NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA Ti VÀ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM ĐẾN TÍNH CHẤT MÀI MÒN, ĐỘ DAI VA ĐẬP CỦA GANG TRẮNG 13% CRÔM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI


HOÀNG THỊ NGỌC QUYÊN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA Ti VÀ NGUYÊN TỐ
ĐẤT HIẾM ĐẾN TÍNH CHẤT MÀI MÒN, ĐỘ DAI VA
ĐẬP CỦA GANG TRẮNG 13% CRÔM

Chuyên ngành: Kỹ thuật Vật liệu
Mã số: 62520309


TÓM TẮT
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VẬT LIỆU

Hà Nội - 2014

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC
LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ CÔNG BỐ
Các công trình đăng trên các tạp chí khoa học
1. Hoàng Thị Ngọc Quyên, Lê Thị Chiều, Đinh Quảng Năng
(2011) “Ảnh hưởng của Titan và đất hiếm đến cấu trúc, độ mài
mòn và độ dai va đập của gang trắng 13%“, Tạp chí Khoa học
Công nghệ Kim loại số 38 năm 2011, trang 24 -27.
2. Hoàng Thị Ngọc Quyên, Lê Thị Chiều, Đinh Quảng Năng và
Phạm Mai Khánh (2013) “Ảnh hưởng của Ti đến cấu trúc cácbit
M7C3 và hành vi mòn của gang trắng chứa 12 -13% crôm khi mài
khô có tải trượt” Tạp chí Khoa học và Công nghệ các trường Đại
học kỹ thuật số 96 năm 2013.
3. Hoàng Thị Ngọc Quyên, Lê Thị Chiều, Đinh Quảng Năng,
Nguyễn Hồng Hải và Phạm Mai Khánh (2013) “Ảnh hưởng của
đất hiếm đến cácbit M
7
C

3
cùng tinh trong gang trắng crôm 13%”,
Tạp chí Khoa học Công nghệ Kim loại, năm 2013
Các công trình đăng trên các kỷ yếu hội nghị khoa học quốc gia
và quốc tế
4. Lê Thị Chiều, Hoàng Thị Ngọc Quyên, Đinh Quảng Năng
“Effects of heat treatment on chromium white cast iron (13% Cr)
modified by mixture of Ti and Dong pao rare earth”, Proceeding
5
th
SEATUC Symposim – 2011, trang 474 -477.

Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội


Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Lê Thị Chiều
2. GS.TS. Đinh Quảng Năng

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:


Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sỹ cấp
trường, họp tại : Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ………



Có thể tìm hiểu luận án tại:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu –Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
2. Thư viện Quốc Gia






1
MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của luận án:
Gang crôm cao là vật liệu chịu mòn cao, được ứng dụng rộng rãi
trong các nghành khai thác khoáng sản, công nghiệp xi măng, công
nghiệp luyện kim.
Ở Việt Nam hệ gang crôm cao phát triển rất mạnh trong những
năm gần đây. Tuy nhiên các nhà sản xuất vẫn còn đang lúng túng vì
sản phẩm có chất lượng thấp, mài mòn nhanh, nứt vỡ bong tróc
nhiều, tuổi thọ làm việc thấp. Vì vậy việc tìm các biện pháp nâng cao
chất lượng gang, đáp ứng các yêu cầu làm việc của vật liệu là rất cấp
thiết. Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu nhằm nâng cao
cơ tính của gang crôm. Riêng ở nước ta rất ít nghiên cứu về vật liệu
này được công bố. Chất lượng gang crôm do tổ chức gang quyết định
Tổ chức gang crôm bao gồm hai thành phần chính: nền và cacbit
phân bố trên nền. Cácbit trong gang crôm cao đóng vai trò chính
trong quá trình chống lại va đập và mài mòn. Ở trạng thái đúc, các-
bít trong gang ở dạng các tấm sơ cấp và cacbít nằm trong khối cùng
tinh. Khi hàm lượng crôm vượt quá 12%, cácbit trong gang là M
7
C
3

dạng que hoặc dạng tấm, phân bố tương đối rời rạc, có độ cứng cao,
là bộ phận chịu mài mòn trong gang. Tuy nhiên các tấm cacbit có
tính giòn, khi chịu tác động va đập và mài mòn, chúng là nơi tập
trung ứng suất, là nơi xuất hiện và lan truyền vết nứt từ cácbit này
sang các cácbit khác nhất là tại các cacbit có kích thước lớn. Điều
này làm hạn chế tính ứng dụng của vật liệu. Tổ chức cacbit nhỏ mịn,
rời rạc sẽ tăng độ bền, ngăn cản sự lan truyền ứng suất, lan truyền
vết nứt và giảm thiểu khả năng nứt vỡ vật liệu.
Luận án thực hiện nghiên cứu tăng bền cho gang bằng cách đưa

vào gang hệ gang crôm 13%Cr, các nguyên tố titan và đất hiếm, xác
định hàm lượng hợp lý các nguyên tố đó nhằm làm nhỏ kích thước
cacbit, và đặc biệt làm làm nhỏ gọn các khối cùng tinh trong gang,
giảm thiểu nguy cơ xuất hiện lỗ co tế vi, dẫn tới nâng cao các chỉ
tiêu cơ tính của gang, điều mà trong nước hiện nay chưa một nghiên
cứu nào thực hiện.
Các kết quả nghiên cứu đã được áp dụng tại Công ty cổ phần Cơ khí
Phú Sơn, Công ty Cơ khí Đúc Thắng Lợi.
Mục đích của đề tài luận án:
Nghiên cứu ảnh hưởng Ti và đất hiếm tới các hình thái tổ chức


2
của gang crôm cao nhằm thay đổi tổ chức, sự phân bố, giảm kích
thước hạt pha nền, pha cácbit M
7
C
3
, kích thước vùng cùng tinh. Xác
định hàm lượng hợp lý của các nguyên tố đó với mục đích tăng các
chỉ tiêu cơ tính, tăng tuổi thọ làm việc cho gang crôm cao.
Ý nghĩa khoa học của đề tài luận án:
-Xác định vai trò của Ti và đất hiếm trên phương diện làm tâm mầm
dị thể cho hợp kim:
+ Ti kết hợp với cacbon tạo TiC tương đối mạnh trong gang lỏng.
TiC là pha cácbit kết tinh đầu tiên, trước cácbit crôm, cácbit sắt. Vì
thế TiC có thể làm tâm mầm cho các pha cácbit M
7
C
3

