Nghiên cứu ứng xử cơ học của thép chuyển pha do biến dạng dẻo họ MnSi dưới điều kiện xử lý cơ - nhiệt

Từ kết quả khảo sát cơ tính đã thiết lập hàm quan hệ giữa các chỉ tiêu độ bền và độ dẻo với các thông số công nghệ khảo sát. Ngoài ra, tính chất cơ học của thép qua tôi và ram ở các nhiệt độ khác nhau cũng được khảo sát nhằm xây dựng cơ sở cho ứng dụng thiết kế các sản phẩm cần độ bền cao khi sử dụng, tính dẻo cao để dập tạo hình.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ứng xử cơ học của thép chuyển pha do biến dạng dẻo họ MnSi dưới điều kiện xử lý cơ - nhiệtCơ học & Điều khiển thiết bị bay NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CƠ HỌC CỦA THÉP CHUYỂN PHA DO BIẾN DẠNG DẺO HỌ MnSi DƯỚI ĐIỀU KIỆN XỬ LÝ CƠ - NHIỆT Đinh Văn Hiến1*, Đinh Bá Trụ2, Nguyễn Văn Chúc1 Tóm tắt: Thép 0,22% C-1,4% Mn-1,6% Si được nấu và tinh luyện trong lò cảm ứng trung tần từ sắt xốp, được rèn-cán nóng và cán nguội với mức độ biến dạng 80%, sau đó, được xử lý nhiệt hai giai đoạn: 1- nung qua vùng hai pha (Ferit + Austenit) ở 7800C với các thời gian giữ nhiệt 5-10-15 phút; 2- tôi đẳng nhiệt trong vùng chuyển biến Bainit ở các nhiệt độ 350-400-4500C với các thời gian giữ nhiệt 5-10-15 phút. Kết quả, sau xử lý cơ-nhiệt nhận được thép có tổ chức đa pha gồm: Bainit và Austenit dư phân tán trong nền Ferit đa cạnh, nhờ đó, thép có độ bền và tính dẻo tốt. Từ kết quả khảo sát cơ tính đã thiết lập hàm quan hệ giữa các chỉ tiêu độ bền và độ dẻo với các thông số công nghệ khảo sát. Ngoài ra, tính chất cơ học của thép qua tôi và ram ở các nhiệt độ khác nhau cũng được khảo sát nhằm xây dựng cơ sở cho ứng dụng thiết kế các sản phẩm cần độ bền cao khi sử dụng, tính dẻo cao để dập tạo hình.Từ khóa: Công nghệ cơ - nhiệt; Thép đa pha, Thép chuyển pha do biến dạng dẻo, Ausenit dư. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Nhiều sản phẩm trong dân dụng và quốc phòng ngày càng đòi hỏi các vật liệucó độ bền cao hơn, tính dẻo tốt hơn, cho ví dụ, một số chi tiết tấm vỏ trong tên lửacần thép có độ bền cao để chịu tải trọng nặng theo điều kiện làm việc, song cũngcần có độ dẻo cao để có thể dập vuốt sâu, miết mỏng khi chế tạo; các chi tiết tấmvỏ xe du lịch, xe quân sự cần độ bền cao, khả năng hấp thụ năng lượng lớn khi vachạm để nâng cao độ an toàn, đồng thời lại cần có độ dẻo đủ để dễ gia công biếndạng thành hình; các chi tiết kết cấu như bánh răng máy kéo, …, lại cần có độ dẻothích hợp để dễ dập nguội, tiết kiệm vật liệu, từ đó, giảm giá, đồng thời cần khảnăng biến cứng nguội gia công lớn cho độ bền cao để chịu tải, … Gần đây, một nhóm thép nhận được sự quan tâm đáng kể của các nhà khoahọc, các hãng sản xuất xe ô tô là thép TRIP (Transformation Induced PlasticitySteels) – thép có chuyển pha do biến dạng dẻo bởi có độ bền cao hơn, tính dẻo tốthơn so với thép hợp kim thấp thông thường. Các nghiên cứu trọng tâm vào pháttriển dòng thép TRIP hợp kim thấp với thành phần C~0,2%, Mn~12% vàSi~12% [3], [4], [5], bởi giá thành sản xuất không đắt, song bằng xử lý cơ-nhiệtcho phép nhận được tổ chức đa pha gồm pha nền Ferit, Bainit và Austenit dư tỷ lệnhất định và có chuyển biến thành Mactensit cứng của pha Austenit dư khi biếndạng dẻo làm tăng biến cứng nguội, tức là, độ bền cao hơn, tính dẻo tốt hơn, nănglượng biến dạng lớn hơn. Một hướng nghiên cứu chủ đạo là xác định ảnh hưởngcủa thông số cơ-nhiệt đến tổ chức và cơ tính của thép TRIP nhằm tìm ra được tổchức pha cho thuộc tính cơ học tốt nhất theo yêu cầu sử dụng. Tuy vậy, tìm ra quyluật quan hệ của thông số cơ-nhiệt với các chỉ tiêu cơ học dưới dạng các hàm quanhệ còn chưa được thực hiện hoặc không được công bố.276 Đ.V. Hiến, Đ.B. Trụ, N.V. Chúc, “Nghiên cứu ứng xử cơ học… điều kiện xử lý cơ- nhiệt.”Nghiên cứu khoa học công nghệ Xuất phát từ điều này, nhóm tác giả xác định mục đích nghiên cứu là thiết lậpquy luật quan hệ giữa một số thông số xử lý nhiệt với các chỉ tiêu cơ học cho thépMnSi có thành phần C~0,20,25%, Mn~1,5% và Si~1,5% được cán nguội trướcvới mức độ biến dạng 80%. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm được sử dụng đểthiết kế chiến lược thực nghiệm và thiết lập mối quan hệ giữa chúng. 2. CÔNG NGHỆ, PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU2.1. Công nghệ nghiên cứu Thép được nấu và tinh luyện trong lò cảm ứng trung tần từ nguyên liệu sắt xốpvà phế thép xây dựng, cùng các chất hợp kim hóa là Mn kim loại, FeSi75, dùngdây nhôm để khử khí và chất tinh luyện là hệ xỉ CaO/CaF2 nhằm thu được phôithép đáp ứng thành phần hợp kim chính, ít tạp chất phi kim và tạp chất P, S. Thànhphần hóa học chính của thép đạt được 0,22% C-1,4% Mn -1,6% Si-0,021% P và0,009%S. Phôi sau đúc được cắt thành dạng thanh, được rèn nóng với tỷ số rèn y =4, sau đó, được cán nóng với mức độ biến dạng 50% ở nhiệt độ khoảng 9500C, sauđó, được cán nguội với mức độ biến dạng tổng 80% đến chiều dày 2mm. Thépsau khi cán nguội được xử lý nhiệt hai giai đoạn: 1. Nung trong vùng hai pha (Ferit+Austenit) ở 7800C với các thời gian giữnhiệt khác nhau. Ở nhiệt độ nung 7800C tỷ phần pha Ferit đạt khoảng 50% thôngqua đo giãn nở nhiệt – hình 1. 2. Tôi đẳng nhiệt trong vùng chuyển biến Banit ở các nhiệt độ và thời gian giữnhiệt khác nhau. Vùng nhiệt độ hình thành Bainit khi nguội đẳng nhiệt từ 7800Ccủa thép nghiên cứu được dự báo bằng phần mềm Jmatpro – hình 2. Hình 1. Biểu đồ do giãn nở nhiệt. Hình 2. Giản đồ nguội đẳng nhiệt củaAc1 ...