{E} Giản đồ pha Fe - C

Discussion in 'Vật liệu học cơ sở' started by Nova, Aug 5, 2007.

  1. Nova

    Nova MES Lab. Founder & C.E.O

    Joined:
    Jul 30, 2007
    Messages:
    5,223
    Likes Received:
    204
    orion

    Tôi có cơ hội tiếp xúc với nhiều bạn bè cơ khí và nhận thấy một vấn đề: Dù hai ngành liên quan rất mật thiết với nhau và các kiến thức cớ bản về vật liệu rất hữu dụng cho công tác thực tế của các kỹ sư cơ khí nhưng hầu như tất cả các bạn đều không nắm rõ và hiểu đúng bản chất các khái niệm cơ bản của KH Vật liệu như pha, giản đồ pha, chuyển biến,...dù chương trình đại học đã bố trí 6 đơn vị học trình cho môn VLH cơ sở và rất nhiều môn học khác như cơ khí đại cương cũng đã đề cập. Chúng quá khó để tiếp cận? Hay các bạn chưa để tâm và chưa nhận ra điểm cốt yếu của vấn đề?

    Với nỗi băn khoăn như vậy, tôi mạo muội mở cái topic này để phác thảo một số nét cơ bản về pha, giả đồ pha dưới dạng thức dễ hiểu trên cơ sở có nhiều ví dụ minh họa cụ thể. Tài liệu tôi dùng chủ yếu là cách bố cục trong chương về giản đồ pha, cuốn Vật liệu học của Thầy Nghiêm Hùng. Một số hình vẽ và trích dẫn khác lấy từ tài liệu nước ngoài được liệt kê ở dưới.

    Vì kiến thức và sự hiểu biết còn hạn hẹp nên không tránh khỏi sai sót. Rất mong nhận được các ý kiến trao đổi của bạn bè đồng nghiệp để cùng nhau tiến bộ.
     
  2. Nova

    Nova MES Lab. Founder & C.E.O

    Joined:
    Jul 30, 2007
    Messages:
    5,223
    Likes Received:
    204
    Re: Giản đồ pha Fe - C

    orion

    Pha là gì? Giản đồ pha là gì?

    Theo Nghiêm Hùng [1], pha là các phần có cùng cấu trúc, cùng trạng thái, cùng kiểu mạng và thông số mạng, có tính chất cơ - lý - hóa xác định và các pha phân cách nhau bởi bề mặt phân chia pha. (Định nghĩa này dùng cho nghiên cứu kim loại và hợp kim).

    Các chi tiết trong định nghĩa trên sẽ được làm sáng tỏ khi ta nghiên cứu về giản đồ pha.

    Giản đồ pha (phase diagram):

    Một cách tổng quát, trong KHVL, giản đồ pha được hiểu là một loại đồ thị biểu diễn các điều kiện cân bằng giữa các pha riêng biệt (các pha có thể phân biệt về mặt nhiệt động).

    Hai loại giản đồ pha hay gặp: giản đồ nhiệt độ - áp suất (của nước chẳng hạn - rất nổi tiếng trong Hóa Lý) và giản đồ nhiệt độ - thành phần (của hệ Fe - C, rất nổi tiếng trong KHVL). Sau đây là hình ảnh minh họa hai loại giản đồ này:

    Giản đồ nhiệt độ - áp suất của nước:

    [​IMG]

    Giản đồ pha sắt - cacbon:

    [​IMG]

    Giản đồ pha Fe - C cho biết tại mỗi tọa độ (nhiệt độ, thành phần) xác định, tổ chức của hợp kim sắt - cacbon như thế nào. Tất cả các tổ chức (pha) đề cập ở đây dựa trên giả thiết là các quá trình chuyển biến xảy ra vô cùng chậm (cân bằng)
     
  3. Nova

    Nova MES Lab. Founder & C.E.O

    Joined:
    Jul 30, 2007
    Messages:
    5,223
    Likes Received:
    204
    Last edited by a moderator: Jun 19, 2011
    Re: Giản đồ pha Fe - C

    Gem

    Gian do pha Fe C

    [​IMG]
     
  4. Nova

    Nova MES Lab. Founder & C.E.O

    Joined:
    Jul 30, 2007
    Messages:
    5,223
    Likes Received:
    204
    Re: Giản đồ pha Fe - C

    nvduc

    Xem giản đồ pha Fe-Fe3C của Gem posted thấy rất đầy đủ, nhưng quả thật để phân biệt được các vùng tồn tại của các pha quả không dễ.

    Làm thế nào mà phân biệt được các khái niệm sau:
    - austenite in solid;
    - austenite solid solution of cacbon in gamma iron:
    - austenite ledeburite;
    - austenite to pearlite

    ???
     
  5. Nova

    Nova MES Lab. Founder & C.E.O

    Joined:
    Jul 30, 2007
    Messages:
    5,223
    Likes Received:
    204
    Re: Giản đồ pha Fe - C

    Lily

    Đúng là trên giản đồ mà bạn Gem cung cấp, các khái niệm đã được ghi với mức độ "ký hiệu hóa" cao nên hơi khó hiểu.