.
+ Các nguyên tố đất hiếm có điểm chảy thấp, có ái lực mạnh với
oxi, lưu huỳnh, vì thế trong gang lỏng chúng có tác dụng làm sạch
oxy và lưu huỳnh, tạo ra các oxyt đất hiếm. Các oxyt đất hiếm có
nhiệt độ nóng chảy cao, có thể là tâm dị thể cho các pha cácbit M
7
C
3

và pha austenit sơ cấp. Nhờ đó tổ chức gang crôm khi có thêm đất
hiếm trở nên nhỏ mịn đi rất nhiều.
- Phân tích quá trình phá hủy do bong tróc và mòn của gang 13%
crôm, xác định các yếu tố ảnh hưởng và từ đó xác định được biện
pháp giảm thiểu sự phá hủy và ngăn chặn quá trình đó.
- Luận án đã xác định được sự có mặt và phân bố của một số pha và
phân tích ảnh hưởng của chúng đến cơ tính gang.
-Xác định: hàm lượng Ti, đất hiếm có thể đưa lại các chỉ tiêu cơ tính
cao nhất của gang crôm cao mà không làm ảnh hưởng nhiều đến giá
thành sản phẩm.
Phương pháp nghiên cứu:
- Tập hợp tài liệu về gang hợp kim trong và ngoài nước.
- Sử dụng các thiết bị công nghệ: Lò nấu trung tần, kỹ thuật biến
tính.
- Sử dụng các phương pháp xác định khả năng chống mài mòn, va
đập để xác định ảnh hưởng của Ti và đất hiếm đến cơ tính hợp kim
- Sử dụng các phương pháp nghiên cứu hiện đại: EDX, SEM,
MAPPING, Rơnghen để phân tích tổ chức.
Những điểm mới của luận án:
1. Xác định khuyết tật đúc hình thành trong các tấm cácbit M
7

C
3

thô chính là một trong những mầm mống nứt gây phá hủy vật
liệu.
2. Ứng suất tại các tập trung biên cácbit/nền gây bong tróc cacbít


3
thậm chí gây biến dạng nền, pha nền có độ bền thấp làm giảm
khả năng chống mòn.
3. Giải thích được mối liên quan giữa hình thành cùng tinh và sự
hình thành austenit sơ cấp trong gang crôm 13%.
4. Giải thích vai trò của TiC và oxit đất hiếm đến sự hình thành và
phân bố khối cùng tinh.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GANG TRẮNG CRÔM
1. 1 Lịch sử phát triển của hệ vật liệu chịu mòn gang trắng crôm
Gang trắng hợp kim Crôm được phát hiện đầu tiên ở Châu Âu vào
những năm 1970.
1. 2 Tổ chức đúc của gang trắng crôm
1.2.1 Giản đồ pha hệ Fe-Cr-C







Trong gang trắng, Crôm là một nguyên tố tạo cácbit mạnh, tỷ lệ

giữa Crôm với cacbon (Cr/C) và hàm lượng cácbon quyết định sự
hình thành loại cácbit dẫn đến quyết định cơ tính của gang. Để đảm
bảo gang có cơ tính tổng hợp cao, chọn gang có thành phần sao cho
tỷ lệ Cr/C nằm trong khoảng 3,5-10,2 [74]
1.2.2 Các loại cácbit trong gang trắng Crôm
1.2.2.1. Phân loại
- Cácbit MC: Cácbit có cấu trúc đơn giản xếp chặt
- Cácbit M
2
C: Cácbit M
2
C có cấu trúc lục giác xếp chặt
- Cácbit M
3
C: Các cácbit dạng xen kẽ cùng với cấu trúc hệ đa lục
giác xếp chặt

Hình 1.2: Mặt lỏng của giản đồ pha Fe-Cr-C của Jackson [74]


4
- Cacbit M
7
C
3
: Cácbit có cấu trúc lục giác xếp chặt và cấu trúc khối
trực thoi. Là cácbit có độ cứng cao, phân bố tương đối rời rạc.
- Loại cácbit M
23
C

6
: Ô mạng tinh thể là khối gồm nhiều hình lập
phương xếp chặt.
1.2.2.2. Tính chất cácbit trong hệ gang trắng crôm
Cácbit có độ cứng cao, có modul đàn hồi cao, có nhiệt độ nóng
chảy cao và có tính giòn. Cácbit mang đặc tính của kim loại, có độ
dẫn nhiệt cao. Trong số các cácbit, loại cácbit MC có độ cứng cao
nhất, tiếp theo là M
7
C
3
, M
3
C có độ cứng thấp nhất.
1.2.2.3. Sự kết tinh của cácbit M
7
C
3

Khi thành phần crôm tăng dần đến > 10%Cr, cácbit tạo thành sẽ
thay đổi từ M
3
C sang M
7
C
3
. Khi M
7
C
3

có cấu trúc tinh thể là lục giác
thì hình thái thu được là hình que, nếu cấu trúc tinh thể của M
7
C
3
là
khối trực thoi hay khối bát diện thì hình thái thu được sẽ là dạng tấm.
1.2.3 Austenit trong gang trắng Crôm
1.2.3.1 Hình thái Austenit
Nhánh cây austenit trong gang trắng được chia thành hai loại:
+ Loại 1: nhánh cây dạng cột, dài. Loại cấu trúc này có định hướng
rõ ràng, sắp xếp song song. Nhánh cây tạo ra hạt austenit thô, to.
+ Loại 2: Nhánh cây đều trục: Đây là loại nhánh cây được sắp xếp
một cách ngẫu nhiên, không định hướng, tạo ra những hạt austenite
nhỏ mịn, phân tán một cách ngẫu nhiên.
1.2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hình thái của austenite sơ cấp
Sự tạo thành nhánh cây liên quan đến quá trình tạo mầm trong
gang lỏng.
1.2.3.3. Ảnh hưởng của hình thái Austenit sơ cấp đến các khuyết
tật của gang trắng:
Khi sự kết tinh chủ yếu do ngoại sinh, cấu trúc nhánh cây thô,
thiên về dạng cột, có định hướng sẽ dẫn đến tạo ra kẽ nứt co ngót
dọc theo đường biên hạt. Ngược lại, kích thước hạt mịn làm giảm
đáng kể khả năng tạo thành kẽ nứt co ngót.
1.3 Sự đông đặc và kết tinh cùng tinh của gang trắng crôm cao
1.3.1 Nhiệt động học và động học của sự kết tinh của cùng tinh
trong gang trắng

