trường sỹ quan tăng thiết giáp
khoa kỹ thuật cơ sở


đề tài
đề tài
ứng dụng công nghệ thông tin trong giảng dạy
Giảng viên: thiếu tá hoàng văn hảo

khoa kỹ thuật cơ sở
Bộ môn vẽ - công nghệ kim loại


công trình
nghiên cứu khoa học
giản đồ trạng thái sắt - cacbon
đề tài
( ứng dụng cho Đào tạo sỹ quan phân đội bậc đại học )
tác giả : 4/CN hoàng văn hảo
* Mục đích:
Trang bị cho học viên các kiến thức cơ bản về Hợp kim Sắt - Cacbon , về Giản đồ trạng thái Sắt - Cacbon, cách xây dựng và ứng dụng của Giản đồ.
Từ đó làm cơ sở cho việc học tập, nghiên cứu và công tác sau này tại đơn vị.
* Yêu cầu:
- Học viên nắm chắc các kiến thức cơ bản.
- Thực hành vẽ Giản đồ trạng thái thành thạo.
- áp dụng tốt vào việc chế tạo cũng như sử dụng các chi tiết máy tại đơn vị.
Bài 4 : hợp kim sắt - cacbon
Bài 4 : hợp kim sắt - cacbon
Tài liệu tham khảo:
Kim loại học và nhiệt luyện
NXB Đại học - THCN. 1979.
Bài giảng Công nghệ kim loại
Học viện KTQS. 1975.
I. Sắt - Cacbon
1. Cac bon (C): Cacbon là nguyên tố á kim, có hai dạng thù hình: Graphít (gang) và Kim cương. ở điều kiện thường Cacbon ổn định ở thể Graphít, còn Kim cương ổn định ở nhiệt độ và áp suất cao. Trong hợp kim Sắt - Cacbon, Cacbon ở thể Graphít (G). Graphít có kiểu mạng lục giác; mềm. Trong thiên nhiên phần lớn Cacbon ở dạng vô định hình (các loại than).
2. Sắt (Fe):Sắt là kim loại, trong thiên nhiên Sắt có trong các loại quặng, đất đá, có khá nhiều ở lớp vỏ trái đất. Sắt và hợp kim của Sắt đóng vai trò to lớn trong sự tiến hóa và phát triển của lịch sử loài người.
I. Sắt - Cacbon
2. Sắt (Fe)
* Cơ tính của sắt:
- ?b kéo = 250 N/mm2
- ?ch = 120 N/mm2
- ? = 50 %
- ? = 85 %
- HB = 80 KG/mm2
- ?k = 3000 KJ/m2
Sắt tuy có độ bền, độ cứng khá cao song chưa đáp ứng được các yêu cầu của kỹ thuật. Trong kỹ thuật thường sử dụng các hợp kim của sắt, có cơ tính cao hơn, hầu như không dùng sắt nguyên chất.
I. Sắt - Cacbon
2. Sắt (Fe)
* Tính thù hình của sắt:
Sắt tồn tại ở hai dạng: Fe? và Fe?
- Fe? có kiểu mạng lập phương thể tâm; tồn tại ở các khoảng nhiệt độ :
+ Dưới 9110 C
+ Từ 13920 C đến 15390 C
- Fe? có kiểu mạng lập phương diện tâm; tồn tại ở các khoảng nhiệt độ : Từ 9110 C đến 13920 C.
I. Sắt - Cacbon
3. Các tương tác của Fe - C
Sắt và Cacbon tương tác với nhau theo hai cách:
- Cacbon hòa tan vào sắt tạo thành dung dịch rắn Fe - C.
Cacbon tác dụng với sắt tạo thành hợp chất hóa học.
+ Dung dịch rắn Fe - C: Cacbon có đường kính nguyên tử nhỏ hơn Sắt nên dung dịch rắn Fe - C là dung dịch rắn xen kẽ.
Fe? hòa tan: có dưới 0,02 đến 0,1 %C.
Fe? hòa tan: có dưới 2,14 %C
Thép và gang là hai hợp kim phổ biến của Fe - C
+ Hợp chất hóa học của Fe với C (Xementit:Fe3C)
Sắt tác dụng với Cacbon tạo thành 3 hợp chất: Fe3C (6,67%C), Fe2C (9,67%C) và FeC (17,67%C)
Tuy nhiên, các hợp kim của Fe - C thường chứa dưới 5%Cacbon (thép và gang), nên trong chúng chỉ gặp Fe3C.
I. Sắt - Cacbon
3. Các tương tác của Fe - C
+ Hợp chất hóa học của Fe với Cacbon
(Xementit: Fe3C)
Fe3C tạo thành khi lượng Cacbon trong hợp kim lớn hơn giới hạn hòa tan của nó trong Sắt. Fe3C là pha không ổn định, ở nhiệt độ cao sẽ bị phân hủy thành Fe và C.
Fe3C rất dòn và cứng (khoảng 800 HB).
II. Giản đồ trạng thái Sắt - Cacbon
1. Khái niệm
- Định nghĩa: Giản đồ trạng thái là biểu đồ chỉ rõ sự phụ thuộc của trạng thái pha với thành phần hóa học của hợp kim, giữa nhiệt độ và áp suất. Các hệ hợp kim khác nhau có kiểu giản đồ trạng thái khác nhau và được xác lập chủ yếu bằng thực nghiệm.
- Công dụng: Từ giản đồ có thể xác định được nhiệt độ chảy, nhiệt độ chuyển biến pha của hợp kim với thành phần đã cho khi nung chảy và khi làm nguội; từ đó có thể xác định được chế độ nhiệt khi đúc, gia công áp lực và nhiệt luyện. Chú ý: nhiệt độ chuyển biến và cấu tạo pha trên giản đồ chỉ ứng với trạng thái cân bằng.
- Cách xây dựng: Giản đồ trạng thái của hệ hợp kim được xây dựng bằng thực nghiệm. Nguyên tắc chung để xây dựng giản đồ của hệ hợp kim là: dùng một lượng lớn các mẫu với các thành phần khác nhau, bằng các phương pháp hóa nhiệt luyện để xác định các tổ chức hình thành ở từng khoảng nhiệt độ.
II. Giản đồ trạng thái Sắt - Cacbon
2. Nội dung giản đồ
II. Giản đồ trạng thái Sắt - Cacbon

