ẢNH HƯỞNG CỦA NGUYÊN TỐ HỢP KIM ĐẾN TỔ CHỨC VÀ TÍNH CHẤT CỦA THÉP HADFIELD

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KHOA HỌC & KỸ THUẬT VẬT LIỆU

-------BÁO CÁO TỐT NGHIỆP

Đề Tài :
ẢNH HƯỞNG CỦA NGUYÊN TỐ HỢP KIM ĐẾN
TỔ CHỨC VÀ TÍNH CHẤT CỦA THÉP HADFIELD
Giáo viên hương dẫn : TS. PHẠM MAI KHÁNH
Sinh viên thực hiện : Hoàng Mạnh Linh
Phạm Thanh Long
Hồ Văn Ngọc
Lớp
: CN Đúc – K52


Bố cục luận án
• 1• Tổng quan

• 5 • 2• Cơ sở lý thuyết
• phần
• 3• Thực nghiệm và khảo
• chính
sát
• 4 • Kết quả thực
nghiệm
• 5 • Kết luận kiến
nghị

I.Tổng quan về thép Mn cao
Là loại thép có hàm lượng
Mn cao. Điển hình là thép
Hadfield có thành phần hóa
học là:

Mn = 10-14%
C
= 1,0-1,4%
Tỷ lệ C/Mn = 1:10


Đây là loại thép có tính chống mài mòn
đặc biệt cao khi làm việc dưới tải trọng
va đập (dưới tác dụng của ứng suất
pháp), dưới tác dụng của ứng suất tiếp
(như phun cát) lại bị mài mòn khá nhanh
như các loại thép khác.
Thép có tổ chức Austenite, chứa cacbon
và mangan cao. Dưới tải trọng va đập
Austenite ở bề mặt, nơi chịu va đập sẽ
chuyển biến thành Martensite có độ
cứng cao, trong khi đó lõi vẫn giữ
nguyên tổ chức Austenite dẻo dai.


Nguyên nhân: Là do có sự chuyển biến
của Austenite
Austenite

Martensite


Công dụng của thép Hadfield

Búa đập

Răng gầu xúc


II.Cơ sở lý thuyết
1. Ảnh hưởng của hàm lượng
nguyên tố Mn, Cr, Ti và đất hiếm.
2. Chuyển biến Austenit trong quá
trình hóa biến dạng.
3. Ảnh hưởng của chế độ nhiệt luyện
đến chuyển biến Austenite


Ảnh hưởng của nguyên tố Mn
 Mn là nguyên tố mở rộng vùng ổn
định Austenit.
 Hợp kim hóa thép để tạo ra pha cacbit
tăng độ cứng cho thép như loại cacbit
Mn3C, Mn3C2 và (Fe,Mn)23C6…
 Do đó, sau khi đúc thép Hadfield ta sẽ
thu được tổ chức Austenit.


Ảnh hưởng của nguyên tố Cr

Tính chống oxy, tính chịu nhiệt, tính chống
gỉ cho thép
Là nguyên tố tạo Cacbit mạnh Cr26C6,
Cr7C3… khi ram cacbit crom nhỏ mịn tiết
ra có tác dụng hóa bền tiết pha và tăng tính
chống mài mòn tốt.
Cr tăng đáng kể độ thấm tôi, độ cứng của
thép sau khi nhiệt luyện, hòa tan vào ferit
và hóa bền nó, nhưng lại ít ảnh hưởng đến
độ dẻo.


Ảnh hưởng của đất hiếm và Ti


- Austenit (có thể ký hiệu bằng γ, A, Feγ(C))
Là dung dịch rắn của C trong Feγ với mạng lập
phương tâm mặt A1
- Martensite là dung dịch rắn xen kẽ quá bão
hòa của cacbon trong Feα có nồng độ cacbon
bằng nồng của Austenit ban đầu.

Cấu trúc của Martensite
a) Mô hình khối cơ sở b) Ảnh tổ chức tế vi


Chuyển biến Austenit (FCC) thành
Martensite (BCC)
Đối với thép Hadfield, trong quá trình làm
việc dưới tải trọng cao (dưới ứng suất

pháp) nó sẽ xảy ra sự chuyển biến trong tổ
chức từ Austenit sang Martensite theo cơ
chế trượt (hiện tượng hóa bền cơ học).


