Chế độ nhiệt luyện 2: Austenít hoá ở (880- 900) °C, (giữ = 30 phút, làm nguội cùng lò đến 760°C, giữ nhiệt, sau đó quá nguội trong muối nóng chảy ở 320oC, giữ nhiệt với các thời gian khác nhau, rồi làm nguội ngoài không khí. Giản đồ pha để xác định nhiệt độ austenit hoá được xây dựng bằng phần mềm Thermocal (2) [1] (hình 1), trong đó vùng austenit tiết ra ferit có nhiệt độ dao động phụ thuộc vào hàm lượng Ni.
Giản đồ ứng với 1,5%Ni cho thấy, vùng tiết ra ferit trong khoảng từ (720-790) °C, đăc điểm của ferit tiết ra ở vùng này có dạng đa cạnh hay cầu do có độ quá nguội nhỏ.
Tổ chức tế vi được nghiên cứu trên kính hiển vi quang học Asiovert 100A. Độ cứng thô đại và tế vi được đo trên máy HPO250 và Struers Duramin. Độ bền, độ dẻo của ADI được xác định trên máy thử kéo vạn năng. Lò nung điện trở có điều khiển theo chương trình MOD N11/H, nhiệt độ cực đại 1300°C được sử dụng để nung mẫu đến nhiệt độ tôi, môi trường đẳng nhiệt là lò muối điện trở, sử dụng hỗn hợp 50% NaNO3 + 50% KNO3, nhiệt độ cực đại 550°C.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Tổ chức tế vi của ADI sau xử lý nhiệt ở chế độ 1
Mẫu được austenít hoá ở (880-900) °C, giữ nhiệt trong 30 phút, quá nguội trong muối nóng chảy ở 320°C, giữ nhiệt 60 phút, sau đó làm nguội ngoài không khí. Tổ chức tế vi trên hình 2a.
| Thành phần hoá học (% trọng lượng) | ||||||||
| C | Si | Mn | S | P | Ni | Cr | Cu | Mg |
| 3,4-3,6 | 2,0-2,3 | 0,3-0,4 | ≤ 0,15 | ≤ 0,04 | 1,6% | ≤ 0,07 | ≤ 0,4 | 0,03-0,04 |
Bảng 1. Thành phần hoá học của gang cầu ADI
Hình 2. ảnh tổ chức tế vi của gang cầu ADI đẳng nhiệt ở 320oC, giữ nhiệt 1h (a); 1,5h (b); 2h (c)
Từ ảnh tổ chức tế vi có thể thấy ferit có dạng kim thô, phần nền sáng còn lại là austenit ổn định và hạt graphít dạng cầu có màu đen. Như đã biết, nền của ADI ở trạng thái cân bằng là ferit và peclit, nung đến nhiệt độ (880-900) °C để austenit hoá hoàn toàn, sau đó quá nguội. Dưới nhiệt độ A3 bắt đầu có chuyển biến Austenit thành ferit. Theo lý thuyết chuyển pha [2], chuyển pha γ→α với độ quá nguội càng lớn, ferit được tạo thành sẽ có dạng kim (hoặc tấm) thô. Với độ quá nguội nhỏ, ferit tiết ra thường có dạng cầu hay đa cạnh. Ferit được tiết ra đầu tiên ở những vị trí thuận lợi nhất, đó là vùng xung quanh graphit, nơi nghèo cacbon nhất. Khi chuyển pha γ→α xảy ra với độ quá nguội lớn (ΔT lớn), tức là chuyển biến ferit xảy ra ở nhiệt độ thấp (trên nhiệt độ bắt đầu chuyển biến mactenxit của ADI nghiên cứu, nhiệt độ này theo tính toán khoảng 280°C), chuyển biến thường xảy ra theo cơ chế chuyển khối, với ferit có hàm lượng cacbon gần giống với hàm lượng cacbon trong austenit và không liền mạng với nền, do đó liên kết với nền kém, tổ chức có độ bền và độ cứng cao nhưng dẻo dai thấp. Ferit trong trường hợp này có dạng hình dích dắc, với chân nằm ở trên biên giới hạt.