5
Gang nóng chảy dù kết tinh theo hệ giả ổn định như cácbit +
austenit hay kết tinh theo hệ ổn định như graphit + austenit cùng tinh
đều phụ thuộc vào sự tạo ra tâm mầm và tốc độ phát triển của hai
pha cácbon cao (Cácbit và graphit), và đều phụ thuộc vào điều kiện
nhiệt động học và động học của quá trình.
1.3.2 Phân tích sự đông đặc của hệ hợp kim Fe-Cr-C
Giản đồ pha hệ Fe-Cr-C là công cụ để phân tích quá trình đông đặc
của hệ gang trắng crôm cao.
1.3.3 Sự tiết ra cácbit cùng tinh
Tổ chức trước cùng tinh của gang trắng crôm cao gồm nhánh cây
austenit và cùng tinh austenit-cacbit. Càng xa đường cùng tinh, càng
có nhiều austenit sơ cấp và càng ít tổ chức cùng tinh nằm giữa các
nhánh cây austenit. Tổ chức cùng tinh của gang trắng crôm cao gồm
cùng tinh (M
7
C
3
+ austenit), trong đó hình ảnh hai chiều của cácbit
có dạng một bông hoa hồng.
3.4. Sự tạo thành khối cùng tinh
Trong gang crôm cao, khi làm nguội, từ trạng thái lỏng, các pha sơ
cấp (ausnenit hoặc cácbit) được tiết ra. Phản ứng cùng tinh được cân
bằng bởi hệ ba cấu tử như sau: L←→ γ-F e + M
7
C
3

Sản phẩm của phản ứng là các hạt cùng tinh bao gồm austenit cùng
tinh (γ-Fe) và cácbit cùng tinh, tạo thành khối cùng tinh.

Trong gang trắng trước cùng tinh, pha đầu tiên tiết ra là austenit.
Các khối cùng tinh trong được tiết ra trong khoảng trống của các
nhánh cây austenit. Pha M
7
C
3
được tạo ra trong khoảng không giữa
các nhánh cây austenit, tại các vị trí giàu C và Cr.
Cấu trúc một khối cùng tinh của gang trắng crôm trước cùng tinh
được biểu thị trong hình 1.25 [76].
.







Nền
(γ-Fe)
Cácbit
M
7
C
3


Hình 1.26: Các thông số về kích
thước của khối cùng tinh
Hình 1.25: Cấu trúc một khối cùng

tinh của GTCr trước cùng tinh
[[75Error! Reference source not
found.


6
Kích thước của khối cùng tinh phản ảnh trực tiếp độ mịn của
cácbit cùng tinh và ảnh hưởng đến kích thước hạt trong ranh giới của
khối cùng tinh (xem hình 1.26). Các thông số chính để miêu tả khối
cùng tinh bao gồm: kính thước của khối cùng tinh (A-A), khoảng
trống của các khu vực ranh giới nơi các khối cùng tinh tồn tại (B-B)
và khoảng cách giữa các vùng cácbit chiếm chỗ trong trung tâm của
khối (C-C).
1.3.5 Sự biến đổi tổ chức cùng tinh của gang trắng crôm.
Để tăng độ dai và tuổi thọ của gang trắng crôm người ta dùng các
biện pháp kiểm soát quá trình đông đặc và biến đổi cấu trúc cùng
tinh. Các phương pháp để cải thiện tổ chức cùng tinh cụ thể bao
gồm:
- Làm mịn khối cùng tinh
- Làm rời rạc các cácbit cùng tinh
- Thay đổi hình thái cácbit (từ tấm sang hình sợi hoặc hình cầu)
Các biện pháp cải thiện cấu trúc cácbit của gang trắng như sau:
- Điều chỉnh thành phần hóa học
- Tăng tốc độ nguội
- Tạo mầm kết tinh: Việc tạo nhiều tâm mầm kết tinh trong gang
trắng làm nhỏ mịn cácbit và austenit sơ cấp và làm cho khoảng cách
giữa nhánh cây nhỏ đi. Các nguyên tố tạo tâm mầm thường sử dụng
cho gang trắng là V, Ti, RE và Al.
- Sự biến tính: Biến tính là quá trình xử lý bằng cách đưa thêm một
lượng nhỏ các chất thích hợp vào gang lỏng để biến đổi hình thái

cácbit.
1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến tổ chức và tính chất của GTCr.
1.4.1 Ảnh hưởng của sự phân bố các nguyên tố trong GTCr.
- Crôm: Trong gang crôm cao, Cr tồn tại chủ yếu trong cácbit, một
phần hòa tan trong austenite và một lượng rất nhỏ có trong các pha
khác.
- Vanadi: Vanadi được đưa vào nhằm tạo ra các hạt cácbit VC nhỏ
mịn và làm tâm mầm cho pha M
7
C
3
làm cho các pha cùng tinh nhỏ
mịn.
- Titan: Titan được đưa vào tạo ra TiC có tác dụng làm nhỏ mịn cấu
trúc, tăng độ bền cho gang crôm.
1.4.2 Ảnh hưởng của quá trình chế tạo


7
Gang crôm có thể được nấu trong lò điện cảm ứng tường axit, lò
hồ quang. Trong mẻ liệu có thể dùng hồi liệu để ổn định cấu trúc của
gang. Quá trình nấu cần tăng cường khuấy trộn để hòa tan crôm đồng
đều.
1.4.3. Ảnh hưởng của quá trình nhiệt luyện gang crôm.
1.4.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt luyện đến tổ chức pha nền
Quá trình xử lý nhiệt hợp kim chủ yếu là làm thay đổi pha nền.
Trong quá trình nung nóng và làm nguội gang crôm cao, austenit
trong tổ chức sau đúc chuyển biến thành mactenxit. Tổ chức nhận
được sau nhiệt luyện là mactenxit cùng với cacbít phân tán, có độ
cứng cao.

