Tùy theo hình dạng Xêmentit ở trong hỗn hợp, người ta chia ra 2 loại peclit làpeclit tấm và peclit hạt [Peclit tấm Xe ở dạng tấm phiến còn Peclit hạt thì Xe ởdạng hạt]. Peclit là hỗn hợp cơ học nên có tính chất trung gian. Kết hợp giữa tínhdẻo, dai của Feα và cứng, dòn của Xe nên nói chung P có độ cứng, độ bền cao, tínhdẻo dai thấp. Tuy nhiên cơ tính của nó có thể thay đổi trong phạm vi khá rộng phụthuộc vào độ hạt của Xe.- Ledeburit [ký hiệu là Le hoặc [γ+Xe] hay [P+Xe]]: Ledeburit là hỗn hợp cơ họccùng tinh, kết tính từ pha lỏng có nồng độ 4,3%C ở 11470C.Lúc đầu mới tạo thành nó gồm γ và Xe [trong khoảng 7270C γ 11470C]. Khi làmnguội xuống dưới 7270C, γ chuyển biến thành P do vậy Lêdeburit là hỗn hợp cơhọc của Peclit và Xementit. Như vậy cuối cùng Lêdeburit có 2 pha làP và Xe trongđó Xe chiếm tỉ lệ gần 2/3 nên Leđeburit rất cứng và dòn.12 B. QUÁ TRÌNH KẾT TINH CỦA HỢP KIM Fe-C VỚI 0.4%, 0.8%, 1.2%C KHILÀM NGUỘI CHẬM TỪ TRẠNG THÁI LỎNG+ Phần trên của giản đồPhần trên của giản đồ trạng thái Fe – C ứng với sự kết tinh từ trạng thái lỏng thấycó ba khu vực rõ rệt ứng với ba khoảng thành phần cacbon khác nhau. Khu vực cóthành phần 0,1 – 0,51%C [có phản ứng bao tinh].Tất cả các hợp kim có thành phần cacbon 0,1 – 0,51%C khi kết tinh sẽ xảy raphản ứng bao tinh: δH + LB → γJ.Lúc đầu, khi làm nguội đến đường lỏng AB, hợp kim lỏng sẽ kết tinh radung dịch rắn trước. Khi nhiệt độ hạ xuống tới 1499 0C [ứng với đường HB], hợp13 kim có hai phalà dung dịch rắn δ chứa 0,10%C và dung dịch rắn auxtenit chứa0,16%C:Các hợp kim có 0,1 – 0,16%C sau phản ứng bao tinh còn thừa pha δ và khi làmnguội tiếp, pha này tiếp tục chuyển biến thành pha γ.Các hợp kim có 0,16 – 0,51%C sau phản ứng bao tinh còn thừa pha lỏng L,và sau khi làm nguội tiếp theo pha lỏng tiếp tục chuyển biến thành pha γ. Như vậy,cuối cùng hợp kim 0,10 – 0,51%C khhi làm nguội xuống dưới đường NJE chỉ có tổchức một pha auxtenit. Khu vực có thành phần0,51 – 2,14%C kết thúc kết tinhbằng sự tạo thành dung dịch rắn auxtenit.Hợp kim thành phần 2,14 – 4,3%C: khi làm nguội hợp kim tới đường lỏngBC nó sẽ kết tinh ra auxtenit. Làm nguội tiếp tục, auxtenit có thành phần thay đổitheo đường JE, hợp kim lỏng còn lại thay đổi theo đường BC.Khu vực có thành phần 0,51 – 2,14%C kết thúc kết tinh bằng sự tạo thànhdung dịch rắn auxtenit.+Phần dưới của giản đồPhần dưới của giản đồ ứng với những chuyển biến ở trạng thái rắn. Có ba phachuyển biến đáng chú ý sau đây xuất phát từ auxtenit.Sự tiết ra xêmentit thứ hai từ auxtenitCác hợp kim có thành phần cacbon lớn hơn 0,8% khi làm nguội từ 1147 0C đến727 0C, auxtenit của nó bị giảm thành phần cacbon theo đường ES, do vậy, sẽ tiếtra xêmentit mà ta gọi là xêmentit thứ hai. Cuối cùng ở 727 0C, auxtenit có thànhphần cacbon 0,8% ứng với điểm S.14 Sự tiết ra ferit từ auxtenitCác hợp kim có thành phần cacbon nhỏ hơn 0,8% khi làm nguội từ 911 0C ÷727 0C, auxtenit của nó sẽ tiết ra ferit là pha ít cacbon, do vậy auxtenit còn lại giàucacbon theođường GS. Cuối cùng ở 727 0C hợp kim gồm hai pha là ferit ứng vớiđiểm P [0,02%C] và auxtenit ứng với điểm S [0,8%C].Như vậy khi làm nguội tới 727 0C trong tổ chức của mọi hợp kim Fe – C đềuchứa auxtenit với 0,8%C [ứng với điểm S].Chuyển biến cùng tích: auxtenit thành peclit.Tại 727 0C auxtenit có thành phần 0,8%C sẽ chuyển biến thành peclit là hỗnhợp của hai pha ferit và xêmentit.Như đã nói ở trên, chuyển biến này có ở trong mọi hợp kim Fe – C.Khi sắt nóng chảy nguội đi, nó kết tinh ở 1538 °C ở dạng thù hình δ, dạngnày có cấu trúc tinh thể lập phương tâm khối [bcc]. Khi nó nguội nhiều hơn cấutrúc tinh thể của nó chuyển sang dạng lập phương tâm mặt [fcc] ở 1394 °C, khi đónó có ở dạng sắt γ, hay auxtenit. Ở 912 °C cấu trúc tinh thể lại chuyển sang dạngbcc là sắt α, hay ferit, và ở 770 °C [điểm Curie, Tc] sắt trở thành sắt từ15 PHẦN3 : TỔ CHỨC TẾ VI, TÍNH CHẤTA.Tổ chức tế viHợp kim Fe-C [0.4%] là thép trước cùng tíchHình 4. Tổ chức tế vi của thép trước cùng tích [0.4%C] [X500]Hợp kim Fe-C [0.8%] là thép cùng tíchHình 8. Tổ chức tế vi thép cùng tícha] Peclit tấmb] Peclit hạtHợp kim Fe-C [1.2%] là thép sau cùng tích16 Như thấy rõ từ giản đồ pha Fe-C, khi hàm lượng cacbon tăng lên tỷ lệ xêmentit làpha giòn trong tổ chức cũng tăng lên tương ứng [cứ thêm 0,10%C sẽ tăng thêm1,50% xêmentit] do đó làm thay đổi tổ chức tế vi ở trạng thái cân bằng [ủ].- C ≤ 0,05% - thép trước cùng tích có tổ chức thuần ferit coi như sắt nguyên chất.- C = 0,10 - 0,70% - thép có tổ chức ferit + peclit, khi %C tăng lên lượng peclittăng lên đó là các thép trước cùng tích.- C = 0,80% - thép có tổ chức peclit đó là thép cùng tích.- C ≥ 0,90% - thép có tổ chức peclit + xêmentit II khi %C tăng lên lượng xêmentitII tăng lên tương ứng, đó là các thép sau cùng tích.Chính do sự thay đổi tổ chức như vậy cơ tính của thép cũng biến đổi theo.Hình 5.1. ảnh hưởng của cacbon đến cơ tính của thép thường [ở trạng thái ủ].B.1.Tính chấtCơ tính:Ảnh hưởng của cacbon đến cơ tính của thép thường ở trạng thái ủ được trình bàytrên hình 5.1.Cacbon có ảnh hưởng bậc nhất [theo quan hệ đường thẳng] đến độ cứng HB. Vềmặt định lượng thấy rằng cứ tăng 0,10%C độ cứng HB sẽ tăng thêm khoảng 25đơn vị.17 Thoạt tiên cacbon làm giảm rất mạnh độ dẻo [δ, ψ] và độ dai va đập [aK] làm chocác chỉ tiêu này giảm đi nhanh chóng, song càng về sau mức giảm này càng nhỏ đi.Ví dụ: cứ tăng 0,10%C trong phạm vi cacbon thấp [≤ 0,25%] δ giảm 6%,aK giảm 300kJ/m2, còn trong phạm vi cacbon trung bình [0,30 - 0,50%] tương ứnglà 3% và 200kJ/m2...Như vậy hàm lượng cacbon càng cao thép càng cứng, càngkém dẻo dai và càng giòn. Có thể dễ dàng giải thích điều này là do lượng phaxêmentit cứng và giòn tăng lên.Ảnh hưởng của cacbon đến giới hạn bền σb không đơn giản như đối với độ cứng.Thấy rằng cứ tăng 0,10%C trong khoảng 0,10 - 0,50%C σb tăng khoảng 70 90MPa, trong khoảng 0,60 -0,80%C σb tăng rất chậm và đạt đến giá trị cực đạitrong khoảng 0,80 - 1,00%C, khi vượt quá giá trị này σb lại giảm đi. Có thể giảithích như sau: thoạt tiên tăng số phần tử xêmentit trong nền ferit sẽ làm tăng sốchốt cản trượt cho pha này do vậyσb tăng lên cho đến khi có tổ chức hoàn toàn làpeclit, khi vượt quá 0,80 - 1,00%C ngoài peclit [tấm] ra bắt đầu xuất hiện lướixêmentit II giòn lại ở dạng liên tục [lưới] làm cho thép không những giòn mà cònlàm giảm giới hạn bền.Vai trò của cacbon. Công dụng của thép theo thành phần cacbonChính do cacbon có ảnh hưởng lớn đến cơ tính như vậy nên nó quyết định phầnlớn công dụng của thép. Muốn dùng thép vào việc gì điều cần xem xét trước tiên làhàm lượng cacbon sau đó mới tới các nguyên tố hợp kim. Điều khá kỳ diệu là chỉcần thay đổi chút ít hàm lượng cacbon [chênh lệch nhau không quá 0,50%] có thểtạo ra các nhóm thép có cơ tính đối lập nhau mà không nguyên tố nào có được.Theo hàm lượng cacbon có thể chia thép thành ba - bốn nhóm với cơ tính và côngdụng rất khác nhau như sau.- Thép có cacbon thấp [≤ 0,25%] có độ dẻo, độ dai cao nhưng độ bền, độ cứng lạithấp, hiệu quả nhiệt luyện tôi + ram không cao, được dùng làm kết cấu xây dựng,tấm lá để dập nguội. Muốn nâng cao hiệu quả của nhiệt luyện tôi + ram để nângcao độ bền độ cứng phải qua thấm cacbon.