Giáo Trình Vật Liệu Kim Loại (BKHN) CHương 4,5,6 Nhiệt luyện

Chương 4: NHIỆT LUYỆN THÉP
4.1 Khái niệm về nhiệt luyện thép
Ø Nhiệt luyện là gì à là công nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến
nhiệt độ xác định, giữ nhiệt và làm nguội với tốc
độ thích hợp
Ø Mục đích: à làm biến đổi tổ chức à biến đổi cơ tính của vật liệu
theo hướng mong muốn của con người
Ø Đặc điểm của nhiệt luyện:
- Không làm thay đổi hình hoặc thay đổi không đáng kể dạng kích
thước chi tiết
- Chi tiết vẫn ở trạng thái rắn
- Chi tiết sau nhiệt luyện phải được đánh giá qua tổ chức tế vi và cơ
tính


4.1 Khái niệm về nhiệt luyện thép
Nhiệt độ (toC)

4.1.1 Các yếu tố đặc trưng
Sơ đồ quy trình nhiệt luyện đơn giản nhất

ton

tgn

Vng

Thời gian (t)
§ Nhiệt độ nung nóng
(t0n) à nhiệt độ cao nhất mà quá trình cần đạt đến

§ Thời gian giữ nhiệt (tgn)
à thời gian ngưng ở nhiệt độ nung nóng
§ Tốc độ nguội (Vng)
à tốc độ làm nguội chi tiết sau khi giữ nhiệt


4.1 Khái niệm về nhiệt luyện thép

4.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá kết quả nhiệt luyện
1. Tổ chức tế vi
- cấu tạo pha, kích thước hạt, chiều sâu
lớp hoá bền…..
Ảnh tổ chức của thép với sự phân
tán xêmentit trên nền ferit
2. Độ cứng

à biết giá trị độ cứng à ước lượng các
chỉ tiêu cơ tính khác: độ dẻo, độ dai, độ
bền
3. Độ cong vênh, biến dạng chi tiết

F
Xê


4.2. Phân loại nhiệt luyện thép
1. Nhiệt luyện sơ bộ
Chủ yếu đáp ứng cơ tính cho gia công chi tiết: cắt gọt (cần mềm)
hoặc GCAL ( cần dẻo)
Gồm: Các loại ủ, thường hóa…

2. Nhiệt luyện kết thúc
Chủ yếu đáp ứng cơ tính làm việc của chi tiết: VD cần độ cứng
cao, chịu mài mòn hay chịu va đập….
Gồm: Tôi + ram…


4.2. Phân loại nhiệt luyện thép
3. Hoá - Nhiệt luyện:

à dựa vào nhiệt độ để làm biến đổi thành phần hoá học
vùng bề mặt chi tiết à nhiệt luyện để đạt được cơ tính
như mong muốn
- thấm đơn nguyên tố: thấm C, N, Cr……
- thấm đa nguyên tố: thấm C-N,…
4. Cơ - Nhiệt luyện:

à dựa vào sự biến đổi nhiệt độ + kết hợp biến dạng
dẻo à biến đổi tổ chức


4.3. Các chuyển biến xảy ra khi nung nóng
4.3.1. Chuyển biến xảy ra khi nung nóng - sự tạo thành As
1. Cơ sở:

dựa trên giản đồ pha Fe-Fe3C

Nung chậm ®Chuyển biến cơ bản: P à
Austenit
VD: Thép ct : T³A1 P ® Austennit » Feg(C)0,8%C

Thép tct: T³A3® P+F ® Austennit
Thép sct: T³Am ® P+XeII® Austennit
Nhận xét:
- Mọi loại thép sau khi nung lên trên đường GSE (GDP Fe-Fe3C)
à một pha duy nhất Austennit
- Các mác thép khác nhau sẽ nhận được các tổ chức As khác
nhau với %C như trong mác thép ban đầu


4.3. Các chuyển biến xảy ra khi nung nóng
4.3.1. Chuyển biến xảy ra khi nung nóng - sự tạo thành As
2. Đặc điểm của chuyển biến P à Austenit
Vấn đề quan tâm: nhiệt độ và kích thước hạt Austenit
* Nhiệt độ chuyển biến: Thực tế nung nhanh (so với GĐP)
T0 chuyển biến ® phụ thuộc vào tốc độ nung
Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt khi nung

à Vn nung càng nhanh thì nhiệt độ chuyển biến càng cao và thời
gian chuyển biến càng ngắn
V2>V1

t2
T2>T1

à thực tế: phải quá T
tới hạn từ 20-300C
Cao hơn: đến hàng
trăm độ

Nhiệt độ (0C)

Bắt đầu chuyển biến P à g

V2
V1
Kết thúc chuyển biến P à g

720
Thời gian (phút)


4.3. Các chuyển biến xảy ra khi nung nóng
4.3.1. Chuyển biến xảy ra khi nung nóng - sự tạo thành As
3. Kích thước hạt Austenit:
Đặc điểm cơ chế của chuyển biến P à Austenit:
Chuyển pha ở trạng thái rắn theo cơ chế:

- Tạo mầm (mầm được tạo trên biên giới pha giữa F và Xe)
- Phát triển mầm ( giống quá trình kết tinh)

A
Hạt P ban đầu

A mới hình thành

Kích thước hạt A phụ thuộc: Ban đầu hạt nhỏ (do biên giới F và
Xe nhiều (tận dụng yếu tố này)
Sản phẩm chuyển biến từ hạt nhỏ sẽ có hạt nhỏ ® cơ tính cao

4.4. Các chuyển biến xảy ra khi giữ nhiệt
- Làm đồng đều nhiệt độ trên toàn tiết diện
- Đủ thời gian để hoàn thành các chuyển biến xảy ra khi
nung nóng
- Làm đồng đều thành phần hoá học trên toàn bộ Austenit
Như vậy cần:
- Chọn T đúng; thời gian giữ nhiệt đủ à hạt nhỏ
Giải thích:
T càng cao; hoặc thời gian giữ nhiệt càng dài à hạt ?


4.5. Các chuyển biến xảy ra khi nguội chậm Austenit
4.5.1. Giản đồ TTT của thép cùng tích (0,8%C)

Trôtit
Bainit

Peclit
Xoocbit
Trôxtit

Bainit
Austenit quá
nguội
Ms (~ 2200C)

Mactenxit (M) + Austenit (g) dư
Mf (~ -500C)

Thời gian

Nhiệt độ (0F)

Xoocbit

Nhiệt độ cùng tích

Nhiệt độ (0C)

Peclit

Chiều tăng độ cứng và
mức độ nhỏ mịn của Xe

- Chuyển biến đẳng nhiệt


4.5. Các chuyển biến xảy ra khi nguội chậm Austenit
4.5.1. Giản đồ TTT của thép cùng tích (0,8%C)

Ø P (7000C): 10-15HRC (180-200HB)
Xe tấm thô
Ø X (6500C): 25-35HRC; Xe nhỏ mịn hơn
Ø T (500-6000C): 40-45HRC; Xe nhỏ mịn hơn nữa
Ø B ( 250-4500C): 50-55HRC
F 0,1%C; Xe có công thức chưa hẳn Fe3C


4.5. Các chuyển biến xảy ra khi nguội chậm Austenit

4.5.2. Sự phân hoá As khi làm nguội chậm liên tục
Ø Thực tế thường ngu
ội liên tục

V1 à P
V2 à V
V3 à T + M
V4 à M
Vth à M

V2

Trôxtit

Bainit
Austenit quá
nguội
Ms (~ 2200C)

V4

Vth

V3

Mactenxit (M) + Austenit (g) dư
Mf (~ -500C)

Thời gian

Nhiệt độ (0F)

V1
Peclit

V1 Xoocbit

Nhiệt độ (0C)

Ø Các véctơ nguội
(liên tục):

Nhiệt độ cùng tích


4.5. Các chuyển biến xảy ra khi nguội chậm Austenit
4.5.2. Sự phân hoá As khi làm nguội chậm liên tục
Xác định thành phần tổ chức cuối cùng của
các trường hợp sau:

Tổ chức của
b là:

Peclit
Xoocbit

Nhiệt độ (0C)

Tổ chức của

a là:

Trôxtit

Bainit
Austenit quá
nguội
Ms (~ 2200C)

(b)

(a)

Mactenxit (M) + Austenit (g) dư
Mf (~ -500C)
Thời gian

Nhiệt độ (0F)

Nhiệt độ cùng tích


4.5. Các chuyển biến xảy ra khi nguội chậm Austenit
4.5.2. Sự phân hoá As khi làm nguội chậm liên tục
Ø Đặc điểm của sự phân hoá As khi làm nguội liên
tục
* Tổ chức nhận được hoàn toàn phụ thuộc vào véctơ
nguội trên giản đồ TTT
* Chi tiết có tiết diện lớn: tổ chức sẽ không đồng nhất
trên tiết diện do bên ngoài nguội nhanh, bên trong nguội

chậm hơn
* Chỉ nhận được tổ chức hoàn toàn Bainit bằng cách
nguội đẳng nhiệt
Chú ý:
Các điều kiện trên chỉ đúng với thép Cacbon


4.5. Các chuyển biến xảy ra khi nguội chậm Austenit
4.5.3. Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt của Austenit
quá nguội (thép khác cùng tích)
Đặc điểm:
phụ, chữ “C” có xu hướng
dịch sang trái ® tính ổn
định của As quá nguội
giảm

Vùng g ổn định
Nhiệt độ (0C)

- Xuất hiện thêm nhánh

(A3, Acm)