1.4.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt luyện đến hình thái cácbit:
Gang trắng với thành phần crôm thấp hơn 30% thì hình thái cácbit
không có sự thay đổi về dạng chỉ có thể thay đổi về kích thước
cácbit. Gang có thành phần crôm >30% có sự chuyển biến từ cácbit
M
7
C
3
sang M
23
C
6
trong quá trình nhiệt luyện.
1.4.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt luyện đến độ cứng của hợp kim
Làm nguội với tốc độ đủ lớn sẽ có chuyển biến không cân bằng
thành mactenxit. Mactenxit làm tăng độ cứng cho gang crôm.
1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến cơ tính của gang trắng crôm
Để đảm bảo cơ tính tốt cho gang crôm, điều kiện đầu tiên và có thể
là quan trọng nhất là:
1. Đảm bảo gang crôm là gang trước cùng tinh hoặc cùng tinh.
2. Đảm bảo sự có mặt M
7
C
3
trong gang cùng tinh và trước cùng tinh
bởi cácbit M
7
C
3
có độ cứng và độ bền cao.

3. Giảm kích thước hạt, tạo tâm mầm cho austenit sơ cấp nhỏ mịn và
đảm bảo cácbit phân bố đều trong nền kim loại.
1.5.1 Ảnh hưởng của hình thái, sự phân bố, kích thước hạt
cácbit đến quá trình mòn trong điều kiện trượt có tải trọng của
GTCr.
Cacbít trong nền làm thay đổi sự phân bố ứng suất, tăng khả năng
chống biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi do vậy cacbít làm giảm
khả năng tạo rãnh xước. Các loại cacbít có độ bền nén thấp, không
thể chống lại biến dạng gây ra do ứng suất nén và ứng suất cắt.
1.5.2. Ảnh hưởng của tổ chức pha nền tới sự hình thành vết nứt
của GTCr khi chịu tác động mài mòn và va đập đồng thời.


8
Tổ chức nền có ảnh hưởng đặc biệt đến các quá trình mòn của
gang crôm. Pha nền trong hợp kim này có nhiệm vụ giữ chặt các hạt
cácbit làm cho các hạt cácbit không bị bong tróc trong quá trình chịu
tác động mài mòn, va đập. Tổ chức tốt nhất của pha nền
mactenxit+cácbit nhỏ mịn và một lượng nhỏ austenit dư
1.6 Quá trình hợp kim hóa bằng Titan đến GTCr.
Khi được đưa vào gang crôm, Ti một phần tan trong austenit và một
kết hợp với cacbon tạo TiC theo một phản ứng rất mạnh. TiC là
cácbit kết tinh đầu tiên, trước khi cácbit crôm, các cácbit sắt kết tinh.
TiC làm tâm mầm cho các pha cácbit M
7
C
3
.
1.7 Biến tính GTCr cao bằng đất hiếm
Các kim loại có trong đất hiếm có nhiệt độ nóng chảy thấp,bán

kính nguyên tử lớn, r
c
= 0,182nm, có độ quá nguội rất lớn trong
quá trình đông đặc. Các nguyên tố đất hiếm RE cũng có thể được sử
dụng như một chất khử oxy và khử lưu huỳnh do chúng dễ tạo các
oxit RE và sulfide RE. Các oxyt RE có thể tác dụng làm tâm mầm
cho pha austenit và cácbit M
7
C
3
.
Các nguyên tố đất hiếm là những nguyên tố hoạt động bề mặt rất
mạnh, độ hòa tan vào gang lỏng thấp nên khi các tinh thể cácbit
M
7
C
3
kết tinh, các nguyên tố đất hiếm hấp phụ ngay trên các bề mặt
tinh thể cácbit M
7
C
3
ngăn cản sự phát triển của tinh thể cácbit M
7
C
3

đặc biệt theo hướng [0001].

CHƯƠNG 2: CHẾ TẠO MẪU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN

CỨU GANG TRẮNG CRÔM 13%
2.1 Chế tạo mẫu nghiên cứu
Tất cả các mẫu hợp kim được nấu trong lò điện cảm ứng trung tần
cùng với các chế độ chọn trước. Nấu chảy các nguyên liệu theo
thành phần phối liệu đến khoảng nhiệt độ 1500
0
C ÷ 1550
0
C thì chuẩn
bị rót mẫu.
Các mẫu được chia thành 4 nhóm hợp kim theo mục đích nghiên
cứu như sau:
- Các hợp kim nhóm 1: Các mẫu gang 13% crôm với 2,14% C và
thành phần Ti theo chiều tăng từ 0,21% đến 1,02%, các mẫu được ký
hiệu từ No.1 đến No.4
- Các kợp kim nhóm 2: các mẫu nhóm 2 được biến tính bằng RE với
thành phần đất hiếm trong khoảng 0,1 đến 0,8%, các mẫu nhóm 2
được ký hiệu từ No.5 đến No.8


9
- Các hợp kim nhóm 3: Các mẫu được đưa thêm titan và RE( Ti từ
0,23 đến 0,66% và RE từ 0,2 đến 0,6%), các mẫu được ký hiệu từ
No.9 đến No.11.
2.2. Nhiệt luyện các mẫu nghiên cứu
Các mẫu đều nhiệt luyện cùng một chế độ: Tôi ở 1050
0
C, ram ở
250
0

C.
2.3 Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 Xác định thành phần hóa học
Thành phần hóa học của các mẫu nghiên cứu được phân tích bằng
phương pháp quang phổ phát xạ trên máy ARL-3460 của hãng
Fisons Thụy Sỹ.
2.3.2 Xác định thành phần pha
Thành phần của từng pha được phân tích bằng phổ tán xạ tia X
theo năng lượng (EDS) trên kính hiển vi điện tử quét (SEM).
2.3.3 Phương pháp xác định sự phân bố không gian của các
nguyên tố hóa học (phương pháp mapping)
Phương pháp phân tích mapping nguyên tố là một phương
pháp phân tích sự phân bố của các nguyên tố, hình ảnh là một
bản đồ hiển thị sự phân bố không gian của các nguyên tố trong
một mẫu. Có hai kỹ thuật phân tích chủ yếu tùy thuộc vào việc
phân tích năng lượng hay bước sóng của tia X đặc trưng phát
ra từ mẫu.
2.3.4 Xác định độ cứng
2.3.4.1 Xác định độ cứng thô đại Rockwell
Độ cứng thô đại của mẫu được xác định theo phương pháp
Rockwell (HRC) trên máy ATKF 1000 của hãng Mitutoyo
2.3.4.2 Xác định độ cứng tế vi
Phương pháp xác định độ cứng tế vi theo nguyên lý vicke với
tải trọng nhỏ (từ vài gam cho đến vài trăm gam) với mũi đâm
làm bằng kim cương.
2.3.5 Mức độ cùng tinh các mẫu nghiên cứu
Gang trắng crôm có thể tồn tại ở dạng gang trước cùng tinh,
cùng tinh và sau cùng tinh tùy thuộc vào mức độ cùng tinh.
Mức độ cùng tinh = CE/4,3

