Luyenkim.Net - Thép không gỉ Austenite và Ferrit trong ứng dụng thực tiễn: phần 2

Trang chủ

Khoa học công nghệ

Kỹ thuật vật liệu

Thép không gỉ Austenite và Ferrit trong ứng dụng thực tiễn: phần 2

(1 vote)

Thứ năm, 22 Tháng ba 2007

Thép không rỉ Ferit phần nào đó bền hơn thép không rỉ Austenit, giới hạn chảy trong phạm vi 200 - 400 MPa, nhưng độ cứng làm việc kém hơn vì vậy độ bền kéo là như nhau, nằm trong khoảng giữa 500 và 600 MPa. Thép không rỉ Ferit nói chung không thật sự biến dạng sâu được giống như là thép không rỉ Austenit bởi vì tính dẻo kém. Tuy nhiên, chúng phù hợp cho sự biến dạng dẻo khác như là cán nguội.

Thép không rỉ Ferit có phần nào đó bền cao hơn thép không rỉ Austenit, giới hạn chảy trong phạm vi 200 - 400 MPa, nhưng độ cứng vững kém hơn khi độ bền kéo là như nhau ở vào khoảng giữa 500 và 600 MPa. Thép không rỉ Ferit nói chung không thật sự biến dạng sâu được giống như là thép không rỉ Austenit bởi vì tính dẻo kém. Tuy nhiên, chúng thích hợp đối với quá trình biến dạng dẻo khác như là rèn nguội và kéo sợi.

Trong kỹ thuật hàn những vấn đề xảy ra là thớ phát triển quá mức của biên hạt trong vùng nhiệt cục bộ nhưng, gần đây phát hiện mới của hợp kim xen kẽ thấp có chứa Ti hoặc Nb cho thấy các hợp kim này có thể hàn được dễ dàng. Hợp kim Ferit Cr cao chống ăn mòn rất tốt, đặc biệt nếu bổ sung 1 - 2 % Molipden .

Tóm lại có hai hiện tượng bất lợi ảnh hưởng đến tính chất cua thép không rỉ Ferit. Thứ nhất là hiện tượng tiết pha giàu Cr khi xử lý nhiệt cho mẫu giữa 400 và 500°C, sự phát triển của pha giàu Cr chính là dạng dòn, nguồn gốc vấn đề này này vẫn còn chưa rõ ràng.

Phần lớn nguyên nhân là sự tiết pha của Cr cố kết dạng mịn – pha giàu Cr tăng do sự trộn lẫn trong hệ Fe - Cr, phần lớn là dạng phân rã kiểu spinodal. Hiện tượng này dễ thấy bằng việc thêm vào một lượng Crom, như tạo ra một hiện tượng thứ cấp trong sự tạo thành trong pha sigma. Pha thứ hai xuất hiện rất dễ dàng trong Ferit giầu Crom hơn trong Austenit, và có thể nhận biết được ở dưới 600°C. Giống như trong Austenit sự có mặt của pha sigma dẫn đến việc tạo ra tính dòn đáng kể. Vài loại thép Austenit thường biến đổi gần, trong nhiêt độ Ms có khả năng ngay dưới nhiệt độ phòng. Điều này không còn nghi ngờ gì đới với thép Austenit Crom C-thấp 18Cr8Ni, khi trải qua sự biến đổi Mactenxit trong cán lạnh trong Nitơ lỏng hay làm lạnh mạnh. Các quá trình biến dạng dẻo tại nhiệt độ phòng có thể cũng dẫn đến chuyển pha Mactenxit trong thép giả ổn định Austenit, sự chuyển pha này có ý nghĩa đặc biệt khi quá trình làm việc của sản phẩm đã được dự tính trước.

Nói chung, nguyên tố hợp kim cao hơn sẽ hạ thấp nhiệt độ chuyển pha Ms và Mf, và có thể thiết lập phương trình thực nghiệm gần đúng cho nhiệt độ Ms. Dữ liệu hữu ích liên quan đến nhiệt độ Mf thì cũng tính được trong đó lượng biến dạng nào đó phải được chỉ rõ. Mactenxit hình thành trong thép Austenit Cr - Ni khi làm lạnh hoặc biến dạng dẻo thì tương tự như sản phẩm thu được trong quá trình xử lý thép có Ms cao hơn nhiệt độ phòng.

Mangan có thể thay thế cho Niken trong thép Austenit, nhưnng dung dịch rắn Cr - Mn thì có năng lượng khuyết tật xếp thấp hơn. Điều này có nghĩa sự hòa tan dung dịch rắn tự do về mặt năng lượng là gần hơn với cấu trúc thay thế lục giác xếp chặt, và khuyết tật đó có xu hướng phân tách ra để hình thành các khuyết tật xếp trải rộng hơn, so với trường hợp thép Cr - Ni Austenit. Mangan bản than nó có thể làm ổn định Austenit tại nhiệt độ phòng, là nguồn cung cấp C khi nó ở dạng dung dịch rắn. Ví dụ điển hình cho loại này là thép Hadfields Mangan với 12% Mn, 1.2%C tồn tại ở trạng thái Austenit ngay nhiệt độ phòng và thậm chí khi có biến dạng lớn mà không hình thành Mactenxit.

