha α và Xe gọilà hỗn hợp cơ học cùng tích.3. Phân loại hợp kim Fe - C theo giản đồ trạng tháiĐể phân loại hợp kim Fe - C người ta dựa vào hàm lượng của cacbon trong hợp kim đó.a. ThépLà hợp kim của Fe với C mà hàm lượng C trong nó nhỏ hơn 2,14%. Do vậy, ta có thể phân ralàm 3 loại thép.- Thép trước cùng tích: Thép có hàm lượng cacbon < 0,8%Tổ chức của thép trước cùng tích là [P + α]7- Thép cùng tích: Thép có thành phần cacbon = 0,8%. Tổ chức của thép cùng tích là hỗn hợpcơ học cùng tích P.- Thép sau cùng tích: Là thép có hàm lượng cacbon nằm trong khoảng [0,8 ÷ 2,14] %. Tổ chứccủa thép sau cùng tích là P + XeII. Lượng XeII ít được tiết ra dưới dạng mạng lưới bao quanhhạt P nên có tính dòn cao chính vì vậy, trên thực tế người ta chỉ dùng thép có hàm lượngcacbon nhỏ hơn 1,3%.b. GangLà hợp kim của Fe với C mà hàm lượng C trong nó lớn hơn 2,14% và nhỏ hơn 6,67%. Dựavào hàm lượng cacbon và tương tự đối với thép, ta có thể phân ra làm 3 loại gang sau:- Gang trước cùng tinh là loại gang có hàm lượng cacbon < 4,3%.Tổ chức của gang trước cùng tinh là P + XeII + Le. Đây là loại gang thường được sử dụngtrong thực tế8- Gang cùng tinh là loại gang có hàm lượng cacbon là 4,3% Tổ chức của gang cùng tinh là LeGang sau cùng tinh: là loại gang có hàm lượng cacbon lớn hơn 4,3%Tổ chức của gang sau cùng tinh là Le + XeICác loại gang trên được gọi chung là gang trắng, cacbon trong gang trắng đều tồn tại dướidạng Xe.4. Đặc điểm cơ tính của thép và gang theo giản đồ trạng tháia. Thép- Thép trước cùng tích, lượng cacbon ít nên lượng Xe cũng ít vì vậy thép có tính dẻo cao.- Thép sau cùng tích và cùng tích, hàm lượng cacbon tăng nên tỉ lệ pha Xe tăng do vậy làmtăng độ cứng, tính dòn đồng thời làm độ thắt tỉ đối ψ, độ giãn dài tương đối δ giảm xuống. Vìnhững lý do trên mà trên thực tế, người ta không dùng thép có hàm lượng cacbon quá cao [%C> 1,3%].b. GangGang sau cùng tích có lượng Xe quá nhiều gây dòn và cứng, không có khả năng cắt gọt do vậykhông được sử dụng. Thực tế, người ta sử dụng gang trước cùng tích có hàm lượng cacbon nhỏhơn 3,5%.5. Các nhiệt độ tới hạn hợp kim Fe - C theo giản đồ trạng thái9a. Nhiệt độ phản ứng cùng tinh [T = 11470C]Với hàm lượng cacbon lớn hơn 2,14% được dùng để xác định chế độ nấu luyện của hợp kim.b. Nhiệt độ phản ứng cùng tích [T = 7270C]γ → [F + Xe] [khi làm nguội] và [F + Xe] → γ [khi nung].Hàm lượng cacbon lớn hơn 0,02% và được áp dụng nhiều trong nhiệt luyện là đường A1.Trong thực tế, nhiệt độ chuyển biến khi nung nóng và làm nguội bao giờ cũng khác với giảnđồ. Để biểu thị quá trình nung nóng khi có sự chuyển biến pha trên thực tế người ta gọi đó làđường AC1 và khi làm nguội là đường Ar1c. Nhiệt độ đường giới hạn hòa tan của Ferit [α ] trong Auxtenit [γ ] là đường A3Nhiệt độ giới hạn hòa tan được thay đổi theo hàm lượng cacbon gọi là đường A3. Khu nungvượt qua nhiệt độ AC3 thì kết thúc quá trình hòa tan của Ferit [α] vào Auxtenit [γ]. Đồng thời,khi làm nguội xuống nhiệt độ nhỏ hơn Ar3 thì bắt đầu tiết ra Ferit [α] từ Auxtenit[γ].Như vậy: T0Ar3 < T0A3 < T0Ac3ý nghĩa: Dùng chọn chế độ nhiệt luyện thép trước cùng tích.d. Nhiệt độ đường giới hạn hòa tan của Xementit [Xe] vào Auxtenit [γ ] là đường AcmNhiệt độ giới hạn hòa tan được thay đổi theo hàm lượng cacbon gọi là đường Acm. Khi nungvượt qua nhiệt độ Accm thì kết thúc quá