10
2.3.6 Nghiên cứu tổ chức
Cấu trúc tế vi được quan sát và chụp trên kính hiển vi quang học
(HVQH) Leica 4000 có độ phóng đại tối đa là 1000 lần với phần
mềm phân tích IPwin32 và trên kính hiển vi điện tử quét SEM
(Scanning Electron Microscope) .
Thành phần pha của hợp kim nghiên cứu được xác định bằng
phương pháp nhiễu xạ tia X (X-ray) trên máy X’Pert Pro – Philip.
2.3.7 Nghiên cứu, đánh giá quá trình mài mòn
Độ mài mòn được xác định qua sự hao hụt khối lượng của các
mẫu hình trụ có đường kính là 4mm, mài mòn trên giấy ráp cỡ hạt
240µm trên quãng đường 2000m, tốc độ quay 300 vòng/phút theo
với các tải trọng khác nhau 12N, 20N.
2.3.8 Nghiên cứu quá trình phá hủy mẫu do va đập
Các mẫu đo độ dai va đập được chế tạo theo tiêu chuẩn ASTM với
khía chữ V trên máy CHAPPY.
2.3.9 Xác định tổng hàm lượng cácbit cùng tinh
Tổng hàm lượng cácbit cùng tinh được phân tích trên phần mềm
image Pro-Plus.
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ PHÁ HỦY CỦA GTCr
TRONG MÔI TRƯỜNG MÀI MÒN VÀ VA ĐẬP CAO
3.1. Đặc điểm, tính chất của hệ gang crôm 13%
Là gang trước cùng tinh nên khi kết tinh, austenit nhánh cây tiết ra
đầu tiên, sau đó là cùng tinh austenit và M
7
C
3
; Các vùng cùng tinh
này nằm giữa các nhánh cây và tạo nên khối cùng tinh. Nằm giữa các

khối cùng tinh là các cácbit mịn, càng xa tâm khối thì cácbit trở nên
thô hơn. Bên ngoài các khối cùng tinh là các cácbit M
7
C
3
thô có
dạng sợi dài.
3.2. Cơ chế mòn của GTCr 13% trong môi trường trượt
Hình 3.3 là hình ảnh hiển vi điện tử chụp bề mặt mòn có tải trọng
của mẫu 11 trước và sau nhiệt luyện. Trong hình 3.3(a) các vết xước
sâu, rộng, độ phá hủy bề bề mặt mẫu lớn còn ở hình 3.3(b) ứng với
bề mặt mẫu sau nhiệt luyện tương ứng, các vết xước nông và nhạt
hơn. Mức độ phá hủy bề mặt mẫu giảm đi rất nhiều so với mẫu trước
nhiệt luyện. Như vậy chứng tỏ rằng ở trạng thái đúc nền là austenit
có độ bền thấp, trong quá trình mài mòn có tải trọng lặp lại nhiều


11
lần, biến dạng dẻo xảy ra trên diện rộng, pha nền dễ dàng bị xô lệch,
biến dạng, nền không giữ được pha cứng, dẫn đến bong tróc.






3.3. Quá trình phá hủy của gang trắng 13% crôm.
3.3.1. Mô phỏng quá trình chịu lực của viên bi chế tạo từ GTCr
3.3.1.1. Bài toán mô phỏng
Bài toán mô phỏng quá trình va đập của hai viên bi gang crôm cao,

đường kính 60 mm rơi từ độ cao 4,2 m.
3.1.1.2. Kết quả của quá trình mô phỏng sự va đập của bi











Kết quả mô phỏng cho ở trung tâm của khu vực tiếp xúc giữa hai
quả cầu, ứng suất cắt ở bề mặt là không đáng kể. Ứng suất lớn nhất
xuất hiện bên dưới bề mặt. Khi ứng suất nhỏ, các pha trong hợp kim
chỉ bị biến dạng đàn hồi. Khi ứng suất lớn dần, các pha có thể bị biến
dạng dẻo.
Hình 3.3: Hình ảnh hiển vi điện tử chụp bề mặt mòn của gang 13% crôm
a: mẫu đúc b: mẫu sau nhiệt luyện

Hình 3.9: Trường phân bố ứng suất của quá trình va đập bi


12
3.1.2 Sự phát triển vết nứt và cơ chế gãy vỡ, bong tróc của GTCr
Hình 3.11 là ảnh bề mặt mẫu ở trạng thái đúc sau khi va đập. Ứng
suất tập trung tại biên cácbit/nền (như hình 3.11c).

Hình 3. 12: Bề mặt cácbit của gang trắng 13% crôm khi chịu va đập
(các mẫu sau nhiệt luyện, hiển vi quang học, X1000)
Hình 3.11: Hiển vi quang học (a,b,c) (X1000, tẩm thực sâu ), hiển
vi điện tử thứ cấp (d) chụp bề mặt mẫu ở trạng thái đúc



13
Hình 3.12 là hình ảnh hiển vi quang học bề mặt bị phá hủy sau khi
va đập của các mẫu đã qua nhiệt luyện. Các vết nứt đều xuất hiện ở
bề mặt các phần tử cácbit thô. Thậm chí cácbit thô còn bị cắt thành

các miếng cácbit nhỏ. Ứng suất của quá trình va đập tập trung xung
quanh các phần tử cácbit. Sự tập trung ứng suất dư lớn, các vết nứt
bắt đầu hình thành và phát triển.
Các khuyết tật được tạo ra tại các cácbit thô nằm xa trung tâm cùng
tinh có thể coi là mầm mống của vết nứt. Khi chịu va đập lặp lại
nhiều lần, tại các khuyết tật đó hình thành và tích tụ ứng suất do đó
vết nứt được mở rộng (hình 3.13) và trở thành là một trong những
nguyên nhân gây ra hiện tượng phá hủy cácbit trong gang trắng
crôm.
Công thức biểu diễn mối quan hệ giữa ứng suất phá hủy (σ
g
) và
kích thước hạt cácbit (d) như sau: σ
g
= σ
o
+ k
g
d
-1/2

Như vậy khi kích thước hạt lớn, ứng suất gây ra quá trình phá hủy
giảm tức là năng lượng cần để tạo ra vết nứt giảm, khi kích thước hạt
nhỏ thì cần nhiều năng lượng để tạo ra vết nứt hay nói cách khác khi
kích thước hạt nhỏ sự phá hủy sẽ khó khăn hơn.