* Các tọa độ của các điểm quan trọng:
A(15390C;0%C),E(11470C;2,14%C), C(11470C;4,3%C), N(13920C;0%C), G (9110C; 0% C),P(7270C;0,02%C), S(7270C; 0,8% C).
C: Điểm cùng tinh;
S: Điểm cùng tích
Trên giản đồ trạng thái Fe - C chỉ trình bày đến 6,67% C, ứng với hợp chất hóa học Xementit Fe3C.
Đường lỏng: ABCD;Đường đặc: AHJECF
II. Giản đồ trạng thái Sắt - Cacbon
3. Các tổ chức của hợp kim Sắt - Cacbon
* Các tổ chức một pha:
+ Hợp kim lỏng (L):
- Là dung dịch lỏng của Cacbon trong Sắt. Nằm phía trên đường lỏng ABCD
II. Giản đồ trạng thái Sắt - Cacbon
3. Các tổ chức của hợp kim Sắt - Cacbon
* Các tổ chức một pha:
+Xementit (Xe hoặc Fe3C): Nằm ở biên bên phải (đường DFKL)
+Xementit I (Xe I): Là loại kết tinh từ hợp kim lỏng, tạo thành trong hợp kim chứa nhiều hơn 4,3%C (đường CD). Kết tinh trong khoảng từ 16000C xuống 11470C. Có tổ chức hạt to.
+Xementit II (Xe II): Là loại được kết tinh từ dung dịch rắn Auxtenit, có trong hợp kim chứa khoảng 0,8 đến 4,3% C. Trong khoảng từ 11470C xuống 7270C. Có tổ chức hạt nhỏ hơn Xe I, thường ỏ dạng lưới bao quanh hạt Auxtenit ( đường ES).
+Xementit III (Xe III):Được tạo thành từ dung dịch rắn Pherit (F) khi lượng Cacbon giảm từ 0,02%C xuống 0,006%C, ở nhiệt độ dưới 7270C. XeIII có kích thước hạt nhỏcạnh Pherit (đường QP).
II. Giản đồ trạng thái Sắt - Cacbon
3. Các tổ chức của hợp kim Sắt - Cacbon
Xe III
Xe (Fe3C),
Xe I
Xe II
II. Giản đồ trạng thái Sắt - Cacbon
3. Các tổ chức của hợp kim Sắt - Cacbon
* Các tổ chức một pha:
- Pherit ( F hoặc ? ): Là dung dịch rắn xen kẽ của C trong Fe? ( mạng K8 ) khả năng hòa tan của Cacbon trong Fe? rất nhỏ nên có thể coi Pherit là sắt nguyên chất trong hợp kim tinh khiết ( đường GSK ). Pherit rất dẻo, dai nhưng khi hòa tan với các nguyên tố khác ( đặc biệt là Mn, Si) thì độ cứng tăng, độ dẻo dai giảm.
II. Giản đồ trạng thái Sắt - Cacbon
Tổ chức một pha Pherit
II. Giản đồ trạng thái Sắt - Cacbon
3. Các tổ chức của hợp kim Sắt - Cacbon
* Các tổ chức một pha:
+ Auxtenit ( As hoặc ?):
Là dung dịch rắn xen kẽ của C trong Fe? ( mạng K12), khả năng hòa tan của Cacbon trong Fe khá lớn. Trong hợp kim Fe - C, thông thường As có thể hòa tan các nguyên tố kim loại khác như Cr, Ni, Mn, W bằng cách thay thế. As rất dẻo, dai; khi các nguyên tố khác hòa tan, không những làm chuyển biến cơ tính mà còn làm thay đổi động học chuyển biến khi làm nguội, do vậy có sự ảnh hưởng tới nhiệt luyện.
II. Giản đồ trạng thái Sắt - Cacbon

