Chương 6: THÉP HỢP KIM

Thép hợp kim là loại thép mà người ta cố ý cho vào thép các nguyên tố có lợi vớimột hàm lượng nhất định để làm thay đổi tổ chức và tính chất của thép cho phù hợp vớiyêu cầu sử dụng. Các nguyên tố đặc biệt đó được gọi là các nguyên tố hợp kim. Cácnguyên tố hợp kim thường gặp trong thép là crôm, vônfram, titan, molipđen, vanadi,mangan, silíc , nikel, bo, đồng….
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 6: THÉP HỢP KIM Chương 6 THÉP HỢP KIM 6.1 Tổng quan. Thép hợp kim là loại thép mà người ta cố ý cho vào thép các nguyên tố có lợi vớimột hàm lượng nhất định để làm thay đổi tổ chức và tính chất của thép cho phù hợp vớiyêu cầu sử dụng. Các nguyên tố đặc biệt đó được gọi là các nguyên tố hợp kim. Cácnguyên tố hợp kim thường gặp trong thép là crôm, vônfram, titan, molipđen, vanadi,mangan, silíc , nikel, bo, đồng…. Lưu ý rằng khi hàm lượng của các nguyên tố này thấp hơn một giới hạn nhất địnhnào đó chúng được coi là tạp chất. Ranh giới để phân biệt một nguyên tố là tạp chất haylà nguyên tố hợp kim rất khác nhau theo từng loại nguyên tố. Thí dụ: Mn: 0,8 ÷ 1,0 % Si: 0,5 ÷ 0,8 % Cr: 0,2 ÷ 0,8 % Ni: 0,2 ÷ 0,6 % W: 0,1 ÷ 0,5 % Mo: 0,05 ÷ 0,2 % Ti: 0,1 % Cu: 0,1 % B: 0,002 % Thép hợp kim là loại có chất lượng từ tốt trở lên nên chứa rất ít tạp chất có hại. 6.2 Đặc tính của thép hợp kim Về cơ tính. − Tính thấm tôi cao hơn thép cácbon. − Khi tăng mức độ hợp kim hóa làm tăng độ cứng, độ bền nhưng thường làm giảm độ dẻo, độ dai. − Nhìn chung tính công nghệ thấp hơn thép các bon. Về tính chịu nhiệt (tính cứng nóng và tính bền nóng). Thép cácbon mặc dù có độ cứng cao sau khi tôi, nhưng độ cứng này không giữ đượckhi làm việc ở nhiệt độ cao hơn 2000C do tổ chức máctenxít bị phân hủy và xementít kếttụ. Do các nguyên tố hợp kim cản trở khả năng khuyếch tán của cácbon, làm máctenxítphân hóa và cácbit kết tụ ở nhiệt độ cao nên thép hợp kim có thể giữ được độ cứng caocủa trạng thái tôi và tính chống dão tới 6000C và tính chống ôxy hóa tới 800 – 1.0000C. Về các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt: 91 − Không gỉ, chống ăn mòn trong axít, bazơ, muối. − Từ tính đặc biệt hoặc không có từ tính. − Giản nở nhiệt đặc biệt…. 6.3 Tác dụng của các nguyên tố hợp kim. 6.3.1 Sự hòa tan của các nguyên tố hợp kim vào sắt. Phần lớn các nguyên tố hợp kim, điển hình thường gặp là Mn, Si, Cr, Ni hoà tan vàosắt tạo thành dung dịch rắn. Các nguyên tố hợp kim khi hòa tan vào thép làm tăng tính thấm tôi của thép do đóchúng có tác dụng hóa bền tốt khi nhiệt luyện. Mangan và silíc là hai nguyên tố làm tăng rất mạnh độ cứng và độ bền nhưng rấttiếc chúng lại làm giảm mạnh độ dẻo và độ dai của ferít nên trong thực tế thép hợp kimthông thường chỉ chứa mangan và silíc trong giới hạn từ 1 đến 2%. Nikel và crôm có mứcđộ hóa bền vừa phải nhưng không làm giảm mạnh độ dẻo và độ dai, nên được sử dụngrất nhiều trong loại thép hợp kim. 6.3.2 Sự tạo thành các pha cácbít hợp kim. Các nguyên tố hợp kim có ái lực mạnh với cácbon dễ tạo thành các pha cácbit trongthép. Các nguyên tố như Mn, Cr, W, Mo, V, Zr, Ti, Nb có khả năng tạo pha cácbit, nhữngpha này gọi là pha xementit hợp kim. Các pha cácbit làm tăng mạnh độ cứng, tính chống mài mòn của thép. Khi tôi chúngtạo nên tổ chức hạt nhỏ mịn làm cơ tính và độ dai của thép tốt hơn. Khi ram các pha nàytiết ra khỏi xementit và kết tụ lại ở nhiệt độ cao do đó làm cho thép có tính bền nóng cao. 6.3.3 Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến quá trình nhiệt luyện. Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến chuyển biến khi nung. Các nguyên tố hợp kim (trừ mangan) đều tạo nên những cácbit hợp kim bền vững vàổn định hơn so với xementít nên đều khó hòa tan vào austenít hơn so với xementít. Vì thếmuốn hòa tan chúng cần nhiệt độ cao hơn và thời gian dài hơn. Các nguyên tố tạo cácbitcàng mạnh càng khó hòa tan vào austenít. Cụ thể, cácbit titan (TiC) và cácbit vanadi (VC)rất khó hòa tan, còn những cácbit khác khó hòa tan hơn so với xementít hợp kim vàxementít hơp kim lại khó hòa tan hơn xementít thường. Ngoài ra, do tốc độ khuyếch tán của các nguyên tố hợp kim thấp hơn rất nhiều sovới cácbon cho nên để đạt được sự đồng đều thành phần của austenít hợp kim cũng khókhăn hơn so với quá trình đạt sự đồng đều của thành phần austenít thông thường trongthép cácbon. Chính vì thế mà muốn làm đồng đều thành phần hóa học của austenít hợpkim cần phải giữ nhiệt lâu hơn. Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến sự phân hóa đẳng nhiệt củaaustenít. 92 Trừ côban (Co), các nguyên tố hợp kim khi hòa tan vào austenít đều làm chậm tốc độphân hóa đẳng nhiệt của austenít với mức độ khác nhau. Nói cách khác chúng đều làm dịchchuyển đường cong chữ “C” sang phải. Có những nguyên tố chỉ làm dịch chuyển đường cong chữ “C” sang phải chứ khônglàm thay đổi hình dạng của đường cong so với thép cácbon. Đó là các nguyên tạo cácbitnh ...