CHƯƠNG 4:
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH HỢP KIM HÓA
BẰNG TITAN VÀ BIẾN TÍNH BẰNG ĐẤT HIẾM VÀ HỖN HỢP
TITAN VÀ ĐẤT HIẾM ĐẾN GTCr 13%
4.1 Ảnh hưởng của quá trình hợp kim hóa bằng Ti
4.1.1. Sự tạo thành TiC từ gang lỏng và fero titan
[Ti] + [C] = TiC (s); ΔG
o
TiC
= −165.836,4 (Jmol
−1
) tại 1300
0
C

Hình 3.13: Bề mặt phá hủy gang crôm khi chịu va đập ( X1000)


14
Giá trị của ΔG
o
TiC
khá âm nên titan là một nguyên tố hình thành
cácbit mạnh. TiC có nhiệt độ nóng chảy cao (3065
o
C) và có độ cứng
rất cao (khoảng 3200HV) và có cấu trúc nhỏ mịn so với cấu trúc
M

7
C
3
. Các hạt TiC có màu đen, xung quanh là vùng nghèo cácbon
(vùng màu sang bao quanh hạt cácbit) do Ti lấy cácbon tại đó để tạo
thành TiC.











4.1.2 Ảnh hưởng của Ti đến tổ chức cácbit cùng tinh của GTCr
Khi của hàm lượng titan tăng từ 0,21% đến 1,02%, khoảng cách
giữa các cácbit cùng tinh giảm dần từ 55 µm xuống còn khoảng 37
µm. Các nhánh cây austenit cũng nhỏ mịn hơn làm cho các khối
cùng tinh cũng có kích thước giảm dần từ 50 µm xuỗng còn 30 µm
(hình 4.5).

Hình 4.5: Hiển vi quang học chụp bề mặt các mẫu nhóm 1 theo chiều tăng
lên của Ti, X500, tẩm thực màu ăn mòn cácbit, các mẫu đều sau nhiệt luyện
Hình 4.2 : Hiển vi điện tử, ảnh EDS ghi nhận sự xuất hiện các hạt nhỏ
màu đen trên nền là cácbit TiC của mẫu số 1 ( mẫu có 0,21% Ti )




15
4.1.2 Ảnh hưởng của titan đến thể tích cácbit cùng tinh của gang
trắng 13% crôm
Khi Ti tăng tăng từ 0,21% lên 1,02% , hàm lượng cácbit cùng tinh
giảm từ 15,4 % xuống 14,2% tức là giảm khoảng gần 8% về thể tích
cácbit cùng tinh, giảm nguy cơ tạo khuyết tật trong cácbit.
4.1.3 Ảnh hưởng của Titan đến độ cứng gang crôm
Ti được đưa vào gang crôm có tác dụng làm tăng độ cứng tế vi của
nền và độ cứng thô đại của mẫu. Titan đồng thời cải thiện độ cứng
nền theo hai phương thức: hòa tan vào austenit và cải thiện độ cứng
với tư cách là nguyên tử chất tan gây nên xô lệch mạng làm tăng độ
cứng cho dung môi. Phương thức thứ hai là tạo TiC phân bố trong
nền austenit góp phần tăng cứng cho nền. Độ cứng pha nền tăng từ
495Hv đến 570HV khi Ti tăng từ 0,21% đến 1,02%
4.1.4 Ảnh hưởng của Ti đến độ chịu mòn
Theo sự tăng lên của hàm lượng titan, khối lượng hao mòn của các
hợp kim giảm dần. Với một tổ chức pha nền có độ cứng cao, với các
hạt cácbit nhỏ mịn phân bố đồng đều, khi chịu lực ứng suất sẽ phân
bố đồng đều trên toàn bề mặt, khả năng chống biến dạng tốt hơn,
như vậy quá trình phá hủy sẽ trở nên khó khăn hơn và kết quả là khả

năng chịu mòn của hợp kim sẽ tăng lên.
4.1.5. Ảnh hưởng của Ti đến độ dai va đập của GTCr 13%
Độ dai va đập không chỉ phụ thuộc vào tổ chức nền mà còn phụ
thuộc nhiều vào thể tích cácbit, sự phân bố, hình thái, kích thước các
hạt cácbit. Hợp kim No.1(ứng với hàm lượng titan là 0,21%) có độ
dai va đập thấp, chỉ đạt 5,1J.cm
-2
ở mẫu đúc. Mẫu số 4 ( ứng với
thành phần titan là 1,02%) độ dai va đập tăng lên tăng khoảng 30%
so với mẫu số 1 và đạt 7J.cm
-2
ở mẫu đúc và đạt 8,1J.cm
-2
ở mẫu
nhiệt luyện.
4.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố RE đến tổ chức cùng tinh, cơ
tính của gang trắng crôm 13%
4.2.1. Sự kết tinh cùng tinh và sự phân bố của các nguyên tố đất
hiếm trong hệ gang 13% crôm
4.2.1.1. Sự kết tinh cùng tinh của gang trắng 13% Crôm
Trong quá trình kết tinh, cùng tinh tạo nên bởi các pha austenit –
cácbit có nhiệt độ nóng chảy thấp sẽ kết tinh sau và đi vào khu vực
giữa các nhánh cây austenit, vì thế với một mạng nhánh cây austenit


16
nhỏ mịn và liên tục thì các pha cùng tinh không có cách gì khác,
cũng trở nên nhỏ mịn và rời rạc. Như vậy có thể kết luận rằng hình
thái, kích thước của các cácbit cùng tinh liên quan đến sự kết tinh
austenit sơ cấp trong hệ gang trắng trước cùng tinh (hình 4.12).

