2. Chuẩn bị mẫu và phương pháp nghiên cứu
2.1. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu
Thép hợp kim bo C50B được nấu luyện trong lò trung tần Radyne 300 Kg/mẻ từ các nguyên liệu: thép đầu mẩu cán loại Ct5, FeB, than điện cực grafit và các chất khử khí FeMn, Fesi và Al. Sau khi nấu luyện, thép được tinh luyện điện xỉ trên thiết bi điện xỉ 100 KVA của Viện Luyện kim đen với xỉ ANF-6. Thành phần hoá học của thép sau điện xỉ: C= 0,500%; Si=0,302%; Mn=0,656%; B=0,0051%; S = 0,015% và P = 0,017%. Sau khi rèn ở khoảng nhiệt độ 1.100 – 850°C thép được tôi ở 850°C/dầu và ram cao ở 600°C/kk. Từ thép này chế tạo mẫu thử gồm các mấu đo tính chất cơ học truyền thống (thử kéo, đo độ dai va đập, độ cứng), mẫu kim tương và mẫu đo độ dai phá huỷ.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng thiết bị quang phổ phát xạ FOUNDRY MASTER (CHLB Đức) để phân tích thành phần hoá học, đặc biệt là B ở hàm lượng rất nhỏ.
Sử dụng máy thử kéo nén vạn năng UMN-50 để xác định độ bền, thiết bị con lắc Charpy để đo độ dai va đập và thiết bị INSTRON 8801 (Anh) để đo độ bền phá hủy theo ASTM E399-97 [10].
Dùng kính hiển vi quang học Axiovert (CHLB Đức) để nghiên cứu tổ chức tế vi của thép.
Dùng kính hiển vi điện tử quyết EMAX do hãng HITACHI (Nhật Bản) chế tạo để nghiên cứu cơ chế phá huỷ.
3. Kế quả đạt được
3.1 Tính chất cơ học
Tính chất cơ học của thép C50B (độ bền, tính dẻo sau khi tôi và ram và độ cứng) được nêu trong bảng 1.
| TT | Nhiệt luyện | R0,2 Mpa | Rm MPm | A % | ak Jcm-2 | Độ cứng HB |
| 2 | Tôi và ram | 598 | 849 | 20 | 58 | – |
Bảng 1: Tính chất cơ học của thép C50B
Bên cạnh những đại lượng cơ lý truyền thống như đã nêu trên, trong những năm gần đây người ta còn xác định khả năng làm việc của vật liệu trong những điều kiện gần giống với điều kiện thực tế dựa trên nguyên lý của cơ học phá huỷ [8, 9]. Đại lượng thường dùng để đánh giá khả năng bền phá hủy là độ bền phá hủy ở trạng thái biến dạng phẳng (plane- strain fracture tuoghness) Kic. Mẫu để đo Kic được chế tạo và quá trình thử cũng như tính toán kết quả được tiến hành trên thiết bị INSTRON 8801 (Anh) theo tiêu chuẩn ASTM E399-97 (Mỹ) [10] tại phòng thí nghiệm Vật liệu tỉnh năng cao (Viện nghiên cứu cơ khí năng lượng và mỏ).
Kết quả đo được K Kic = 82,16 Mpa.m1/2 thể hiện khả năng chống phá huỷ của thép C50PA là rất tốt, đặc biệt đối với các chi tiết dạng ống dầy, tấm dầy, vỏ các lò phản ứng hạt nhân [8].
Để xác định độ dai va đập của thép, chúng tôi đã sử dụng thiết bị thử con lắc CHARPY. Phép đo độ dai va đập được tiến hành theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 312-1:2007. Độ dai va đập được đo trên ba mẫu và sau đó tính giá trị trung bình (bảng 2). Các số liệu trong bảng 2 cho thấy thép C50B có độ dẻo dai rất tốt (giá trị yêu cầu là ≥ 39 Jcm-2).
| Mẫu | 1 | 2 | 3 | Giá trị TB |
| A [J/cm2] | 54 | 62 | 59 | 58 |
Bảng 2. Độ dai va đập của thép C50B
Cơ chế phá huỷ của mặt gẫy được phân thành hai loại: phá huỷ dẻo và phá huỷ dòn [9]. Để nghiên cứu xác định cơ chế phả huỷ của thép, chúng tôi sử dụng kỹ thuật hiển vi điện tử quét trên thiết bị EMAX do hãng HITACHI (Nhật Bản) chế tạo. Cơ chế phá huỷ của thép C50B được nghiên cứu trên mặt gẫy của các mẫu thử độ dai va đập. Kết quả được được nêu trên hình 1 với các độ phóng đại 250 và 500x. Kết quả về hình thái học của bề mặt gẫy như trên hình biểu hiện cơ chế dẻo của thép C50B khi phá huỷ.
3 CẤU TRÚC PHAHA
Hình 1 đến 3
Kết quả nghiên cửu bằng kính hiển vi quang học cho thấy cấu trúc tế vi của thép C50B sau tôi là mactensit hình kim (hình 2) và sau ram ở 600°C là xoocbit (hình 3). Chính cấu trúc xoocbit đã đảm bảo cho thép có độ bền cao và tính dẻo tốt.
4. Kết luận
Thép hợp kim bo C50B với một lượng nhỏ B (0,0051%) có độ bền cao và tính dẻo tốt (R0,2 = 598 Mpa, Rm = 849 Mpa, A = 20% và ak = 58 Jcm-2). Đặc biệt thép này có độ dai phá huỷ cao (Kic = 82,16 Mpa.m1/2) và cơ chế phá huỷ dẻo. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các chi tiết dạng ống thành dầy và tấm dầy…
[symple_box color=”yellow” text_align=”left” width=”100%” float=”none”]
Tài liệu tham khảo
- M Grinberg: Steel industry in Russia & CIS countries in 21th Century Moscow 1994, Vol. 5, p. 182
- H Herring The International Journal of Thermal Technology, N. 3, 2007
- Obe Steel Technical Bulletin: Features and Properties of Boron Steel
- K Banerji and J.E Morral: Boron Steel, Conference Proceedings, The Metallurgical society of AIME, 1980, p. 125
- Li Chong Zhe and Wang Jing Yi: Joumal of Iron and Steel Reseach, Vol. 8, N. 6, 1996, p. 29
- K.D.H Bhadeshia and L.E Svensson: International Conference on Modelling and control of Joining Processes, Orlando, USA, 1993, p. 153
- C Jung et al: ISIJ Intemational, Vol. 35, N. 8, 1995, p. 1001
- Veles: Mechanical properties and Testing of Metalls, Praha, 1985
- G.Mikliaev, G.S Neshpor, V.G Kudriashov: Kinetika razrushenie, Moscow 1979
- ASTME 399-97: Standard Test Method for Plan-Strain Fracture Toughness of Metallic Materials
[/symple_box][symple_clear_floats]