- Thép có cacbon trung bình [0,30 - 0,50%] có độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ dai đềukhá cao mặc dầu không phải là cao nhất, có hiệu quả tôi + ram tốt, tóm lại có cơtính tổng hợp cao nên được dùng chủ yếu làm các chi tiết máy chịu tải trọng tĩnhvà va đập cao.- Thép có cacbon tương đối cao [0,55 - 0,65%] với ưu điểm là có độ cứng tương18 đối cao, giới hạn đàn hồi cao nhất, được dùng làm các chi tiết đàn hồi.- Thép có cacbon cao [≥ 0,70%] với ưu điểm là có độ cứng và tính chống mài mònđều cao, được dùng làm công cụ như dao cắt, khuôn dập, dụng cụ đo.Trong một số kiểu phân loại, nhóm thép có cacbon trung bình có lượng cacbonthay đổi từ 0,30 đến 0,65%. Thật ra các giới hạn về thành phần cacbon kể trên đểđịnh ranh giới giữa các nhóm cũng không hoàn toàn cứng nhắc, có thể xê dịch đôichút.2. Tính công nghệ:Tính hàn và khả năng dập nguội, dập sâu của thép phụ thuộc nhiều vào hàm lượngcacbon. Thép càng ít cacbon càng dễ hàn chảy và dập.Hàm lượng cacbon cũng có ảnh hưởng đến tính gia công cắt của thép. Nói chungthép càng cứng càng khó cắt nên thép có hàm lượng cacbon có tính gia công cắtkém. Song thép quá mềm và dẻo cũng gây khó khăn cho cắt gọt, nên thép cócacbon thấp cũng có tính gia công cắt kém.Nói chung tính đúc của thép không cao.19
ĐÁP ÁN MÔN HỌC VẬT LIỆU CƠ KHÍ VÒNG 1 [ĐỀ 1+2]ĐỀ 1Câu 1 [4 điểm]Phân tích chuyển biến Peclit thành Austenit khi nung nóng?Trả lờiĐường cong động học chuyển biến khi nung nóng thép cùng tíchTừ giản đồ trạng thái Fe-C thấy rằng chuyểnbiến P thành γ xảy ra ở 7270C, nhưng điều nàychỉ đúng với khi nung nóng bằng tốc độ vô cùngbé. Với tốc độ nung nóng thực tế, nhiệt độ tại đóxảy ra chuyển biến này luôn luôn cao hơn 7270C,tốc độ nung càng lớn, nhiệt độ xảy ra chuyểnbiến càng cao và chuyển biến thực tế xảy ra trongmột khoảng nhiệt độ. Điều này được thể hiện trêngiản đồ chuyển biến p thành γ.[1]: Đường bắt đầu quá trình chuyến biến P → γ[2]: Đường kết thúc quá trình chuyển biến P → γSử dụng 2 trục tra toạ độ là thời gian và nhiệt độ,ta có thể đặt ở trên đó các đường biểu diễn tốc độnung nóng để xét ảnh hưởng của tốc độ nung đếnnhiệt độ chuyển biến. Nếu nung nóng với tốc độv1 thì thời điểm bắt đầu và kết thúc quá trìnhchuyển biến là a1, b1 còn nếu nung nóng với tốcđộ v2 lớn hơn v1 đó là điểm a2, b2. Do đó tathấy rằng tốc độ nung nóng càng cao, chuyểnbiến P → γ xảy ra ở nhiệt độ càng cao và vớithời gian càng ngắn.ý nghĩa của việc xảy ra dừng đường congđộng học chuyển biến P → γ:- Tính được nhiệt độ bắt đầu và kết thúc chuyển biến P → γ với các tốc độ nungkhác nhau. Từ đó định ra công nghệ nhiệt luyện.- Xác định mức độ ổn định của các pha phụ thuộc vào thông số công nghệĐường cong động học chuyển biến khi nung nóng thép và sau cùng tích- Thép trước cùng tích: Đối với thép trước cùng tích tổ chức bao gồm P + F.Nên để có chuyển biến hoàn toàn thành cần nung thép vượt quá nhiệt độ Ac3.Khi đó đường cong động học có dạng như sau:[1]: Đường cong bắt đầu quá trình chuyển biến P → γ[2]: Đường cong kết thúc quá trình chuyển biến P → γ[3] Đường cong bắt đầu hoà tan F → γ[4]: Đường kết thúc hoà tan F → γ- Thép sau cùng tích: Đối với thép sau cùng tích tổ chức bao gồm P + Xe II. Nênđể có chuyển biến hoàn toàn thành γ cần nung thép tới nhiệt độ lớn hơn nhiệt độAccm. Khi đó đường cong động học có dạng như sau:[1]: Đường cong bắt đầu quá trình chuyển biến P → γ[2]: Đường cong kết thúc quá trình chuyển biến P → γ[3] Đường cong bắt đầu hoà tan XeII → γ[4]: Đường kết thúc hoà tan XeII → γCơ chế hình thành γ khi nungQuá trình nung nóng thép cùng tích là quá trình chuyển hoáP[F0,02 + Xe6,67] → γ0,8Quá trình này chỉ xảy ra khi có sự ba đông về năng lượng mà ba đông về thànhphần hoá học là nguyên nhân chủ yếu để tạo ra ba đông năng lượng. Quá trình bađông đó tạo ra những vùng có thành phần cacbon gần bằng 0,8%. ở ranh giới giữaXe và F luôn có hàm lượng cacbon cao nhất nên thuận lợi cho quá trình tạo mầm.Do vậy, mầm γ đầu tiên sẽ xuất hiện trên ranh giới 2 pha F và Xe. Các mầm γ pháttriển, thực hiện quá trình chuyển biến P → γ.Độ hạt của và biểu diễn độ hạt trên giản đồ trạng tháiKhi nung nóng đến nhiệt độ AC1 trong thép xảy ra chuyển biến P → γ.Chuyển biến này cũng có cơ chế như quá trình kết tinh. Tạo mầm và phát triểnmầm. Các mầm γ được tạo ra trên bề mặt phân chia giữa 2 pha Fγ và Xe. Như vậy,biên giới giữa 2 pha F và Xe trong P rất nhiều nên nảy sinh nhiều mầm γ và khi kếtthúc chuyển biến bao giờ cũng có γ nhỏ min. Chuyển biến P → γ bao giờ cũng làmnhỏ hạt. Sau khi thu được γ nhỏ mịn ở nhiệt độ AC1, nếu tiếp tục nâng cao nhiệtđộ, hạt γ sẽ tiếp tục phát triển nhờ quá trình sát nhập các hạt với nhau. Sự phát triểncác hạt γ phụ thuộc vào nhiệt độ nung và thời gian giữ nhiệt. Nhiệt độ nung càngcao, thời gian giữ nhiệt càng dài thì hạt γ càng lớn.Câu 2 [4điểm]Trình bày khái niệm, phân loại, ký hiệu và công dụng thép Cacbon?Trả lờia. Khái niệmThép các bon là hợp kim của sắt và cácbon với hàm lượng các bon nhỏ hơn2,14%. Ngoài ra trong thép luôn chứa một lượng nhỏ các nguyên tố Mn, Si, P, S.Với bất kỳ loại thép các bon nào ngoài sắt ra cũng có chứa C ≤ 2,14%; Mn≤ 0,80%;Si ≤ 0,40%; P và S ≤ 0,05%. Thép các bon được sử dụng rất rộng rãi trong cơ khí [tỷlệ 60 ÷ 70%] và các ngành công nghiệp khác.Ngoài các nguyên tố trên trong thép các bon còn chứa một lượng khí rấtnhỏ hình thành trong quá trình nấu luyện như : ôxy, hydrô, nitơ. Nhưng do sốlượng của chúng quá ít, ảnh hưởng không đáng kể đến tính chất nên ta thườngkhông quan tâm đếnb. Phân loại thép cacbonCó nhiều cách phân loại thép các bon, mỗi phương pháp có một đặc trưng riêngbiệt cần quan tâm đến để sử dụng được hiệu quả hơn.*] Phân loại theo phương pháp luyện và độ sạch tạp chất:+ Theo phương pháp luyện:- Thép mác tanh [ngày nay không dùng phương pháp này nữa]- Thép lò chuyển [lò L -D, còn gọi là lò thổi]- Thép lò điện+ Theo độ sạch tạp chất:-Thép chất lượng thường: lượng P và S khá cao đến 0,05% được nấu luyện trong lòL -D có năng suất cao, giá thành rẻ. Các nhóm thép này chủ yếu dùng trong xâydựng.- Thép chất lượng tốt: có lượng P và S thấp hơn đến 0,040% được luyện trong lòđiện hồ quang. Chúng được sử dụng trong chế tạo máy thông dụng.- Thép chất lượng cao: có lượng P và S đạt 0,030% được luyện trong lò điện hồquang và có thêm các chất khử mạnh, nguyên liệu được tuyển chọn kỹ lưỡng.- Thép chất lượng rất cao: lượng P và S được khử đến mức độ thấp nhất 0,020%sau khi luyện bằng lò hồ quang chúng được tiếp tụ c khử tiếp tạp chất ở ngoài lòbằng xỉ tổng hợp hay bằng điện xỉ. Để hạn chế lượng khí trong thép phải dùngphương pháp rót trong chân không. Thép chhất lượng cao và rất cao dùng chế tạocác thiết bị và máy móc quan trọng.*] Phân loại theo phương pháp khử ô xyTheo mức độ khử ô xy triệt để hay không triệt để ta chia thép ra hai loại là thép sôivà thép lắng [lặng].+ Thép sôi: là loại thép được khử ô xy bằng chất khử yếu: phe rô mangan nên ô xykhông được khử triệt để, trong thép lỏng vẫn cò n FeO khi rót khuôn có phản ứng:FeO + C → Fe + COKhí Co bay lên làm bề mặt thép lỏng chuyển động giống như hiện tượng sôi. Vậtđúc thép sôi có mật độ thấp và chứa nhiều rỗ khí và lõm co nhỏ. Thép này có độdẻo cao và rất mềm, dập nguội tốt.