3.3 Sự thay đổi thành phần và tổ chức tế vi trong điều kiện nghiên cứu trên giản đồ trạng thái của gang
Hình 5. Giản đồ trạng thái của gang nghiên cứu
Dựa vào giản đồ trạng thái (hình 5), không những có thể xác định được nhiệt độ austenít hóa thích hợp, thành phần pha và tổ chức tế vi trong gang mà còn có thể xác định chính xác %C ở các điểm tới hạn: hàm lượng C trong peclít là 0,51%, hàm lượng C bão hòa trong austenit ở các nhiêt 870°C, 900°C và 930°C tương ứng là 0,77, 0,86 và 0,93%.
Với kết quả phân tích thành phần trong tổ chức nền kim loại bằng phương pháp phổ EDS theo điểm, cho phép xác định %C trung bình của các điểm ở nhiệt độ austenit hóa 870, 900, 930°C với thời gian 30, 45, 90 và 105 phút.
3.4. Sự thay đổi tổ chức tế vi và độ cứng của gang cầu sau tôi phụ thuộc vào điều kiện austenit hóa
Sự thay đổi hàm lượng C theo nhiệt độ và thời gian austenít hóa được thể hiện trên hình 6.
Hình 6. Quan hệ giữa hàm lượng cácbon trong tổ chức nền với nhiệt độ và thời gian austenit hóa khác nhau
Hình 6. Tổ chức tế vi của gang cầu sau khi tôi, nhiệt độ austenit ở 900°C với thời gian giữ nhiệt khác nhau
Khi tăng nhiệt độ austenít hóa, mức độ hòa tan cácbon vào austenit sẽ tăng nhanh hơn và giá trị C bão hòa austenít sẽ lớn hơn. Tăng thời gian giữ nhiệt ở cùng một nhiệt độ austenít hóa, mức độ hòa tan cácbon vào austenit sẽ tăng tới một giá trị bão hòa và sau đó không thay đổi nữa. Để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian austenit tới tổ chức (hình 6) và tính chất của gang cầu (hình 7), đã tiến hành tôi mẫu ở các chế độ austenít hóa khác nhau. ở 900°C với thời gian austenit hóa 30 phút ta thấy trong lớp tổ chức máctenxít sau tôi còn khá nhiều ferít quanh graphít cầu là do %C trong austenit ban đầu quá thấp, sau đó đến 45 phút thì hầu như austenit đã chuyển sang tổ chức mactenxit, nếu giữ tới 90 phút thì lúc này lượng austenit dư sau tôi đã tăng bởi vì austenit bão hòa rất nhiều cacbon như hình 6 đã chỉ rõ, nên nó rất ổn định.
Hình 7. Quan hệ giữa độ cứng với nhiệt độ, thời gian austenit hóa của mẫu sau tôi trong nước
Qua hình 7 thấy: với mỗi nhiệt độ austenit hóa, khi tăng thời gian giữ, độ cứng của gang sau tôi đều qua một điểm cực đại. Điều đó là do: tăng thời gian giữ khi austenit hóa, %C trong austenit càng tăng, làm mất tổ chức fe rít quanh graphít cầu, kết quả là độ cứng của gang sau tôi đạt giá trị tối đa; Tiếp tục tăng thời gian giữ, lượng C hòa tan trong austenit càng tăng, austenit trở nên bền vững hơn và lượng austenit dư sau tôi càng tăng; hậu quả là độ cứng sau tôi giảm đi. Càng tăng nhiệt độ austenit hóa, điểm cực đại càng dịch chuyển về phía thời gian thấp hơn và giá trị tuyệt đối về độ cứng càng thấp. Nguyên nhân là do: vai trò làm tăng độ hòa tan C vào austenit và làm thô hạt tinh thể này của nhiệt độ mạnh hơn rất nhiều thời gian giữ nhiệt. Hậu quả là độ cứng của gang giảm khi tăng nhiệt độ và thời gian giữ quá dài /1,2/.
Thí nghiệm cho thấy ở nhiệt độ 870°C thì tới 90 phút mới cho độ cứng cao nhất (59,5HRC); còn ở nhiệt độ 900°C thì chỉ cần 45 phút đã cho độ cứng cao nhất (59 HRC); còn ở nhiệt độ 930°C thì chỉ cần 30 phút đã cho độ cứng cao nhất (57,8HRC).
4. Kết luận
Với thành phần hóa học và tổ chức ban đầu ở trạng thái đúc của gang cầu nghiên cứu, sau khi austenít hóa ở nhiệt độ và thời gian xác định, sự thiên tích các nguyên tố trong nền kim loại của gang rất ít. Điều này rất lợi cho việc sản xuất gang cầu có độ bền cao, đồng thời đạt độ dẻo dai tốt. ở mỗi nhiệt độ xác định, khi tăng thời gian austenít hóa, lượng C hòa tan trong austenit sẽ đạt giá trị bão hòa và sau đó không đổi; tương ứng, nền kim loại sau tôi chuyển từ mactenxít và ferít qua mactenxít tới mactenxít và austenit dư.
Thời gian chuyển biến này càng ngắn khi tăng nhiệt độ austenit hóa. Sự thay đổi độ cứng của gang cầu sau khi tôi phụ thuộc tương tự vào nhiệt độ và thời gian austenít hóa: tăng thời gian austenít hóa độ cứng của gang tăng qua điểm cực đại; tăng nhiệt độ austenít hóa, điểm cự đại này sẽ chuyển dịch về phía thời gian ngắn hơn.
[symple_box color=”yellow” text_align=”left” width=”100%” float=”none”]
Tài liệu trích dẫn
- K. Herfurth, Giesserei-Praxis 4(2007), S.99-106
- T.N. Rouns, D.J. Moore, AFS Trans. 94(1986), p.255-264
- K. Rửhrig, W. Fairhurst, Giesserei- Verlag, Dỹsseldorf, 1979
- Tạ Văn Thất, Công nghệ nhiệt luyện, nxb ĐH & THCN, 1983.
- Nguyen Van Thai, Untersuchungen zur Herstellung von hochfesten Gusseisen mit Kugelgraphit. Dissertation zur Erlangung des Grades eines Doktor-Ingeneura an TU Berg-akademie Freiberg, 1979.
[/symple_box][symple_clear_floats]
