Chuyển biến trong quá trình Ram thép

Trong bài viết này chúng tôi sẽ trình bày về những chuyển biến trong quá trình Ram thép. Trước hết tập trung vào phần này, chúng tôi sẽ trình bày lại những khái niệm niên quan tới Ram thép

1.Khái niệm và phân loại Ram

Ram là phương pháp nhiệt luyện nung nóng thép đã tôi lên đến nhiệt độ thấp hơn Ac1, để mactenxit và austenit dư phân hóa thành các tổ chức gần với trạng thái cân bằng.
Sau khi tôi đạt tổ chức mactenxit có độ cứng cao nhất song không thể đem dùng ngay vì thép rất giòn, kém dẻo, dai với ứng suất bên trong lớn, nên nếu đem dùng ngay sẽ rất chóng gãy do bị phá hủy giòn. Do vậy, sau khi tôi thường phải tiến hành ram ngay là để giảm ứng suất bên trong đến mức không làm thép quá giòn. Ram khử bỏ hoàn toàn ứng xuất bên trong, điều chỉnh cơ tính cho phù hợp với điều kiện cụ thể của chi tiết máy và dụng cụ.
Theo nhiệt độ ram, yếu tố quyết định tổ chức và cơ tính tạo thành, người ta chia làm ba loại ram: ram thấp, ram trung bình và ram cao.

1. Ram thấp: là phương pháp nung nóng thép đã tôi trong khoảng 150÷250oC, tổ chức đạt được là mactenxit ram, sau khi ram thấp độ cứng không giảm đi hoặc giảm đi rất ít, ứng suất bên trong giảm đi đáng kể do đó tính chất dẻo, dai tốt hơn.
2. Ram trung bình: nhiệt độ khi ram trung bình là 300÷450 oC, tổ chức đạt được là trôxtit ram, sau ram trung bình độ cứng của thép giảm đi rõ rệt, nhưng vẫn còn khá cứng, ứng suất bên trong được khử hoàn toàn, giới hạn đàn hồi đạt giá trị cao nhất, độ dẻo, độ dai tăng lên.
3. Ram cao: nhiệt độ khi ram cao là 500÷650 oC, tổ chức đạt được là xoocbit ram. Sau ram cao, độ cứng giảm đi rất mạnh, thép trở lên tương đối mềm, độ bền giảm nhưng đạt được sự kết hợp tốt nhất của các chỉ tiêu cơ tính độ bền, độ dẻo, độ dai.
   Thời gian ram: sau khi tôi nên ram ngay để tránh hiện tượng nứt xảy ra sau khi tôi và tránh hiện tượng ổn định hóa austenit.

2.Chuyển biến khi Ram thép

Chuyển biến khi ram từ 250oC đến 600oC. Sau khi tôi tổ chức của thép là mactenxit và autenit dư đều không ổn định và có khuynh hướng chuyển về hỗn hợp ổn định là ferit-xememtit. Mactenxit không ổn định là do quá bão hòa cacbon, lượng cacbon dư thừa sẽ tiết ra ở dạng xementit và phần còn lại mất hết cacbon trở thành ferit: Feα(C) → Fe3C + Feα
Autenit tồn tại không ổn định dưới 727 oC có khuynh hướng chuyển biến thành hỗn hợp ferit-xementit: Feγ(C) → Fe3C + Feα
Hai pha này không chuyển biến ngay thành hỗn hợp ferit-xememtit mà qua tổ chức trung gian là mactenxit ram.
– Khi ram thép từ 200 oC đến 260oC giai đoan này cacbon tiếp tục tiết ra khỏi mactenxit làm hàm lượng cácbon trong dung dịch rắn chỉ còn khoảng 15% đến 20%, autenit dư bắt đầu chuyển biến thành mactenxit ram, kết thúc giai đoan này thép tôi có tổ chức mactenxit ram gồm cacbit ɛ (Fe2÷2,4C) và mactenxit nghèo cacbon
– Khi ram thép từ 260oC đến 400oC cả hai pha mactenxit nghèo cacbon và cacbit ɛ đều chuyển biến. Tất cả cacbon quá bão hòa được tiết hết ra khỏi mactenxit dưới dạng cacbit, mactenxit nghèo cacbon trở thành ferit, cacbit ɛ (Fe2÷2,4C) ở dạng tấm mỏng biến thành xememtit Fe3C ở dạng hạt, cuối giai đoan này thép tôi sau ram có tổ chức là hỗn hợp ferit-xementit ở dạng hạt rất nhỏ mịn và phân tán được gọi là trôxtit ram, cacbon đã tiết hết ra khỏi mactenxit.
– Giai đọan ram thép ở nhiệt độ lớn hơn 400 oC, khi nung nóng liên tục quá 400 oC, trong thép tôi xảy ra quá trình kết tụ (sát nhập, lớn lên) của các phần tử xementit ở dạng hạt. Ở 500 oC đến 650 oC được hỗn hợp ferit –xementit hạt nhỏ mịn và khá phân tán gọi là xoocbit ram
Đối với thép hợp kim, các giới hạn nhiệt độ trên đều được nâng cao lên.

Quan sát màu thép có thể biết được nhiệt độ đang ram thép:

Ảnh màu Ram

3. Những quá trình có thể xảy ra trong quá trình Ram thép

Tiết cacbon: cacbon tái phân bố đến nơi có năng lượng thấp như lỗ trống, lệch, biên giới hạt. Sự tái phân bố này có thể xẩy ra khi nguội nhanh xuống dưới điểm Ms trong quá trình tôi. Khoảng 90%C trong mactensit với hàm lượng %C trong nó > 0,2% sẽ tái phân bố lại theo cách này.
Tiết cacbit: các hạt cacbit hình cầu nhỏ ~ 2nm phân tán đều khi ram thép >0.2%C ở nhiệt độ 100 đến 250 oC, phần còn lại là mactenxit bão hòa 0.2%C. Đầu tiên là hình thành cacbit (Fe2,4C) với cấu truc lục giác xếp chặt. Sau đó là hình thành cacbit kim loại chuyển tiếp M2C. Ở trên 250 oC sẽ hình thành cacbit chính là Xementit, Fe3C). Xementit hình thành trước tiên ở giữa các kim mactenxit.
Phân hóa ausetenit dư: Ausetenit dư sẽ bị phân hóa tạo thành ferit và xementit khi ram ở trong khoảng 200-300 oC. Sản phẩm của quá trình phân hóa Au dư rất khó phân biệt với sản phẩm của quá trình phân hóa mactensit.
Quá trình hồi phục và kết tinh lại: quá trình hồi phục xảy ra chủ yếu ở nhiệt độ ram trên 400 oC. Khi đó bắt đầu hình thành các hạt ferit có thể quan sát trên kính hiển vi điện tử SEM (hình 2.2c-f). Để quan sát bằng kính hiển vi quang học các hạt ferit hình thành trong quá trình ram ta có thể sử dụng dung dich tâm thực bisulfate (hình 2.3). Quá trình kết tinh lại của nền ferit xẩy ra ở khoảng 600-700 oC.
Tất cả các hiện tượng này xẩy ra phụ thuộc thời gian và xẩy ra cả khi ram đẳng nhiệt hay trong quá trình nâng nhiệt.