Độ cứng bị ảnh hưởng chủ yếu bởi tốc độ làm nguội tới hạn, tốc độ này có liên quan chặt chẽ đến độ ổn định của austenite chưa được làm nguội. Độ ổn định bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm thành phần hóa học, kích thước hạt austenite và tính đồng nhất. Ví dụ, khi nồng độ nguyên tố carbon trong austenite dưới 0,77%, nó sẽ làm giảm đáng kể tốc độ làm nguội tới hạn, từ đó cải thiện độ cứng của thép; Nhưng khi nồng độ vượt quá 0,77% thì tình hình lại ngược lại. Ngoài ra, hầu hết các nguyên tố hợp kim cũng làm giảm tốc độ làm nguội tới hạn sau khi hòa tan thành austenite, từ đó cải thiện độ cứng của thép.
Kích thước của hạt austenite có tác động đáng kể đến độ cứng của thép. Các hạt thô sẽ làm dịch chuyển đường cong C{1}} sang phải, làm giảm tốc độ nguội tới hạn của thép nhưng đồng thời sẽ làm tăng xu hướng biến dạng và nứt của thép, làm giảm độ dẻo dai. Tính đồng nhất của austenite cũng ảnh hưởng đến độ cứng. Trong cùng điều kiện làm nguội, thành phần austenite càng đồng đều thì tốc độ tạo mầm của ngọc trai càng thấp, thời gian ủ biến đổi càng dài, sự dịch chuyển sang phải của đường cong C- và tốc độ làm nguội tới hạn càng chậm, do đó cải thiện độ cứng của thép.
Các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước hạt thép
- Tốc độ làm nguội: Tốc độ làm nguội của thép càng nhanh thì kích thước hạt càng nhỏ. Khi thép trải qua quá trình làm nguội nhanh, kích thước hạt sẽ giảm. Điều này là do trong quá trình làm mát, hoạt động của ranh giới hạt sẽ yếu đi, do đó làm chậm tốc độ di chuyển ranh giới hạt và tốc độ phát triển tạo mầm, dẫn đến hạt nhỏ hơn.
- Thành phần hóa học: Hàm lượng carbon trong thành phần hóa học của thép càng cao thì kích thước hạt càng lớn. Điều này là do hàm lượng carbon cao trong thép ảnh hưởng đến tốc độ trao đổi nguyên tố ở ranh giới hạt và cũng ảnh hưởng đến hiệu ứng sàng lọc ở ranh giới hạt.
- Quá trình xử lý nhiệt: Quá trình xử lý nhiệt của thép cũng có ảnh hưởng đến kích thước hạt. Nhiệt độ chuẩn hóa của thép càng cao thì kích thước hạt càng lớn. Tốc độ làm nguội cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình sàng lọc hạt và trong thiết kế quy trình, tốc độ làm nguội phải được kiểm soát thích hợp nếu cần.
- Nhiệt độ cán: Nhiệt độ cán của thép cũng có ảnh hưởng đến kích thước hạt. Nói chung, kích thước hạt của thép cán nóng-lớn hơn, trong khi kích thước hạt của thép cán nguội-nhỏ hơn.
Ảnh hưởng của kích thước hạt đến tính chất của thép
- Kích thước hạt của thép ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của nó. Kích thước hạt mịn có thể làm tăng độ bền, độ dẻo dai và độ dẻo của thép. Kích thước hạt càng nhỏ thì khả năng truyền ứng suất của giao diện tinh thể càng tốt, từ đó cải thiện độ bền của vật liệu. Ngoài ra, kích thước hạt càng nhỏ và càng có nhiều ranh giới hạt thì càng có thể tạo ra nhiều sai lệch, do đó làm thay đổi khả năng định dạng của vật liệu.
- Kích thước hạt của thép là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất của nó, chủ yếu được xác định bởi các yếu tố như tốc độ làm nguội, thành phần hóa học, quá trình xử lý nhiệt, nhiệt độ cán, v.v. Để đạt được các tính chất lý tưởng của thép, cần phải kiểm soát tốt quá trình sàng lọc hạt trong quá trình sản xuất thép
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ cứng
Độ cứng đề cập đến tiết diện hoặc đường kính-tối đa mà thép có thể được tôi trong quá trình tôi. Nói một cách đơn giản, nó đề cập đến độ sâu độ cứng mà thép có thể đạt được sau khi tôi. Độ cứng liên quan đến các yếu tố như thành phần hóa học, kích thước hạt và tốc độ nguội của thép
- Thành phần hóa học của thép: độ cứng có liên quan đến hàm lượng carbon trong thép, hàm lượng carbon càng cao thì độ cứng càng tốt. Tuy nhiên, hàm lượng carbon quá cao có thể khiến thép dễ bị nứt, do đó việc tối ưu hóa độ cứng đòi hỏi sự cân bằng giữa hàm lượng carbon và vết nứt.
- Kích thước hạt thép: Kích thước hạt càng nhỏ thì độ cứng càng tốt. Kích thước kích thước hạt có liên quan đến các yếu tố như quá trình sản xuất và quá trình xử lý nhiệt của thép.
- Tốc độ làm nguội: Tốc độ làm mát càng nhanh thì độ cứng càng tốt. Tuy nhiên, tốc độ làm nguội quá nhanh có thể gây ra các vấn đề như biến dạng và nứt thép.
Tầm quan trọng của độ cứng trong xử lý nhiệt
Độ cứng là một thông số quan trọng trong xử lý nhiệt, có tác động đáng kể đến hiệu suất và chất lượng của thép. Cụ thể, thép có độ cứng tuyệt vời có độ cứng cao, cường độ cao, độ dẻo dai tốt, khả năng chống mài mòn mạnh và được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như chế tạo cơ khí, sản xuất ô tô, hàng không vũ trụ, v.v. Vì vậy, tối ưu hóa độ cứng trong xử lý nhiệt là một phương tiện quan trọng để nâng cao chất lượng và hiệu suất của thép.
Tóm lại, độ cứng là một chỉ số hiệu suất quan trọng trong xử lý nhiệt thép, có tác động đáng kể đến hiệu suất và chất lượng của thép. Hiểu khái niệm và các yếu tố ảnh hưởng đến độ cứng có ý nghĩa rất lớn trong việc tối ưu hóa quy trình xử lý nhiệt và cải thiện tính chất của thép.
Bản tóm tắt
Việc sàng lọc hạt làm giảm độ cứng nhưng cải thiện độ dẻo dai; hợp kim và hạt thô làm tăng độ cứng nhưng có thể làm giảm độ dẻo dai. Thép kỹ thuật cân bằng những điều này thông qua các phương pháp tinh chế-ngũ cốc và hợp kim có kiểm soát (ví dụ: Al bị loại bỏ + hợp kim vi lượng).
| Nhân tố | Ảnh hưởng đến kích thước hạt | Ảnh hưởng đến độ cứng |
|---|---|---|
| Kết tủa mịn, ổn định (AlN, NbC) | Tinh chỉnh (ghim) | Giảm nhẹ (hạt mịn) |
| Hạt austenite thô trước | thô hơn | tăng |
| Cacbon (0,2–0,8%) | Làm thô nhẹ | Tăng (lên tới ~ 0,8%) |
| Mn, Cr, Ni, Mo | Tác dụng nhỏ (trừ khi với số lượng lớn) | Tăng mạnh |
| boron | không đáng kể | Tăng rất mạnh |
| Nhiệt độ austenit hóa cao hơn | Coarsens (rủi ro) | Tăng (nhiều cacbua hòa tan + hạt thô) |