A1
Vùng chuyển biến g
Vùng chuyển biến g

- Khi làm nguội đẳng nhiệt
với độ quá nguội nhỏ (hay
nguội chậm liên tục) à sẽ

tiết ra ra F (hoặc Xe) khi gặp
nhánh phụ.
Thời gian


4.5. Các chuyển biến xảy ra khi nguội chậm Austenit
4.5.4. Các công nghệ nhiệt luyện sơ bộ
Ø Nguội chậm (đẳng nhiệt hay liên tục) ® hệ cân bằng
(hoặc gần cân bằng) ® năng lư�® GP lớn lên ( r=10n.m)®g’’( có σ max) ® sau đó
thành pha g’(σ giảm đi)
ở T0 thường quá trình dừng ở giai đoạn này ( 5-7 ngày) và
duy trì mãi
+ GĐ 3: T0 >50-1000, g’ ®g ( CuAl2): trạng thái cân bằng,
kích thước lớn ®mềm
171


6.1. Hợp kim nhôm:
6.1.2. Hợp kim nhôm biến dạng :
(a) HK Al-4%Cu: làm nguội
chậm sau nung từ T 5500C
®khoảng cách pha hóa
bền lớn

(b) HK Al-4%Cu: làm
nguội nhanh từ T
5500C(tôi)® hóa già
khoảng cách pha hóa bền
nhỏ và xít chặt
172

6.1. Hợp kim nhôm:
6.1.2. Hợp kim nhôm biến dạng :

GP2 (6h, 1800C)

g’ (2h, 2000C)

g (CuAl2) – (45min, 4500C)

• Vùng4%→GP1→GP2→ g’→g(CuAl2)
σmax→quágià

hóagià

173


6.1. Hợp kim nhôm:
6.1.2. Hợp kim nhôm biến dạng :

® Pha CuAl2 là pha hoá bền
®NL hoá bền là Tôi + hoá già :
☻ hoá già tự nhiên 5-7 ngày
☻hoá già nhân tạo T= 100-2000C, t»
hàng chục giờ

174

6.1. Hợp kim nhôm:
6.1.3. Hợp kim Dura:
® sử dụng rộng rãi nhất
a. Thành phần hoá học: Al- 4% Cu- 1%Mg
• Cu, Mg ® nâng cao hiệu quả hoá bền bằng NL+Hoá già
• Ngoài ra có Fe,Si và Mn(tăng tính chống ăn mòn)
b. Tổ chức tế vi:
- có các pha CuAl2; Mg2Al3; CuMgAl2; CuMg5Al5 ® hoà
tan có hạn vao ddrắn khi tôi ® tiết ra khi hoá già® hoá
bền
c. Các mác HK nhôm :
AlCu 4,5Mg0,5MnSi; AlCu4,5Mg1,5Mn0,5
® độ bền cao ( 420-470MPa), khối lượng riêng nhỏ®vật
liệu máy bay
175


6.1. Hợp kim nhôm:
6.1.3. Hợp kim Dura:
HệAl- Mg- Si: pha hóa bền Mg2Si,độ bền kém đura (sb =
400MPa),nhưngtính dẻo cao hơn kểcảởtrạng thái nguội, tính
hàn cao.

176


6.1. Hợp kim nhôm:
6.1.4. Hợp kim nhôm đúc:
® HK trên cơ sở Al-Si® Silumin

1. Silumin đơn giản : Chỉ gồm Al-Si; 10-13% Si
• Tổ chức : cùng tinh Al-Si®tính đúc tốt
•Biến tính để nhận được Cùng tinh nhỏ mịn
0,05-0,08% (2/3NaF+1/3NaCl) → ↑cơ tính (σb = 130MPa, δ
= 3%) lên σb = 180MPa, δ= 8%, nhưng vẫn còn thấp so
vớiyêu cầu sử dụng.

Chưa
biến
tính

Sau
biến
tính

177


6.1. Hợp kim nhôm:
6.1.4. Hợp kim nhôm đúc:

2.Siluminphứctạp:
• Tínhđúctốt
• CóthêmCu,Mg® NLhoábền(tôi+hoágià)
•Thànhphần:(thayđổi):4-30%Si;<1%Mg;1-7%Cu
• Cơtínhnângcaobằngbiếntính,đúcáplựcvà
tôi+hoágià
• Mácnhômđiểnhình:AlSi12CuMg1Mn0,6Ni1Đ
® chếtạoPistoncủađộngcơđốttrong

178


6.1. Hợp kim nhôm:
6.1.4. Hợp kim nhôm đúc:

179


6.2. Hợp kim đồng:
6.2.1. Đồng nguyên chất :
1.Đặc tính:
- kiểu mạng lptm
- khối lượng riêng lớn
( 8,94 g/cm3)
- đắt
- dẫn điện và nhiệt cao
- T0 chảy = 1083
- dễ cán, kéo
- σb= 160 MPa ; sau BD : σb= 450 MPa
180