3. Kết quả và thảo luận
3.1. Thời gian tôi đẳng nhiệt và hàm lượng austenit
Hình 4 mô tả quan hệ giữa thời gian giữ đẳng nhiệt và hàm lượng austenit trong gang ở các nhiệt độ khác nhau. Các đường mô tả đều có điểm cực đại tại khoảng thời gian 2 giờ. Như vậy quá trình chuyển biến chia làm 2 cơ chế: cơ chế chuyển biến trước 2 giờ và cơ chế sau 2 giờ giữ nhiệt.
Hình 3. Khuôn đúc mẫu thử cơ tính
Hình 4. ảnh hưởng của thời gian tôi đẳng nhiệt tới lượng austenit trong gang
Nếu thời gian giữ nhiệt nhỏ hơn 2 giờ, lượng austenit tăng cùng với thời gian. Điều này có thể giải thích là chuyển biến austenit không xảy ra hoàn toàn, vùng austenit có hàm lượng Si thấp và hàm lượng C cao, thí dụ như vùng nằm giữa các hạt graphit, sẽ không có chuyển biến, thành ferit- bainit trong khoảng thời gian chưa đủ dài, austen- it vẫn còn dư và tổ chức mactenxit vẫn tiếp tục hình thành, trong khi tiếp tục làm nguội từ nhiệt độ tôi xuống nhiệt độ môi trường. Nếu thời gian tôi đẳng nhiệt kéo dài hơn một chút, hàm lượng austenit tăng cùng thời gian đến giá trị 2 giờ thì dừng lại. Nếu thời gian tôi kéo dài trên 2 giờ thì lượng austenit dư sẽ giảm đi. Trong điều kiện này, austenit sẽ chuyển hết thành ferit-bainit và cacbit. Hàm lượng austenit dư giảm rõ rệt hơn cả khi nhiệt độ tôi đẳng nhiệt là 400°C. Việc tồn tại austenit dư sẽ có ảnh hưởng rất mạnh đến tính chất của ADI sẽ được trình bày ở phần sau đây.
3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tôi đẳng nhiệt tới cơ tính, tổ chức của gang cầu
Hình 5. Nhiệt độ tôi đẳng nhiệt và giới hạn bền của gang cầu ADI
Hình 7. ảnh hưởng của nhiệt độ đẳng nhiệt tới độ cứng của gang cầu ADI
Hình 6. Nhiệt độ tôi đẳng nhiệt và độ dãi dài của gang cầu ADI
Các kết quả nghiên giới hạn cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tôi đẳng nhiệt tới bền kéo; độ dãn dài và độ cứng của gang được minh hoạ trên hình 5, 6 và 7.
Khi nhiệt độ đẳng nhiệt thấp hơn 480°C, giới hạn bền và độ dãn dài đều tăng cùng nhiệt độ. Điều này có thể giải thích qua ảnh tổ chức kim loại mà cụ thể là việc hình thành tổ chức ferit-bainit hình kim, một ít mactenxit và austenit dư. Cấu trúc ferit-bainit tấm mịn và lượng austenit dư thấp sẽ làm cho độ bền tăng. Khi nhiệt độ tôi đẳng nhiệt tăng lên, pha mactenxit sẽ dần biến mất và số lượng austenit dư sẽ tăng lên. Sự thay đổi này sẽ làm cho độ bền giảm đi. Độ dãn dài đạt giá trị cực đại ở 380°C cũng trùng hợp với số liệu trên hình 3, tức là đúng với giá trị lượng austenit dư là lớn nhất.
Theo những kết quả đã trình bày trên, giá trị tối ưu của cửa sổ quá trình sẽ là: tôi đẳng nhiệt ở 380°C trong 2 giờ. Giới hạn bền sẽ đạt được xấp xỉ 950 MPa và độ dãn dài xấp xỉ 5 %. Các tính chất này cũng phù hợp với cấu trúc có chứa ferit-bainit dạng tấm và austenit dư chiếm khoảng 20%. So sánh các giá trị này với giá trị cửa sổ quá trình dùng Mo (độ bền 1300 MPa, dãn dài 3 %) mà không dùng Cu làm nguyên tố hợp kim, thấy rõ là, dùng Cu làm nguyên tố hợp kim sẽ làm giảm giới hạn nhưng lại cải thiện được độ dãn dài của gang ADI. Trong khoảng nhiệt độ 310°C đến 380°C thì giới hạn bền kéo và độ dãn dài đều tăng. Khi vượt quá 380°C đến 400°C thì giới hạn bền kéo và độ dãn dài đều giảm. Trong khi đó độ cứng của gang cầu giảm dần, quy luật này rất phù hợp với thực tế và các kết quả nghiên của các tác giả nước ngoài về công nghệ sản xuất gang cầu ADI. Rõ ràng tại nhiệt độ 380°C, thời gian 1,5 giờ đã đạt được chế độ tối ưu khi giới hạn bền kéo tăng đến 950 MPa, độ dãn dài cũng tăng và đạt 5%.
Hình 8. Tổ chức nền kim loại và graphit của gang cầu (T=400°C, thời gian 1,5 h)
Cơ tính của gang cầu sau khi nhiệt luyện phụ thuộc vào nền kim loại. Trong vùng (310-400) °C. xẩy ra chuyển biến bainit. Tuy nhiên, ở đây tổ chức nhận được là ferit-bainit, ngoài ra còn có austenit dư chưa chuyển biến và thêm cacbit dư. Chính vì vậy mà cơ tính của gang cầu ADI rất khác nhau, nó phụ thuộc vào tổ chức các pha tồn tại sau khi nhiệt luyện.