Tuy nhiên, nếu hàm lượng C thấp hơn 0.8%, thì Mf ở trên nhiệt độ phòng và chuyển pha có thể xảy ra trong trong điều kiện thiếu không có biến dạng tại 77°K. Cả hai loại Mactenxit ε và α’được tìm thấy trong thép Mn. Hợp kim kiểu Hadfields đã được sử dụng trong các ứng dụng chịu mài mòn, ví dụ bi nghiền, ghim ray tàu hỏa, răng gầu xúc, và nó thường được thừa nhận là có 1 phần chuyển biến thành Mactenxit đã đem lại độ bền mài mòn xuất sắc và độ dẻo dai cao. Dẫu vậy, dường như các đặc trưng hóa bền trong điều kiện làm việc thực tế của nền Austenit có ý nghĩa hơn rất nhiều trong trường hợp này.

Nói chung, các kim loại fcc (lập phương tâm mặt) biểu hiện tốc độ hóa bền biến cứng cao hơn kim loại bcc (lập phương tâm khối) bởi vì sự tương tác lệch ổn định hơn trong cấu trưc fcc. Kết quả này dẫn đến sự phân biệt rõ ràng là tốc độ hóa bền biến cứng cao hơn trong thép Austenit và thấp hơn trong thép Ferit, và đó là minh chứng so sánh giữa thép không gỉ Austenit và thép không rỉ Ferit.

Thuận lợi đạt được từ việc dễ dàng chế tạo thép thép Austenit tự nhiên dẫn tới việc phát triển của thép không rỉ với quá trình chuyển pha điều khiển được, ở đó đòi hỏi mức độ bền cao hơn đạt được sau khi gia công, hoặc bằng cách làm lạnh để chế tạo thép đó dưới nhiệt độ Ms, hoặc là xử lý nhiệt tại nhiệt độ thấp để làm mất ổn định Austenit. Rõ ràng phạm vi Ms – Mf được điều chỉnh bắng cách hợp kim hóa vì thế điều chỉnh sao cho Ms thấp hơn nhiệt độ phòng. Mr bình thường thấp hơn 120°C, vì thế làm lạnh trong khoảng - 75 đến - 120°C sẽ nhận được kết quả phần lớn chuyển biến hoàn toàn Mactenxit. Một cách khác, Xử lý nhiệt Austenit có thể thực hiện tại 700°C sẽ dẫn đến sự tiêt pha phần lớn của M23C6 tại biên giới hạt. Điều này sẽ dẫn đến giảm hàm lượng C trong nền thép và làm tăng Ms vì thế, quá trình làm lạnh tiếp theo tới nhiệt độ phòng, Austenit sẽ chuyển biến thành Mactenxit. Xử lý nhiệt tiếp theo là cần thiết để cải thiện tính mềm và khử ứng suất dư; điều này có thể đạt được bằng quá trình ram ở khoảng nhiệt độ 400 - 450°C.

Một nhóm thép khác nữa đã được phát triển để khai thác những đặc tính vẫn được tồn tại khi phản ứng Mactenxit xảy ra trong khi biến dạng dẻo ở nhiệt độ thấp. Những thép này, gọi là thép chuyển pha cảm biến dạng dẻo (TRIP), biểu hiện là gia tăng tốc độ hóa bền biến cứng mong muốn và làm tăng đáng kể tính dẻo đồng nhất trước khi đến cổ thắt. Về cơ bản, nguyên lý giống như là việc sử dụng thép có chuyển biến pha điều khiển được để tạo mactenxit và cách tiếp cận rộng hơn khi mà xử lý cơ nhiệt được đề cập đến.

Trong mỗi một quá trình, thành phần kết cấu của thép thì được điều chỉnh để tạo ra một nhiệt độ Mff, thường trong khoảng 250 - 550°Crom, sẽ dẫn đến Austenit được duy trì ổn định tại nhiệt độ phòng. Tiếp theo kiểm tra độ bền kéo ở nhiệt độ phòng sẽ cho mức độ độ bền cao kết hợp với biến dạng dẻo lớn giống như là kết quả trực tiếp của chuyển biến Mactenxit xuất hiện trong khi kiểm tra. trên nhiệt độ phòng. Thép sao đó được biến dạng mạnh (80%) trên nhiệt độ M

Ví dụ, thép chứa . 0.3% C, 2% Mn, 2% Si, 9% Cr, 8.5% Ni, 4% Mo sau khi biến dạng 80% ở 475°C giữ được những đặc tính sau ở nhiệt độ phòng

Giới hạn chảy 1430 MPa
Độ bền kéo 1500 MPa
Độ giản dài 50 %

Mức độ độ bền cao hơn (Ứng xuất chảy ~2000 MPa) với độ dẻo khoảng 20 - 25% có thể nhận được bằng cách thêm vào nguyên tố hình thành Cacbit mạnh như Vanadi và Titanium, và dẫn đến nhiệt độ Mf dưới nhiệt độ phòng. Khi ở trạng thái xử lý trước, xử lý cơ nhiệt khốc liệt trong khoảng 250 - 550°C sẽ được thực hiện tiếp theo để biến dạng Austebit và hóa bền phân tán bởi các bit hợp kim nhỏ mịn. Nhiệt độ Mf, là kết quả, được tăng cao hơn nhiệt độ phòng do đó, tại lúc thực hiện kiểm tra cơ, chuyển biến thành Mactenxit sẽ xảy ra, mang lại sụ tổ hợp rất tốt giữa độ bền và tính dẻo cũng như cải thiện tốt về độ bền hóa hủy.

Biên dịch: NGUYỄN VĂN ANH
Hiệu đính và giới thiệu: Nguyễn Hoàng Việt
Mọi ý kiến góp ý xin gửi về: This e-mail address is being protected from spam bots, you need JavaScript enabled to view it

Nguyên bản:
Austenitic and Ferritic Stainless Steels inPractical Applications: Part Two
www.keytosteel.com