Khi chuyển pha với độ quá nguội nhỏ hơn (tức là chuyển biến γ→α xảy ra ở nhiệt độ cao hơn trường hợp trên), ferit tiết ra có cấu trúc liền mạng với nền, có nồng độ cacbon thấp hơn Ferit tạo thành theo cơ chế chuyển khối, song vẫn còn khá cao, tổ chức tế vi nhận được có dạng kim thô (dạng vit-manstet), có độ bền, độ cứng cao, nhưng thấp hơn ferit có dạng dích dắc và có độ dẻo dai cao hơn. Độ quá nguội (ΔT) nhỏ dần (giữ đẳng nhiệt ở nhiệt độ cao hơn), chuyển pha γ→α càng gần giống với trạng thái cân bằng: lượng cácbon trong ferit thấp, cacbon trong Austenit cao dần và có khả năng chuyển thành peclit (F+Xe), độ bền và độ cứng giảm, độ dẻo tăng. Trong chế độ xử lý nhiệt 1, giữ đẳng nhiệt được thực hiện cao hơn nhiệt độ chuyển biến mactenxit khoảng 40°C, ferit xuất hiện có dạng kim thô vitmanstet, cácbon trong ferit dạng này khá cao do đó chúng có độ cứng khá cao, dẻo dai thấp. Austenit còn lại ổn định có độ dẻo dai cao. Tổ chức tế vi nền của ADI gồm ferit kim thô+austenit ổn định có cơ tính chủ yếu của ferit và do chuyển biến của ferit quyết định. Với cùng nhiệt độ đẳng nhiệt ở 320°C, thời gian giữ đẳng nhiệt khác nhau (1h; 1,5; 2h) tổ chức tế vi nền của gang cầu ADI nhận đươc có lượng ferit+austenit khác nhau (hình 2a,b,c). Thời gian giữ nhiệt càng dài, lượng fFerit tiết ra càng nhiều.
Ban đầu, với thời gian giữ nhiệt ngắn, ferit tiết ra có dạng kim thô (hình 2a). Về bản chất ferit ở trạng thái cân bằng có lượng cacbon thấp, vì vậy, giữ nhiệt càng lâu còn làm cho ferit được tạo thành ban đầu sẽ tiết bớt cacbon, đồng thời austenit vẫn tiếp tục chuyển biến thành ferit. Cacbon khuếch tán khỏi ferit có thể đến graphit, làm tăng kích thước của graphit lên một chút, cacbon cũng có thể khuếch tán vào vùng austenit chưa chuyển biến làm cho austenit giàu cacbon hơn (nhiều nhất đến 2%) và trở nên ổn định hơn. Sự khuếch tán của cacbon đến graphit thuận lợi hơn, do vậy ở những vùng gần hạt graphit, cacbon sẽ khuếch tán đến graphit, còn ở những vùng xa hạt graphit cácbon sẽ khuếch tán vào austenit.
Hình 2b, 2c cho thấy biên của graphit dạng cầu trở nên gồ ghề và cho phép phỏng đoán về sự khuếch tán của cacbon đến graphit. Đồng thời, giữ nhiệt càng lâu, kim ferit càng nhiều và có hiện tượng gãy vụn (hình 2a, 2b, 2c) hiện tượng này có thể giải thích xu hướng tiến đến trạng thái có năng lượng thấp hơn; ferit có xu hướng thu gọn thành hình kim it thô hơn. Cũng trên ảnh tổ chức tế vi (2c) chưa thấy xuất hiện các hạt sáng nhỏ của xêmentit, có nghĩa là với thời gian 2h chưa xuất hiện bainit, là tổ chức không mong muốn trong ADI, tuy nhiên độ dẻo dai lúc này đã giảm đáng kể.
