Việc nghiên cứu quá trình austenit hóa gang cầu là vấn đề rất quan trọng, đặc biệt là quá trình chế tạo gang cầu chất lượng cao, thí dụ là gang cầu ausferit.
Austenization of ductile iron at high temperature
Quách Tất Bát
Trường Cao đẳng Cơ khí – Luyện kim Thái Nguyên
Nguyễn Văn Thái, Nguyễn Hữu Dũng
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Tóm tắt
Đã nghiên cứu sự thay đổi thành phần hóa học trong tổ chức tế vi và tính chất của gang cầu ở nhiệt độ và thời gian austenit hóa khác nhau làm cơ sở để lựa chọn chế độ austenit hóa tối ưu cho từng công nghệ nhiệt luyện; đặc biệt, cho chế độ tôi đẳng nhiệt, nhằm chế tạo ra gang cầu có cơ tính theo yêu cầu.
Abstract
The variation of chemical compositions and properties of the ductile iron during austenization was studied. It is essential to select a austenization process for conventional heat treatment methods, especially for the iso ther mal quenching, to obtain the ductile iron with required properties.
1. Đặt vấn đề
Đã có nhiều công trình nghiên cứu về quá trình austenit hóa đối với gang cầu trong quá trình nhiệt luyện /1,2,3,4,5/. Quá trình austenit hóa gang cầu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần hóa học của gang, chiều dày thành vật đúc, hình dạng, phân bố và kích thước graphít, tổ chức và sự thiên tích các nguyên tố trong nền kim loại ở trạng thái đúc, nhiệt độ và thời gian austenít hóa. Do vậy, việc nghiên cứu quá trình austenit hóa gang cầu là vấn đề rất quan trọng, đặc biệt là quá trình chế tạo gang cầu chất lượng cao, thí dụ là gang cầu ausferit.
2. Thực nghiệm
Gang xám được nấu trong lò cảm ứng trung tần axít, dung tích 750kg/mẻ, biến tính cầu hóa bằng hợp kim trung gian VE08-099 theo phương pháp Sandwich. Thành phần hóa học (%) của gang cầu như sau:
C=3,76; Si= 2,44; S = 0,015; P= 0,0056; Mn= 0,36; Ni= 0,89; Cr= 0,11; Mo= 0,12; Cu= 0,61; Mg= 0,036.
Mẫu đúc thí nghiệm hình chữ Y theo tiêu chuẩn ASTM A439-83 đúc trong khuôn cát-sét. Mẫu dùng để nghiên cứu quá trình austenít hóa gang được cắt từ mấu Y có kích thước 25x25x20, sau đó nung ở các nhiệt độ 870, 900, 930°C với các thời gian giữ đẳng nhiệt 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105, 120 phút. Mẫu được tôi trong nước lạnh có nhiệt độ không đổi 30°C. Dùng thiết bị phân tích quang phổ phát xạ để xác định thành phần hóa học của gang. Dạng graphít và tổ chức nền kim loại và được xác định trên kính hiển vi quang học Axiovert với phần mềm ImagPro plus, còn mức độ cầu hóa được xác định theo tiêu chuẩn ΓOCT 3443-77. Xây dựng giản đồ trạng thái mác gang nghiên cứu theo phương pháp Thermocalc dựa trên phần mềm IMAGE-PEOPLUS.
Đã dùng phương pháp phân tích phổ EDX theo điểm và EDS theo đường để xác định thành phần và sự phân bố của các nguyên tố trong tổ chức nền (ở các điểm xác định và giữa hai hạt graphít cầu) của gang sau khi austenit hóa. Việc xác định độ cứng của gang được tiến hành theo phương pháp Rockwell trên thiết bị đo độ cứng TK-14-250- T41 và thiết bị JEOL-JSM6490, JED2300.
3. Kết quả và thảo luận
3.1 Mức độ cầu hóa graphít và tổ chức nền của gang cầu nghiên cứu
Dạng, sự phân bố, mức độ cầu hóa của graphít cũng như thành phần tổ chức nền kim loại của gang được thể hiện trên hình 1.
Hình 1 và 2
Từ đó, đã xác định: mức độ cầu hóa đạt >90%, tổ chức nền kim loại bao gồm 75% peclit và 25% ferít. Với mức độ cầu hóa >90% và tổ chức nền gồm 75% peclit thì quá trình hòa tan cacbon vào trong austenit tương đối thuận lợi vì quãng đường khuếch tán của cacbon từ các tấm cacbit trong peclít sẽ ngắn hơn so cacbon từ graphit khi tổ chức nền chủ yếu là ferit /1,2/.
3.2. Sự thiên tích các nguyên tố trong gang cầu sau khi austenit hóa ở 900°C với các thời gian giữ khác nhau
Hình 3 và 4
Hình 2, 3 và 4 đã chỉ ra sự phân bố các nguyên tố trong tổ chức nền kim loại của gang giữa hai hạt graphít cầu khi austenít hóa gang ở 900°C, sau thời gian giữ nhiệt là 30, 60 và 90 phút. Mẫu thí nghiệm được làm nguội nhanh trong nước nên các nguyên tố hầu như không bị khuếch tán và giữ được trạng thái như khi austenít hóa.
Từ các hình đã nêu cho thấy: sự phân bố các nguyên tố C, Si và các nguyên tố hợp kim như Cr, Mo, Ni, Cu tương đối đồng đều trong nền kim loại gang. Từ đó, có thể khẳng định thành phần hóa học gang đã chọn thích hợp cho quá trình chế tạo gang cầu có độ dẻo dai tốt như gang cầu ADI và có thể dùng phương pháp phân tích phổ EDS theo từng điểm để đánh giá thành phần tổ chức tế vi cho kết quả đáng tin cậy.