+Thép lắng [lặng]: là loại thép được khử ô xy triệt để, ngoài phe rô mangan còndùng phe rô silic và nhôm nên không còn FeO nữa, do vậy bề mặt thép lỏng phẳnglặng. Thép lắng có độ cứng khá cao, khó dập nguội.*] Phân loại theo công dụng: Dựa theo mục đích sử dụng thép cácbon được chialàm hai nhóm: thép kết cấu và thép dụng cụ.+Thép kết cấu: là loại thép dùng làm các kết cấu và chi tiết máy chịu tải cần có độbền, độ dẻo và độ dai bảo đảm. Nhóm thép này được sử dụng nhiều nhất vì chủngloại sản phẩm của nó rất lớn. Đây là nhóm thép chất lượng tốt và cao.+Thép dụng cụ: là loại thép làm các dụng cụ gia công và biến dạng kim loại[dụngcụ cắt, khuôn dập, khuôn kéo...], giữ vai trò rất quan trọng để gia công các chi tiếtvà kết cấu máy. Số lượng thép dụng cụ không lớn vì chủng loại sản phẩm củachúng ít.d. Ký hiệu thép cacbon*] Thép các bon chất lượng thường [thép các bon thông dụng]:Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1765 - 75 nhóm thép các bon chất lượngthường được ký hiệu bằng chữ CT [C - các bon, T - thép chất lượng thường].Nếu cuối mác thép không ghi gì cả là thép lắng [lặng], nếu có s là thép sôi, n làthép nửa lặng. Chúng được chia làm ba phân nhóm:+ Phân nhóm A: là loại thép chỉ được quy định về cơ tính mà không quy định vềthành phần hóa học. Giới hạn bền kéo tối thiểu tính theo đơn vị kG/mm2 [với MPaphải nhân thêm 10], có thể tra bảng để tìm các chỉ tiêu σ0,2, , δ, ψ và α aK.Gồm các mác CT31, 33, 34, 38, 42, 51, 61.+ Phân nhóm B: là loại thép chỉ được quy định về thành phần hoá học mà khôngquy định về cơ tính [thành phần tìm thấy khi tra bảng]. Ký hiệu của phân nhóm nàytương tự phân nhóm A, chỉ khác là thêm chữ B ở đầu mác. Ví dụ BCT31,BCT33...BCT61.+ Phân nhóm C: gồm các thép được quy cả về cơ tính và thành phần hoá học.Ký hiệu của chúng tương tự phân nhóm A, chỉ khác là thêm chữ C ở đầu mác.Ví dụ CCT31, CCT33...CCT61. Để tìm các chỉ tiêu của thép phân nhóm này taphải dựa vào hai phân nhóm trên. Chẳng hạn với mác thép CCT38, khi tìm thànhphần hoá học ta tra bảng theo mác BCT38, cơ tính theo mác CT38.Thép chuyên dùng trong xây dựng được quy định theo TCVN 5709 -93.*] Thép kết cấu:Theo TCVN 1766-75 quy định ký hiệu bằng chữ C và các chữ số tiếp theo chỉlượng các bon trung bình trong thép tính theo phần vạn. Ví dụ: C05, C10, C15...C65. Nếu cuối mác thép có chữ A là loại chất lượng cao hơn [P, S ≤ 0,030%]*] Thép dụng cụ:Theo TCVN 1822-75 quy định ký hiệu bằng chữ CD [C-các bon, D-dụng cụ] vàcác chữ số tiếp theo chỉ lượng các bon trung bình trong thép theo phần vạn.Nếu cuối mác thép có thêm chữ A có nghĩa là chất lượng cao hơn.Ví dụ: CD70, CD80...CD130 [CD70A, CD80A...CD130A]Câu 3 [2 điểm]Trình bày các phương hướng nâng cao độ bền của vật liệu?Trả lờiĐỀ 2Câu 1 [4 điểm]Phân tích cấu tạo và các tổ chức trên giản đồ trạng thá Fe-C?Trả lờiCấu tạo :Theo lý thuyết, giản đồ trạng thái Fe - C phải được xây dựng từ 100% Fe đến100%C song do không dùng các hợp kim Fe - C với lượng các bon nhiều hơn 5%nên ta chỉ xây dựng giản đồ đến 6,67% các bon tức là ứng với hợp chất hóa họcFe3C. Trong thực tế, Fe với C tồn tại ở 3 dạng hợp chất là FeC, Fe 2C, Fe3C songxêmentít [Fe3C] ổn định về thành phần hóa học ở mọi nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độnóng chảy nên dùng Fe3C làm cấu tử.Trên giản đồ, đường ABCD là đường lỏngĐường AHJECF là đường đặcCác tổ chức :a. Các tổ chức một pha- Hợp kim lỏng [L]: là dung dịch lỏng của cácbon trong sắt, tồn tại ở phía trênđường lỏng ABCD.