trình hòa tan của Xementit [Xe] vào Auxtenit [γ].10Đồng thời, khi làm nguội xuống nhiệt độ nhỏ hơn Arcm thì bắt đầu có sự tiết ra Xementit [Xe]từ Auxtenit [γ].Như vậy: T0Arcm < T0Acm < T0Accm.11CÁC CHUYỂN BIẾN XẢY RA KHI NUNG VÀ LÀM NGUỘITHÉP6. Khái niệm về nhiệt luyệna. Định nghĩaLà phương pháp gia công kim loại bằng cách nung kim loại tới một nhiệt độ xác định, giữnhiệt một thời gian và làm nguội với tốc độ nguội được xác định trước nhằm đạt được tổ chứcvà tính chất của vật liệu kim loại theo yêu cầu.Để mô tả công nghệ nhiệt luyện dùng hệ toạ độ T0 - t:Khi nhiệt luyện không được phép nung nóng kim loại đến trạng thái nóng chảy hay chảy bộphận. Trong mọi quá trình nhiệt luyện kim loại luôn luôn ở trạng thái rắn, hình dạng và kíchthước của sản phẩm hầu như không thay đổi hoặc thay đổi rất ít.b. Các đặc điểm của nhiệt luyện- Trong quá trình nhiệt luyện thì sản phẩm không thay đổi về hình dáng và kích thước mà chỉthay đổi về tổ chức và cơ tính của vật liệu.- Các thông số công nghệ được xác định nhờ giản đồ trạng thái của các loại hợp kim.- Sản phẩm sau khi nhiệt luyện phải thu được đầy đủ các thông số của hợp kim.c. Các yếu tố đặc trưng cho quá trình nhiệt luyệnCác yếu tố quan trọng nhất đặc trưng cho quá trình nhiệt luyện là: nhiệt độ nung, thời gian giữnhiệt và tốc độ làm nguội.- Nhiệt độ nung nóng t0 nung là nhiệt độ cao nhất phải đạt đến khi nung nóng nhiệt.- Thời gian giữ nhiệt τg.n là thời gian cần thiết duy trì kim loại ở nhiệt độ nung.- Tốc độ nguội vnguội là độ giảm của nhiệt độ theo thời gian sau khoảng thời gian giữ12d. Phân loại nhiệt luyệnTuỳ theo vị trí của nhiệt luyện trong quá trình gia công cơ khí, người ta phân nó thành 2 nhóm:- Nhiệt luyện sơ bộ: là những dạng nhiệt luyện mà sản phẩm sau nhiệt luyện còn tiếp tục giacông cơ khí.- Nhiệt luyện kết thúc: là dạng nhiệt luyện mà sản phẩm sau nhiệt luyện không tiếp tục giacông.7. Các chuyển biến xảy ra khi nung thépa. Mô tả thí nghiệmSử dụng mẫu thí nghiệm là thép chứa 0,8% cacbon, có tổ chức là Peclit [P=[α+Xe]] làm hàngloạt mẫu có kích thước và hình dáng giống nhau và tiến hành nung tới nhiệt độ lớn hơn nhiệtđộ Ac1. Giữ các mẫu tại nhiệt độ nung với các thời gian khác nhau sau đó tiến hành làm nguộinhanh. Đo lượng chuyển biến P thành γ theo thời gian.Trên cơ sở đo lượng chuyển biến đó, ta xây dựng đường cong phần trăm lượng γ theo thời giant:%γ = f[t]Đường cong trên chính là đường cong động học chuyển biến P thành γ. OA: giai đoạn phôithai, bắt đầu tạo các trung tâm sinh mầm.AB: giai đoạn bắt đầu chuyển biến P thành γ. ở giai đoạn này, có sự thay đổi năng lượng tự do.∆G = ∆Gthể tích + ∆Gbề mặt + ∆Gđàn hồiDo vậy, ta thấy rằng quá trình tạo mầm ở trạng thái rắn là khó khăn và chậm hơn do biến thiênnăng lượng cao hơn.BC: giai đoạn chuyển biến xảy ra nhanh do lượng mầm tạo ra nhiều và khả năng lớn lên mạnhdo ∆Gđàn hồi chưa quá lớn.CD: giai đoạn chuyển biến chậm lại do ∆Gđàn hồi lớn13b. Nhiệt độ chuyển biến Peclit thành Auxtenit- Đường cong động học chuyển biến khi nung nóng thép cùng tíchTừ giản đồ trạng thái Fe-C thấy rằng chuyển biến P thành γ xảy ra ở 7270C, nhưng điềunày chỉđúng với khi nung nóng bằng tốc độ vô cùng bé. Với tốc độ nung nóng thực tế, nhiệt độ tại đóxảy ra chuyển biến này luôn luôn cao hơn 7270C, tốc độ nung càng lớn, nhiệt độ xảy ra chuyểnbiến càng