Ảnh hưởng của quá trình
nhiệt luyện


III.Thực nghiệm & Khảo sát
Mục đích thí nghiệm

1. Khảo sát sự ảnh hưởng của
- Hàm lượng Mn
- Hàm lượng Cr
- Chất biến tính( Đất hiếm và Titan)
đến tổ chức và tính chất của thép Hadfield
2. Khảo sát sự ảnh hưởng của tải trọng va
đập đến quá trình hóa bền biến dạng của các
loại thép Hadfield


3. Khảo sát ảnh hưởng của các chế độ
nhiệt luyện đến sự chuyển biến
Austenit trong thép Mn cao
4. Bước đầu kháo sát sự biến đổi cấu
trúc mạng nhằm xác định quá trinh
chuyển biến Austenit trong thép Mn
cao

Phần thực nhiệm thư nhất
• Nấu luyện 5 mẻ thép với hàm lượng Mn =
13%, 16%, 18%, mẻ liệu 13% có biến tính
bằng đất hiếm với lượng 0,1% và biến tính
bằng Ti với lượng 0,1%. Đúc mẫu hình trụ
có tiết diện 3,8cm

• Mục đích : Xét cơ tính của thép Hadfield
thay đổi như thế nào khi gia tăng hàm
lượng Mn và thay đổi lượng Cr để đánh
giá về tổ chức của thép cũng như các
tính chất khác.


Phần thực nhiệm thứ hai
Mẫu sau khi đúc ta đem cắt, đưa đi phân
tích thành phần hóa học và nhiệt luyện với
2 chế độ khác nhau, mài, đánh bong để
chụp ảnh tố chức tế vi và đo độ cứng.
Nghiên cứu thép sau khi nấu có đạt được
thành phần và tính chất như mong muốn
không. So sánh chất lương của 3 mác thép
có hàm lượng Mn khác nhau, 2 mác thép
hàm lương Mn = 13% có và không biến
tính, 2 mác thép có chứa thành phần Cr
khác nhau.


Phần thực nhiệm thứ ba

Tiến hành va đập các mẫu dưới cùng 1 tải
trọng va đập với hơn 1000 lần bằng máy
dằn khuôn.
Mục đích : để xác định sự thay đổi về cơ
tính và tổ chức tế vi của mẫu sau khi va
đập so với mẫu trước khi va đập.


Qui trình thực nghiệm
Mẫu thí nghiệm
b1

Phân tích thành phần hóa học
b2

Mẫu sau nhiệt luyện
b4

Đo độ cứng
b5

Mài mẫu và tẩm thực
b6

Quan sát tổ chức tế vi

b3

Mẫu sau
va đập

Bước 1
2cm

3,8cm

a. Mẫu chuẩn bị
b. Máy astm e415-2005
Xác định thành phần hóa học sử dụng phương
pháp phổ phát xạ nguyên tử ASTM E415-2005 với
thiết bị đo thành phần sử dụng máy quang phổ phát
xạ nguyên tử ARL 3460 OES


Bước 2
Mẫu được đem đi nhiệt luyện theo2 chế độ
Chế độ 1(chế độ thông thường):
T(0C)
1050
Làm
nguội
trong
nước

3

5

t(h)

Chế độ 2:
1200

1000

800

600

400

200

0
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Nâng lên 900oC, giữ nhiệt 50 phút làm nguội trong
lò xuống 630oC trong 40 phút . Sau đó làm nguội
bằng không khí rồi tiếp tục nâng lên 1090oC, giữ
nhiệt 50 phút rồi làm nguội bằng nước.


Bước 3
Tiến hành va đập
mẫu dưới các tải
trọng khác nhau với
số lần đập là: hơn
1000 lần bằng máy
dằn khuôn.

Máy dằn khuôn và quả tải


Bước 4
Đo độ cứng tại xưởng thí
nghiệm Bộ Môn Xử Lý
Nhiệt & Bề Mặt. Độ
cứng được đo bằng

phương pháp Rôcven
thang B và chuyển sang
thang Vikers. Mỗi mẫu
được đo tối thiểu tại 3
điểm và lấy giá trị trung
bình cho mỗi mẫu.