- Xementit [ký hiệu là Xe hay Fe 3C]: là hợp chất hóa học của sắt với các bon Fe3C, ứng với đường thẳng đứng DFK.- Xementit thứ nhất [XeI]: là loại kết tinh từ hợp kim lỏng, nó được tạo thànhtrong các hợp kim chứa nhiều hơn 4,3% và trong khoảng nhiệt độ [1147 1600]0C. Do tạo nên từ pha lỏng và ở nhiệt độ cao nên XeI có tổ chức hạt to.- Xementit thứ hai [XeII]: là loại được tiết ra từ dung dịch rắn Auxtenit ở trongkhoảng nhiệt độ [727 1147]0C khi độ hòa tan của cacbon ở trong pha này giảmtừ 2,14% xuống còn 0,8% do vậy XeII có trong hợp kim với thành phần các bonlớn hơn 0,8%. Do tạo từ pha rắn và ở nhiệt độ không cao lắm nên XeII có tổ chứchạt nhỏ hơn, do được tiết ra từ Auxtenit nên thường ở dạng lưới bao quanhAuxtenit.- Xemetit thứ ba [XeIII]: là loại được tiết ra từ dung dịch rắn Ferit ở trong khoảngnhiệt độ thấp hơn 7270C khi độ hòa tan giới hạn của cácbon trong Ferit giảm từ0,02% xuống 0,006%. XeIII có ở trong mọi hợp kim có thành phần C lớn hơn0,006% nhưng với lượng rất ít. Do tạo nên từ pha rắn và ở nhiệt độ thấp, khả năngkhuếch tán của nguyên tử rất kém nên XeIII thường ở dạng mạng lưới hay hạt rấtnhỏ bên cạnh Ferit.- Ferit [ký hiệu là F hay ]: là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon ở trong Fe[ ], cómạng lập phương thể tâm nên khả năng hòa tan của cacbon ở trong Fe[ ] làkhông đáng kể, lớn nhất ở 7270C là 0,02% và nhỏ nhất ở nhiệt độ thường là0,006%.- Auxtenit [kí hiệu là As hay ]: là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon trong Fe[ ],có mạng lập phương diện tâm nên khả năng hòa tan cacbon của Fe[] khá lớn, lớnnhất ở nhiệt độ 11470C với 2,14% và nhỏ nhất ở 7270C với 0,8%C.b. Các tổ chức 2 pha- Peclit [ký hiệu là P hay [+Xe]]: Peclit là hỗn hợp cơ học cùng tích của Feritvà Xementit [+ Xe] tạo thành ở 727 0C từ dung dịch rắn Auxtenit chứa 0,8%C.Trong Peclit có 88% Ferit và 12% Xementit. Từ giản đồ trạng thái Fe - C ta thấytrong quá trình làm nguội, thành phần cacbon của Auxtenit sẽ biến đổi và khi đến7270C có 0,8%C [các hợp kim có lượng cacbon nhỏ hơn 0,8% thì thành phầnAuxtenit biến đổi theo hướng tiết ra Ferit để làm tăng cacbon còn các hợp kim cólượng cacbon lớn hơn 0,8% thì thành phần Auxtenit biến đổi theo hướng tiết raXementit làm giảm cacbon, cả 2 trường hợp trên đều đưa đến lượng cacbon trongAuxtenit là 0,8% ở 7270C]. Lúc đó, Auxtenit có 0,8% C sẽ chuyển biến thành hỗnhợp cùng tích của Ferit và Xementit:Tùy theo hình dạng Xêmentit ở trong hỗn hợp, người ta chia ra 2 loại peclit làpeclit tấm và peclit hạt [Peclit tấm Xe ở dạng tấm phiến còn Peclit hạt thì Xe ởdạng hạt]. Peclit là hỗn hợp cơ học nên có tính chất trung gian. Kết hợp giữa tínhdẻo, dai của và cứng, dòn của Xe nên nói chung P có độ cứng, độ bền cao, tínhdẻo dai thấp. Tuy nhiên cơ tính của nó có thể thay đổi trong phạm vi khá rộng phụthuộc vào độ hạt của Xe.- Ledeburit [ký hiệu là Le hoặc [+Xe] hay [P+Xe]]: Ledeburit là hỗn hợp cơhọc cùng tinh, kết tính từ pha lỏng có nồng độ 4,3%C ở 1147 0C. Lúc đầu mới tạothành nó gồm và Xe [trong khoảng 7270C 11470C]. Khi làm nguội xuốngdưới 7270C, chuyển biến thành P do vậy Lêdeburit là hỗn hợp cơ học của Peclitvà Xementit. Như vậy cuối cùng Lêdeburit có 2 pha là và Xe trong đó Xechiếm tỉ lệ gần 2/3 nên Leđeburit rất cứng và dòn.Câu 2 [4điểm]Trình bày định nghĩa, mục đích và các phương pháp ủ thép?Trả lờia. Định nghĩa và mục đích của ủ thép* Định nghĩa: Ủ thép là phương pháp nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định,giữ nhiệt rồi làm nguội chậm cùng với lò, để đạt được tổ chức ổn định theo giản đồtrạng thái với độ cứng thấp nhất và độ dẻo cao. Tổ chức đạt được sau khi ủ thép làP [có thể có thêm F hay XeII tuỳ loại thép trước hay sau cùng tích].