cao và chuyển biến thực tế xảy ra trong một khoảng nhiệt độ. Điều này được thểhiện trên giản đồ chuyển biến p thành γ.14[1]: Đường bắt đầu quá trình chuyến biến P → γ[2]: Đường kết thúc quá trình chuyển biến P → γSử dụng 2 trục tra toạ độ là thời gian và nhiệt độ, ta có thể đặt ở trên đó các đường biểu diễntốc độ nung nóng để xét ảnh hưởng của tốc độ nung đến nhiệt độ chuyển biến. Nếu nung nóngvới tốc độ v1 thì thời điểm bắt đầu và kết thúc quá trình chuyển biến là a1, b1 còn nếu nungnóng với tốc độ v2 lớn hơn v1 đó là điểm a2, b2. Do đó ta thấy rằng tốc độ nung nóng càngcao, chuyển biến P → γ xảy ra ở nhiệt độ càng cao và với thời gian càng ngắn.ý nghĩa của việc xảy ra dừng đường cong động học chuyển biến P → γ:- Tính được nhiệt độ bắt đầu và kết thúc chuyển biến P → γ với các tốc độ nung khác nhau. Từđó định ra công nghệ nhiệt luyện.- Xác định mức độ ổn định của các pha phụ thuộc vào thông số công nghệ- Đường cong động học chuyển biến khi nung nóng thép và sau cùng tích- Thép trước cùng tích: Đối với thép trước cùng tích tổ chức bao gồm P + F. Nên để có chuyểnbiến hoàn toàn thành γ cần nung thép vượt quá nhiệt độ Ac3. Khi đó đường cong động học códạng như sau:[1]: Đường cong bắt đầu quá trình chuyển biến P → γ[2]: Đường cong kết thúc quá trình chuyển biến P → γ[3] Đường cong bắt đầu hoà tan F → γ[4]: Đường kết thúc hoà tan F → γ- Thép sau cùng tích: Đối với thép sau cùng tích tổ chức bao gồm P + Xe II. Nên để có chuyểnbiến hoàn toàn thành γ cần nung thép tới nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ Accm. Khi đó đường congđộng học có dạng như sau:[1]: Đường cong bắt đầu quá trình chuyển biến P → γ[2]: Đường cong kết thúc quá trình chuyển biến P → γ[3] Đường cong bắt đầu hoà tan XeII → γ[4]: Đường kết thúc hoà tan XeII → γb. Cơ chế hình thành γ khi nungQuá trình nung nóng thép cùng tích là quá trình chuyển hoá15P[F0,02 + Xe6,67] → γ0,8Quá trình này chỉ xảy ra khi có sự ba đông về năng lượng mà ba đông về thành phần hoá họclà nguyên nhân chủ yếu để tạo ra ba đông năng lượng. Quá trình ba đông đó tạo ra nhữngvùng có thành phần cacbon gần bằng 0,8%. ở ranh giới giữa Xe và F luôn có hàm lượngcacbon cao nhất nên thuận lợi cho quá trình tạo mầm. Do vậy, mầm γ đầu tiên sẽ xuất hiện trênranh giới 2 pha F và Xe. Các mầm γ phát triển, thực hiện quá trình chuyển biến P → γ.Tốc độ phát triển của mầm γ về 2 phía Xe và F là khác nhau

Nhận thấy ∆Cγ/F vng.t.h đềucho chuyển biến Mactenxit.- Đặc điểm của chuyển biến Mactenxit- Chỉ xảy ra khi tốc độ nguội lớn hơn một tốc độ nguội xác định- Chỉ xảy ra khi làm nguội liên tục trong một khoảng nhiệt độ xác định với nhiệt độ bắt đầu M svà kết thúc là Mf. Ở trong khoảng Ms ÷ Mf nếu ta dừng làm nguội thì chuyển biến M bị dừnglại.Vị trí của hai điểm Ms và Mf của chuyển biến M chỉ phụ thuộc vào thành phần cacbon vànguyên tố hợp kim trong γ, ngoài ra không phụ thuộc vào các yếu tố khác kể cả tốc độ nguộinhanh hay chậm. Auxtenit càng chứa nhiều cacbon và nguyên tố hợp kim [Si, Al, Co] thì cácđiểm Ms và Mf càng hạ thấp.22- Chuyển biến M xảy ra theo dạng bùng nổ: Cùng một lúc tạo ra hàng loạt các kim M và pháttriển với tốc độ rất nhanh [108cm/s]. Sự va đập của các kim M tạo ra các vết nứt tế vi trong tổchức M.