Các Pha Và Tổ Chức Trong Hợp Kim Fe-C – Nền Tảng Cho Tính Chất Của Thép Và Gang

Hợp kim Fe-C có nhiều pha và tổ chức khác nhau, mỗi loại mang những đặc tính riêng biệt, quyết định đến tính chất cơ học và ứng dụng của thép và gang. Bài viết này sẽ đi sâu vào từng pha và tổ chức, phân tích ảnh hưởng của chúng đến tính chất của hợp kim Fe-C.

1. Xêmentit (Fe3C)

• Tính chất:
  • Rất cứng, giòn, chịu mài mòn tốt.
  • Làm giảm độ dẻo và độ dai của hợp kim.
• Vai trò:
  • Tăng độ cứng và độ bền của thép và gang.
  • Tạo ra các tổ chức chịu mài mòn cao.
• Ảnh hưởng:
  • Lượng xêmentit càng nhiều, độ cứng càng cao, độ dẻo càng thấp.
  • Hình dạng xêmentit (hạt hoặc tấm) ảnh hưởng đến độ bền và độ dai.

2. Ôstennit (γ)

• Tính chất:
  • Dẻo, dai, dễ biến dạng.
  • Không tồn tại ở nhiệt độ phòng trong thép carbon thông thường.
• Vai trò:
  • Quan trọng trong gia công áp lực nóng và nhiệt luyện.
  • Tạo điều kiện cho sự hình thành các pha khác khi nguội.
• Ảnh hưởng:
  • Kích thước hạt ôstennit ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm nhiệt luyện.
  • Sự phân hủy ôstennit tạo ra các tổ chức khác nhau, quyết định tính chất của thép.

3. Ferit (α)

• Tính chất:
  • Rất dẻo, mềm, độ bền thấp.
  • Có thể coi là sắt nguyên chất.
• Vai trò:
  • Tăng độ dẻo và độ dai của hợp kim.
  • Giảm độ cứng và độ bền.
• Ảnh hưởng:
  • Lượng ferit càng nhiều, độ dẻo càng cao, độ bền càng thấp.
  • Hình dạng ferit ảnh hưởng đến tính chất của thép.

4. Peclit (P)

• Tính chất:
  • Tính chất cơ học phụ thuộc vào lượng ferit và xêmentit, cũng như hình dạng xêmentit.
  • Độ bền và độ dẻo nằm giữa ferit và xêmentit.
• Vai trò:
  • Tổ chức phổ biến trong thép carbon.
  • Quyết định tính chất cơ học của thép.
• Ảnh hưởng:
  • Peclit tấm có độ bền cao hơn peclit hạt.
  • Kích thước hạt peclit ảnh hưởng đến độ bền và độ dai.

5. Lêđêburit (Lê)

• Tính chất:
  • Rất cứng, giòn, chịu mài mòn tốt.
  • Thường xuất hiện trong gang trắng.
• Vai trò:
  • Tăng độ cứng và độ chịu mài mòn của gang.
  • Làm giảm độ dẻo và độ dai.
• Ảnh hưởng:
  • Lượng lêđêburit càng nhiều, độ cứng càng cao, độ dẻo càng thấp.
  • Sự phân hủy lêđêburit ảnh hưởng đến tính chất của gang.

6. Graphit (C)

• Tính chất:
  • Mềm, giòn, dễ gia công.
  • Làm giảm độ bền và độ dai của gang.
• Vai trò:
  • Tạo ra gang xám, có tính đúc tốt và khả năng gia công cắt gọt cao.
  • Giảm hệ số ma sát trong các chi tiết máy.
• Ảnh hưởng:
  • Hình dạng graphit (tấm, cầu, cụm) ảnh hưởng đến tính chất của gang.
  • Lượng graphit càng nhiều, độ bền càng thấp, khả năng gia công càng cao.

7. Ảnh hưởng của các pha và tổ chức đến tính chất của thép

• Thép trước cùng tích (C < 0,8%):
  • Tổ chức: ferit + peclit.
  • Tính chất: độ dẻo cao, độ bền trung bình.
  • Ứng dụng: chế tạo chi tiết máy chịu tải trọng va đập, chi tiết dập vuốt.
• Thép cùng tích (C = 0,8%):
  • Tổ chức: peclit.
  • Tính chất: độ bền cao, độ dẻo trung bình.
  • Ứng dụng: chế tạo chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh, dao cắt.
• Thép sau cùng tích (C > 0,8%):
  • Tổ chức: peclit + xêmentit thứ hai.
  • Tính chất: độ cứng cao, độ bền cao, độ dẻo thấp.
  • Ứng dụng: chế tạo dụng cụ cắt gọt, chi tiết chịu mài mòn.

8. Ảnh hưởng của các pha và tổ chức đến tính chất của gang

• Gang trắng:
  • Tổ chức: lêđêburit + xêmentit.
  • Tính chất: rất cứng, giòn, khó gia công.
  • Ứng dụng: chế tạo vật liệu chịu mài mòn, phôi để luyện thép.
• Gang xám:
  • Tổ chức: ferit + peclit + graphit tấm.
  • Tính chất: tính đúc tốt, khả năng gia công cắt gọt cao, độ bền và độ dai thấp.
  • Ứng dụng: chế tạo vỏ động cơ, chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh.
• Gang cầu:
  • Tổ chức: ferit + peclit + graphit cầu.
  • Tính chất: độ bền và độ dai cao hơn gang xám, tính đúc tốt.
  • Ứng dụng: chế tạo chi tiết máy chịu tải trọng va đập, trục khuỷu.
• Gang dẻo:
  • Tổ chức: ferit + peclit + graphit cụm.
  • Tính chất: độ dẻo và độ dai cao, khả năng gia công cắt gọt tốt.
  • Ứng dụng: chế tạo chi tiết máy chịu tải trọng va đập, chi tiết có hình dạng phức tạp.

9. Ảnh hưởng của nhiệt luyện

• Nhiệt luyện ủ:
  • Làm giảm độ cứng, tăng độ dẻo, cải thiện khả năng gia công.
  • Tạo ra tổ chức cân bằng, giảm ứng suất dư.
• Nhiệt luyện thường hóa:
  • Làm mịn tổ chức, tăng độ bền và độ dai.
  • Loại bỏ ứng suất dư, cải thiện tính chất cơ học.
• Nhiệt luyện tôi:
  • Làm tăng độ cứng và độ bền, giảm độ dẻo.
  • Tạo ra mactenxit, tổ chức rất cứng và giòn.
• Nhiệt luyện ram:
  • Làm giảm độ giòn của mactenxit, tăng độ dai.
  • Cải thiện tính chất cơ học của thép sau khi tôi.

Kết luận

Các pha và tổ chức trong hợp kim Fe-C quyết định đến tính chất cơ học và ứng dụng của thép và gang. Hiểu rõ ảnh hưởng của chúng giúp lựa chọn vật liệu và thiết kế quy trình công nghệ phù hợp.