* Mục đích của ủ thép:- Làm giảm độ cứng [làm mềm] thép để dễ tiến hành gia công cắt gọt.- Làm tăng độ dẻo dai để tiến hành rập, cán vào kéo thép ở trạng thái nguội.- Làm giảm hay làm mất ứng suất bên trong sau các nguyên công gia công cơ khí[mài, quấn nguội, cắt gọt ... ]và đúc, hàn.- Làm đồng đều thành phần hoá học trên toàn tiết diện của vật đúc thép bị thiên tích- Làm nhỏ hạt thép nếu nguyên công trước làm hạt lớn- Tạo tổ chức ổn định chuẩn bị cho nhiệt luyện kết thúc- Cầu hoá Xe để có tổ chức hạt khác với Xe ở dạng tấm.Với mục đích đa dạng như vậy thì không phương pháp ủ nào đạt được cả cácmục tiêu trên. Thông thường mỗi phương pháp ủ chỉ đạt được một hoặc vài trongsố các chỉ tiêu kể trên.* Các phương pháp ủ không có chuyển biến pha:Các phương pháp ủ không có chuyển biến pha có nhiệt độ ủ thấp hơn Ac1, khiđó không xảy ra chuyển biến P → γ.+ Ủ thấp [ủ non]:- Đị nh nghĩa: Ủ thấp là phương pháp ủ nung nóng thép tới nhiệt độ nhỏ hơnAc1 để không có chuyển biến pha xảy ra.- Mục đích và đặc: Ủ thấp có tác dụng làm giảm hay khử bỏ ứng suất bên trongở các vật đúc hay các sản phẩm thép qua gia công cơ khí.+] Nếu ủ ở nhiệt độ thấp [200 ÷ 3000C] chỉ có tác dụng làm giảm một phầnứng suất bên trong nhưng ở những nhiệt độ cao hơn [450 ÷ 6000C] tác dụng khử bỏứng suất bên trong có thể hoàn toàn hơn.+] Do làm nguội nhanh, không đều, do chuyển pha khi đúc, trong vật đúc tồntại ứng suất bên trong. Đối với một số vật đúc có yêu cầu đặc biệt không cho phéptồn tại ứng suất dư độ. Để khử bỏ hoàn toàn ứng suất dư, người ta tiến hành nungnóng đến 450 600C, sau đó làm nguội chậm tiếp theo để tránh tạo lại ứng suấtdư. Đối với trường hợp yêu cầu không cao, chỉ cần giảm ứng suất dư đến mức nhấtđịnh, có thể tiến hành bảo quản ở t0 thường trong khoảng 9 ÷ 12 tháng, quá trìnhnày còn gọi là hoá già tự nhiên. Do nhiệt độ ủ thấp nên phương pháp ủ này khônglàm thay đổi độ cứng và kích thước hạt.+ Ủ kết tinh lại:- Định nghĩa: Ủ kết tinh lại là phương pháp ủ nung nóng thép tới nhiệt độ nhỏ hơnAc1 để không có chuyển biến pha xảy ra.- Mục đích và đặc điểm: Ủ kết tinh lại được tiến hành cho các thép qua biến dạngnguội bị biến cứng cần khôi phục lại tính dẻo, độ cứng trước khi gia công cơ khí.+] Nhiệt độ ủ kết tinh lại cho thép cacbon là từ 600 ÷ 7000C tức là thấp hơnnhiệt độ Ac1. Loại ủ này làm thay đổi được kích thước hạt và giảm độ cứng, nhưngrất ít áp dụng cho thép vì khó tránh tạo nên hạt lớn.+] Đối với kim loại đa tinh thể, do không đồng nhất về phương mang giữa cáchạt nên ứng suất tác dụng và độ biến dạng phân bố không đều, phần thép bị biếndạng với mức độ tới hạn sau khi ủ có kích thước lớn, làm dòn thép. Để tránh hiệntượng này, thường dùng các phương pháp ủ có chuyển biến pha.Các phương pháp ủ có chuyển biến pha:Các phương pháp ủ có chuyển biến pha có nhiệt độ ủ cao hơn Ac1, khi đó cóxảy ra chuyển biến P → γ.+ Ủ hoàn toàn:- Định nghĩa: Ủ hoàn toàn là phương pháp ủ gồm nung nóng thép tới trạng tháihoàn toàn γ, tức là phải nung cao hơn nhiệt độ Ac3 hoặc Accm.- Mục đích và đặc điểm:+] Làm nhỏ hạt. Nếu chỉ nung quá nhiệt độ Ac3 khoảng 20 300C ứng vớinhiệt độ ủ trong khoảng 780 ÷ 8600C, hạt nhận được vẫn giữ được kích thướcbé, sau đó làm nguội chậm có tổ chức F + P hạt nhỏ. Tổ chức này có độ dai tốt.