- Chuyển biến M xảy ra ở nhiệt độ thấp [thường < 2000C], cacbon hầu như không khuếch tánnên giữ nguyên vị trí hoặc nếu có dịch chuyển thì độ dịch chuyển ∆x < aMạng γ chuyển thành mạng α tương ứng là mạng A1 chuyển thành mạng A2 theo cơ chế trượtmạng gây xô lệch mạng nên bị biến cứng. Các nguyên tử cacbon đi vào lỗ hổng khối 8 mặt củamạng α làm giãn chiều cao của mạng tạo ra mạng M là mạng chính phương thể tâm. Giữamạng γ và M có mối quan hệ- Mặt [110] của M // mặt [100] của γ- Mặt [111] của[M] // mặt [110] của γCơ chế trượt mạng:23Cacbon đứng sẵn ở lỗ hổng khối 8 mặt làm giãn chiều caocủa mạng tạo mạng chính phương thể tâm.* Chuyến biến M là chuyển biến không hoàn toàn:Khi kết thúc quá trình chuyển biến, trong tổ chức M bao giò cũng còn một lượng γ dư. [γ dư: làtổ chức γ tồn tại trong M ở nhiệt độ thường].Nguyên nhân: Do thể tích riêng của M lớn hơn thể tích riêng của γ mà cụ thể làNên khi γ chuyển biến thành M sẽ tạo trường ứng suất dư quá lớn do vậy chuyển biến dừng lạivà tồn tại γ dư.Lượng γ dư trong thép phụ thuộc vào các yếu tố sau:+ Vị trí điểm Mf. Điểm Mf càng thấp dưới 200C thì lượng γ dư càng nhiều. Vậy mọi yếu tốhàm hạ thấp điểm Mf đều làm tăng lượng γ dư.+ Thành phần hoá học của γ: Ta biết rằng lượng cacbon trong 2 pha γ và M là bằng nhau khihàm lượng cacbon của M càng cao thì độ chính phương c và thể tích ariêng càng lớn nên càng nhiều γ không chuyển biến được do vậy càng nhiều γ dư.* Nhiệt độ bắt đầu và kết thúc chuyển biến:M thay đổi theo thành phần hoá học của thép với thép cacbon và các nguyên tố hợp kim thì M svà Mf nhỏ.- Cơ tính của M* Độ cứng của M:24Mactenxit là dung dịch rắn quá bão hoà của cacbon trong α, do vậy độ cứng của M chỉ phụthuộc vào lượng cacbon ở trong nó. Cacbon càng cao, độ chính phương của M càng lớn, mạngtinh thể càng xô lệch, độ cứng càng cao, khả năng chịu mài mòn tốt.Thép có lượng cacbon quá thấp [%C < 0,25%] thì M được tạo ra không thể đạt được độ cứngcao, không đủ chống mài mòn. Thông thường dùng thép có hàm lượng cacbon lớn hơn 0,4%thì M tạo ra có độ cứng cao mới đủ khả năng chống mài mòn xong với thép có %C > 0,6% thìlượng γ dư sau chuyển biến M nhiều, lúc này độ cứng của thép là độ cứng chung chủ yếu làcủa M và γ dư do đó sẽ thấp hơn độ cứng của bản thân pha M.* Độ dòn của M:Nhược điểm của M là tính dòn cao, đặc điểm này có liên quan đến độ cứng và ứng suất dưtrong nó. Tuy nhiên, tính dòn của M cũng dao động trong một phạm vi khá rộng phụ thuộc vàomột số yếu tố sau:+ Độ cứng của M càng cao thì tíh dòn càng lớn, do vậy M càng chứa nhiều cacbon thì càngcứng và càng dòn. Tuy nhiên, với cùng thành phần cacbon như nhau, độ cứng như nhau nhưngtính dòn có thể khác nhau nếu kích thước hạt M khác nhau.+ Ứng suất dư tạo thành có ảnh hưởng lớn đến tính dòn gồm có ứng suất nhiệt [do thay đổinhiệt độ xuất hiện khi nung và làm nguội] và ứng suất tổ chức [do sự chuyển biến tổ chức].9. Chuyển biến khi nung thép đã tôiSau khi tôi, đạt được tổ chức M và một lượng γ dư do vậy, người ta phải nung nóng lại đến cácnhiệt độ thấp hơn Ac1. Nguyên công này được gọi là ram. Mục đích của việc làm trên là đưa tổchức sau khi tôi về tổ chức ổn định hơn.a. Tính không ổn định của M và γ dưTheo giản đồ trạng thái Fe - C, từ nhiệt độ thường đến 7270C tổ chức ổn định của thép là hỗnhợp α + Xe [gọi chung là P], như vậy M và γ dư là hai pha không ổn định và có xu hướng trởvề trạng thái tổ chức ổn định kể trên.25