Pha cácbit cùng tinh kết tinh theo kiểu xuyên tâm, tức là ban đầu
kết tinh trong tâm sau đó tỏa tròn ra ngoài, vì vậy cácbit gần tâm
cùng tinh là nhỏ mịn nhất, càng ra xa khu vực cùng tinh cácbit thô
dần (hình 4.15). Kích thước khối cùng tinh phản ánh độ mịn của
cácbit cùng tinh.
4.2.1.2 Sự phân bố của các nguyên tố RE trong gang crôm
Phổ phân tích EDS nền austenit nhánh cây của mẫu No.6 (có 0,1%
RE) và No.9(có 0,8% RE) cho thấy sự có mặt của các nguyên tố đất
hiếm như La, Ce và nguyên tố oxy. Có nhận xét là các nguyên tố đất
hiếm có mặt trong gang dưới dạng các oxyt đất hiếm (CeO
2
, La
2
O
3
,
Ce
2
O
3

).
4.2.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố đất hiếm đến tổ chức cùng
tinh, thành phần cùng tinh và cơ tính của các hợp kim nhóm 3
4.2.2.1 Ảnh hưởng của các nguyên tố đất hiếm tới tổ chức cùng tinh
của hợp kim nhóm 3
Khi hàm lượng đất hiếm tăng từ 0,1% lên đến 0,8% thì kích thước
của ô cùng tinh từ 55 µm giảm dần xuống còn 30 µm (hình 4.19)




Hình 4.15 Hiển vi quang học chỉ
ra cácbit M
7
C
3
trong vùng cùng
tinh, X1000

Ô cùng tinh
Nền ɣ


Hình 4.12. Ảnh hiển vi điện tử mô
tả sự kết tinh của GTCr : austenit sơ
cấp và cùng tinh M
7
C
3

17

4.2.2.2. Ảnh hưởng của RE đến độ chịu mòn hệ hợp kim nhóm 3
Theo chiều tăng dần của đất hiếm, độ chịu mòn của các hợp kim
tăng tương ứng. Cỡ hạt cácbit và sự phân bố của chúng ảnh hưởng
chính đến khả năng chịu mòn. Sự có mặt các hạt cácbit nhỏ, mịn, ít
liên tục cải thiện hành vi mòn trong điều kiện trượt khô vì trong quá
trình trựợt, một lớp mỏng trên bề mặt chịu ứng suất tiếp xúc cao bị
biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi. Với tổ chức cácbit nhỏ, ứng suất
có thể truyền lên nền mà không gây ra sư phá hủy lớn. Khi các hạt

Hình 4.21: Cácbit M
7
C
3
thô thay đổi khi tăng hàm lượng đất hiếm
(từ 0,1% đến 0,8%), X 1000, tẩm thực ăn mòn cácbit
Hình 4.19: Ảnh hiển vi quang học chụp bề mặt các mẫu nhóm 3 theo
chiều tăng của đất hiếm



18
cácbit lớn, mật độ tập trung cácbit lớn, ứng suất của quá trình sẽ tập
trung và sẽ gây ra phá hủy giòn.
4.2.2.3. Ảnh hưởng của RE đến độ dai va đập
Độ dai va đập cao là bằng chứng rõ nhất về hiệu quả của việc thêm
chất biến tính vào gang crôm. Độ dai va đập của các hợp kim nhóm
2 tăng lên từ 6 J.cm

-2
ở mẫu chứa 0,1% RE đến 7,8J.cm
-2
ở mẫu có
0,8% RE, tức là độ dai va đập đã tăng khoảng 30% ở mẫu có 0,8%
RE. Độ dai va đập cao khi sự lan truyền vết nứt bị hạn chế. Con
đường lan tuyền vết nứt là qua pha cácbit. Khi các cácbit có tính liên
tục cao thì vết nứt phát triển nhanh và gây ra phá hủy lớn. Các ô
cùng tinh có kích thước lớn cũng là nơi tập trung ứng suất khi chịu
va đập dẫn đến phá hủy nhanh. Khi có chất biến tính, các phần tử
các-bít phân bố rời rạc và kích thước các ô cùng tinh nhỏ, ứng suất
sẽ phân bố đồng đều và sự phá hủy sẽ khó khăn hơn.
Kết luận:
Ảnh hưởng của RE trực tiếp lên vùng cùng tinh như sau:
- Oxyt Ce
2
O
3
được tìm thấy trong các hợp kim nhóm 3 có tác dụng
làm tâm mầm kết tinh cho pha austenit: có nhiệt độ nóng chảy cao
(1965
0
C), sự không phù hợp thông số mạng của Ce
2
0
3
và nền
austenit theo hướng [1210]
Ce203
//[010]

ɣ-Fe
là 7,7% .
- Các nguyên tố có trong đất hiếm có điểm chảy thấp, khi đưa đất
hiếm vào gang lỏng chúng có tác dụng làm giảm nhiệt độ đường
lỏng và điều này sẽ giúp làm chậm sự phát triển các cácbit cùng tinh.
- Các nguyên tố đất hiếm có độ hòa tan rất thấp trong gang lỏng;
chúng phân tách các khu vực cùng tinh trong chất lỏng và ngăn cản
cácbit thứ nhất phát triển xung quanh khu vực cùng tinh.
- Các nguyên tố đất hiếm có hoạt tính bề mặt rất tốt, khi đưa vào
gang lỏng chúng ít hòa tan và khi các tinh thể M
7
C
3
kết tinh chúng
hấp phụ lên bề mặt các tinh thể M
7
C
3 ,
ngăn cản các tinh thể này phát
triển (khi hàm lượng RE tăng từ 0,1% đến 0,8% ở mẫu 8, kích thước
hạt cácbit M
7
C
3
thô giảm từ 17µm xuống dưới 10 µm (hình 4.21).
4.3. Ảnh hưởng của Ti và RE đến sự phân bố, hình thái, kích
thước cácbit của gang crôm.
4.3.1. Sự có mặt của Ti và đất hiếm trong các mẫu nhóm 3
Hình ảnh phân tích mapping đã ghi nhận sự phân bố không
gian của các nguyên tố Ti, Cr, Fe, C (hình 4.26).

19














Kết quả phân tích EDS tại các vị trí mặt phân cách cácbit/nền cho
thấy sự có mặt của các nguyên tố đất hiếm như La, Al, Oxy nên có
thể kết luận đất hiếm tồn tại trong nền gang crôm nhóm 3 ở dạng các
oxyt đất hiếm (LaAl0
3
, La
2
0
3
).
4.3.2. Ảnh hưởng của Ti và RE đến tổ chức hợp kim nhóm 3

LaAlO
3
có nhiệt độ nóng chảy cao (2110
0
C), có mối quan hệ tinh
thể với pha austenit sơ cấp như hình 4.29.
TiC có nhiệt độ nóng chảy cao (khoảng 3080
0
C) là pha kết tinh
trước pha cácbit trong vùng cùng tinh. Hệ số δ giữa (110)
TiC
và
(010)
M7C3
được xác định là δ= 9,27% (hình 4.31)
Theo sự tăng lên của hàm lượng Ti +RE tổ chức cácbit cùng tinh
thay đổi: kích thước ô cùng tinh giảm dần, phân bố rời rạc và nhỏ
mịn hơn (hình 4.32)

Hình 4.26: Hình ảnh phân tích mapping mẫu số No.11
Hình 4.29 : Mối quan hệ tinh thể của oxyt đất hiếm LaAlO
3
và

ɣ-Fe

20


















4.3.3. Ảnh hưởng của Ti và RE đến thể tích cácbit cùng tinh
Ti là nguyên tố tác dụng mạnh với C, tạo thành TiC.Việc tăng Ti
(theo khối lượng) tạo ra TiC làm lượng cácbon trong gang lỏng
giảm dần dẫn đến lượng cácbit cùng tinh M
7
C
3
cũng giảm.