+] Làm giảm độ cứng và tăng độ dẻo, dễ cắt gọt và rập nguội. Do làm nguộichậm, phân hoá ra tổ chức F + P [tấm] có độ cứng khoảng 160 200HB, bảođảm cắt gọt tốt và dẻo, dễ rập nguội.+ Ủ không hoàn toàn:- Định nghĩa: Là phương pháp ủ gồm nung nóng thép tới trạng thái chưa hoàntoàn là , nhiệt độ cao hơn Ac1 nhưng thấp hơn Ac3 hay Accm.- Mục đích và đặc điểm:+] Làm giảm độ cứng đến mức có thể cắt gọt được, sự chuyển biến pha ở đâylà không hoàn toàn chỉ có P còn F hoặc XeII vẫn còn [do vậy khi làmnguội không làm thay đổi kích thước hạt của 2 pha đó].+] Đối với thép trước cùng tích, loại thép yêu cầu độ dai cao vì không làm nhỏđược hạt F nên không áp dụng dạng ủ này. Vậy ủ không hoàn toàn thường được ápdụng chủ yếu cho thép cùng tích và sau cùng tích với hàm lượng cacbon > 0,7%.+] Đối với thép có hàm lượng cacbon > 0,7% mà chủ yếu là thép cùng tích vàsau cùng tích [thép có độ cứng khá cao, khó cắt gọt]. Nếu tiến hành ủ hoàn toànthép này, tổ chức nhận được là P tấm, độ cứng có thể lớn hơn 220HB gây cho việccắt gọt gặp khó khăn. Nếu tiến hành ủ không hoàn toàn, thì ở nhiệt độ nung do đạtđược tổ chức và các phần tử XeII chưa tan hết nên khi làm nguội, các phần tửnày như là những mầm giúp cho tạo nên P hạt. Sau khi ủ không hoàn toàn, thép cótổ chức P hạt với độ cứng thấp hơn [khoảng 200HB] nên đảm bảo cắt gọt tốt hơn.+ Ủ khuếch tán:- Định nghĩa: Là phương pháp ủ gồm nung nóng thép đến nhiệt độ rất cao 1100 11500C và giữ nhiệt trong nhiều giờ [khoảng 10 15h]- Mục đích và đặc điểm:+] Tạo ra hạt quá lớn do nung lâu ở nhiệt độ cao, vì vậy chỉ áp dụng cho vậtđúc trước khi gia công áp lực. Nếu không qua biến dạng dẻo để làm nhỏ hạt thì sauđó phải ủ lại bằng cách ủ hoàn toàn để làm nhỏ hạt.+] Làm đều thành phần của thép do hiện tượng thiện tích gây ra. Cách ủ này ápdụng cho các thỏi đúc bằng thép hợp kim cao, thường có hiện tượng không đồngnhất về thành phần hoá học.+ Ủ đẳng nhiệt:- Định nghĩa: là phương pháp ủ gồm nung nóng thép tới nhiệt độ ủ [xác địnhtheo là ủ hoàn toàn hay không hoàn toàn], giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh xuốngdưới A1 khoảng 50 ÷ 1000C tuỳ theo yêu cầu về tổ chức nhận được.- Mục đích và đặc điểm:+] Việc giữ nhiệt lâu trong lò ở nhiệt độ dưới A1 để γ phân hoá thành phần hỗnhợp F + Xe+] Thời gian giữ nhiệt tuỳ thuộc vào tính ổn định γ quá nguội của thép ủ ở nhiệt độgiữ đẳng nhiệt [thường giữ hàng giờ]+] Giảm độ cứng để thu được độ cứng thấp nhất ứng với tổ chức của P. Khá nhiềuthép hợp kim cao, do tính ổn định của quá nguội quá lớn nên làm nguội chậmcùng lò khi ủ cũng không đạt được độ cứng thấp do vậy phải làm cho tốc độ nguộichậm hơn nữa nhưng rất khó khăn nên khống chế tính ổn định của quá nguộibằng độ quá nguội.Câu 3 [2 điểm]Trình bày khái niệm và phân loại vật liệu trong kỹ thuật?Trả lờiCác nhóm vật liệu thường sử dụng trong công nghiệp hiện nay:- Vật liệu kim loại;- Vật liệu vô cơ – Ceramic;- Vật liệu hữu cơ – Polyme;- Vật liệu tổ hợp – Compozit.Vật liệu cơ khí được phân làm 2 loại: kim loạivà hợp kimKim loại là loại vật thể sáng , dẻo, có thểluyện, rèn được, có tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao vàdo một nguyên tố hoá học tạo nên. Hiện nay có trên85 nguyên tố kim loạiVD:Fe; Cu; AL; Zn;...Hình 1.1 Sơ đồ minh họa cácnhóm vật liệu và quan hệ giữa chúng.Hợp kim là sản phẩm của sự nấu chảy1. Bán dẫn; 2. Siêu dẫn; 3.hay thiêu kết của 2 hay nhiều nguyên tố màSilicon; 4. Polyme dẫn điện.nguyên tố chủ yếu là kim loại để vật liệu mớicó tính chất kim loại.Ví dụ: Thép các bon là hợp kim của nguyên tố kim loại vàphi kim loại [Fe + C]; La tông là hợp kim của hai nguyên tố kim loại [Cu + Zn]