Tổ chức một pha Auxtenit
II. Giản đồ trạng thái Sắt - Cacbon
3. Các tổ chức của hợp kim Sắt - Cacbon
* Các tổ chức hai pha:
+ Peclit ( P hoặc F + Xe ):
Là hỗn hợp cơ học cùng tích của F và Xe tạo thành ở 7270C từ dung dịch rắn Auxtenit chứa 0,8%C; P có dạng tấm hoặc hạt, có độ cứng và độ bền cao, tính dẻo dai hơi thấp.
+ Ledeburit ( Le hoặc P + Xe hoặc ? + Xe):
Là hỗn hợp cơ học cùng tinh, kết tinh từ pha lỏng có 4,3%C ở nhiệt độ 11470C, ban đầu gồm ? + Xe khi làm nguội qua 7270C tạo thành Peclit. Vậy Le là hợp kim cơ học của P và Xe. Xementit chiếm tỷ lệ gần 2/3 nên Ledeburit rất dòn và cứng (khoảng 600 HB).
các tổ chức trên giản đồ
Tổ chức Lỏng + Auxtenit
các tổ chức trên giản đồ
Tổ chức Lỏng + Xementit I
các tổ chức trên giản đồ
Tổ chức Auxtenit
các tổ chức trên giản đồ
Tổ chức Xementit I + Ledeburit (Au + Xe)
các tổ chức trên giản đồ
Tổ chức Ledeburit
các tổ chức trên giản đồ
Tổ chức Auxtenit + Xementit II + Ledeburit (Au + Xe)
các tổ chức trên giản đồ
Tổ chức Auxtenit + Xementit II
các tổ chức trên giản đồ
Tổ chức Auxtenit + Pherit
các tổ chức trên giản đồ
Tổ chức Xementit I + Ledeburit (P + Xe)
các tổ chức trên giản đồ
Tổ chức Peclit + Xementit II + Ledeburit (P + Xe)
các tổ chức trên giản đồ
Tổ chức Xementit II + Peclit
các tổ chức trên giản đồ
Tổ chức Peclit
các tổ chức trên giản đồ
Tổ chức Pherit + Peclit
các tổ chức trên giản đồ
Tổ chức Pherit