Lượng titan tăng từ 0,23% đến 0,66%, thể tích cácbit cùng tinh
giảm từ 24,2%, xuống 22,8%,. Khi tăng tổng hàm lượng ( Ti và
RE), thể tích cacbit giảm xuống từ 25,2% đến 24%( với các mẫu qua
nhiệt luyện tương ứng).
4.3.4. Ảnh hưởng đồng thời Ti và RE đến độ cứng của các hợp
kim nhóm 3
Cùng với sự tăng lên của hàm lượng titan và đất hiếm, độ cứng thô
đại tăng và độ cứng tế vi nền cũng tăng. Độ cứng nền tăng từ 537HV
đến 580HV khi hàm lượng Ti và RE tăng từ 0,23%Ti +0,2% RE đến
0,66%Ti +0,6% RE.
4.3.5. Ảnh hưởng đồng thời của Ti và RE đến độ mài mòn
Hình 4.32 : Ảnh tổ chức tế vi của các 3 mẫu nhóm 3 ở trạng thái nhiệt
luyện theo sự tăng lên của titan và đất hiếm, X500

Hình 4.31 : (a):Hiển vi chỉ ra sự có mặt TiC trên M
7
C
3

(b): Sự tương xứng của 2 mặt tinh thể của (110)TiC và (010)M
7
C
3
[77 ]




21
Quá trình mòn liên quan đến sự bong tróc các hạt cácbit và nền.

Nếu các hạt cácbit có độ bền thấp khi chịu tác động mài mòn chúng
sẽ bị mòn nhanh và bong tróc. Pha nền là nơi giữ chặt các hạt cácbit.
Nếu pha nền kém bền nhiệm vụ giữ cácbit sẽ giảm xuống và quá
trình bong tróc, mòn sẽ diễn ra nhanh hơn. Khả năng chịu mòn tăng
dần từ mẫu 9 đến mẫu 11 theo chiều tăng của Ti và RE.
4.3.6. Ảnh hưởng của Ti và RE đến độ dai va đập
Độ dai va đập các mẫu từ số 9 đến mẫu thứ 11 là tăng tương ứng
với hàm lượng titan và đất hiếm. Mẫu 9 đúc độ dai va đập đạt
6,9J.cm
-2
, mẫu 11 đúc độ dai va đập đã tăng lên 8,3J.cm
-2
tức là tăng
lên khoảng 20%. Ở các mẫu nhiệt luyện độ dai va đập cũng tăng lên
và đạt 9,2J.cm
-2
ở mẫu số 11, hợp kim có tổ chức cùng tinh nhỏ mịn
và có khoảng cách đến nhau nhỏ. Cácbit nhỏ mịn, khoảng cách giữa
các cácbit nhỏ sẽ làm tăng bền do giảm tập trung ứng suất và làm
giảm tốc độ phát triển các vết nứt.

Chương 5: ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH NHIỆT LUYỆN
ĐẾN TỔ CHỨC, CƠ TÍNH CỦA HỆ GANG CRÔM 13%
5.1. Ảnh hưởng của nhiệt luyện tới tổ chức, cơ tính gang crôm

Nung nóng và giữ ở nhiệt độ tôi (1050
0
C), nhận được austenit
đồng nhất. Trong quá trình làm nguội, tùy thuộc vào thành phần hóa
học và tốc độ làm nguội mà austenit chuyển biến thành mactenxit
cộng một phần austenit dư. Tiến hành ram các nguyên tố như:
cácbon, crôm, sắt được giữ lại trong austenit ở trạng thái không ổn
định cao có xu thế tạo ra các cácbit hợp kim thứ cấp (cácbit crôm,
cácbit sắt) ở trạng thái ổn định. (hình 5.2)

Hình 5.2: Hiển vi quang học chụp bề mặt các mẫu sau nhiệt luyện


22
5.2 Ảnh hưởng của nhiệt luyện đến thể tích cácbit
Các mẫu sau nhiệt luyện đều có thể tích cácbit tăng. Nguyên nhân
của sự tăng lên về thể tích sau nhiệt luyện do có một lượng cácbit thứ
cấp nhỏ mịn được tiết ra từ pha nền sau nhiệt luyện. Các cácbit M
7
C
3

cùng tinh không bị thay đổi về cấu trúc, hình thái, số lượng và vị trí
trong suốt quá trình nhiệt luyện với gang trắng crôm cao với thành
phần crôm dưới 30% [46]. Vì vậy đối với gang crôm 13% sau nhiệt
luyện thì thể tích cácbit tăng chỉ do sự tiết ra cácbit thứ cấp mà thôi.
5.3 Ảnh hưởng của nhiệt luyện đến độ cứng
Sau nhiệt luyện phần lớn austenite trở thành mactenxit có độ cứng
cao hơn và trên nền xuất hiện một lượng nhỏ cácbit thứ cấp làm tăng

độ cứng cho gang.
5.4 Ảnh hưởng của nhiệt luyện đến khả năng chịu mòn
Các mẫu nhiệt luyện đều có khối lượng hao mòn thấp hơn các mẫu
không nhiệt luyện tương ứng. Điều này được giải thích sau nhiệt
luyện các hợp kim cho tổ chức mactenxit và cácbit thứ cấp nhỏ mịn
tăng độ cứng cho gang.
5.5 Ảnh hưởng của nhiệt luyện đến độ dai va đập
Độ dai va đập của các mẫu sau nhiệt luyện tăng tương ứng với các
mẫu đúc. Nguyên nhân là do cácbit thứ cấp tiết ra trong pha nền sau
nhiệt luyện đã tăng bền cho nền, dẫn đến giảm quá trình phá hủy.