    Từ giản đồ + tra sách (^_^), tôi xin chú giải (ở mức đơn giản) cho giản đồ:


    1, Austenite solid solution of carbon in gamma iron: dung dịch rắn austenite của các- bon trong sắt gamma.

    2, Austenite in liquid: austenite phân tán trong pha lỏng (đây là vùng tồn tại của austenite và pha lỏng)

    3, Primary austenite begins to solidify: đường giới hạn mà austenite sơ cấp bắt đầu kết tinh

    4, CM begins to solidify: đường giới hạn mà xê- men- tít bắt đầu kết tinh

    5, Austenite ledeburite and cementite: vùng tồn tại của các pha austenite, lê- đê- bu- rít và xê- men- tít

    6, Cementite and ledeburite: vùng tồn tại của các pha xê- men- tít và lê- đê- bu- rít.

    7, Austenite to pearlite: đường giới hạn mà austenite chuyển pha thành péc- lit.

    8, Pearlite and ferrite: vùng tồn tại của các pha péc- lít và ferrite

    9, Pearlite and Cementite: vùng tồn tại của các pha péc- lít và xê- men- tít

    10, Cementite, pearlite and transformed ledeburite: vùng tồn tại của các pha xê- men- tít, péc- lít và lê- đê- bu- rít đã chuyển biến (dưới 723 độ C, thành phần austenite trong tổ chức lê- đê- bu- rít chuyển biến thành péc- lít, do đó, dưới 723 độ C, lê- đê- bu- rít được gọi là lê- đê- bu- rít đã chuyển biến)

    11, Hypo- eutectoid: trước cùng tinh

    12, Hyper- eutectoid: sau cùng tinh

    13, Steel: thép (quy ước)

    14, Cast iron: gang (quy ước)
     
  6. Nova

    Nova MES Lab. Founder & C.E.O

    Joined:
    Jul 30, 2007
    Messages:
    5,223
    Likes Received:
    204
    Re: Giản đồ pha Fe - C

    nvduc

    Cám ơn bạn Lily đã có những giải thích để có thể hiểu rõ hơn về giản đồ pha Fe-Fe3C của Gem đưa lên.

    Tôi có một vài điều chỉnh nhỏ sau:

    11, Hypo- eutectoid: trước cùng tinh
    => trước cùng tích

    12, Hyper- eutectoid: sau cùng tinh
    => sau cùng tích
     
  7. Nova

    Nova MES Lab. Founder & C.E.O

    Joined:
    Jul 30, 2007
    Messages:
    5,223
    Likes Received:
    204
    Re: Giản đồ pha Fe - C

    nvduc

    Có lẽ trong các loại giản đồ pha, giản đồ Fe-Fe3C là được " quan tâm"
    nhiều nhất. Các vung tồn tại các pha như vậy đã rõ.

    Tuy nhiên có một điều mà rất nhiều người còn thắc mắc:

    1) Khi tính thành phần pha ( ví dụ như : ở nhiệt độ 750 0C; thép C40 có hai pha : austenite và ferite; vậy hàm lượng từng pha như thế nào??) thì sẽ áp dụng phương pháp đòn bẩy; thế nhưng làm thế nào xác định được hàm lượng %C có trong từng pha ???

    2) Tại sao có thể nói: pearlite luôn chứa 88%ferite + 12% Xe? Khi hạ xuống nhiệt độ 20 0C tỷ lệ trên còn đúng nữa không ??


    Rất mong các bạn giải đáp giùm. Thanks!
     
  8. Nova

    Nova MES Lab. Founder & C.E.O

    Joined:
    Jul 30, 2007
    Messages:
    5,223
    Likes Received:
    204
    Last edited by a moderator: Jun 19, 2011
    Re: Giản đồ pha Fe - C

    nova

    Hình vẽ:

    [​IMG]

    1) Em xin trình bày quy tắc đòn bẩy và công thức tính hàm lượng C trong mỗi pha:

    - Quy tắc đòn bẩy:

    Xét vùng tồn tại 2 pha (cụ thể trong trường hợp này là Ferrite, viết tắt là F và Austenite, viết tắt là A, tổng quát vẫn đúng) như trên hình vẽ.

    Quy tắc đòn bẩy cho :

    Hàm lượng F = AC/BC

    Hàm lượng A = AB/BC

    Tính % C của hai pha:

    %C (F) = hoành độ giao điểm của đường dóng từ B --> trục thành phần (bằng độ dài đoạn OB trên hình vẽ).

    %C (A) = hoành độ giao điểm của đường dóng từ C --> trục thành phần (bằng độ dài đoạn OC trên hình vẽ).

    Công thức xác định hàm lượng C trong mỗi pha có thể kiểm chứng rất đơn giản nhờ quy tắc đòn bẩy.

    2) Pearlite là tổ chức cùng tích có 2 pha Ferrite và Cementite.


    Tại điểm cùng tích:

    Hàm lượng C trong Ferrite = 0,06% (tại điểm cùng tích) --> OB = 0,06

    Hàm lượng C trong Cementite = 6,67% (do công thức của Cementite là Fe3C) --> OC = 6,67

    Hàm lượng C trong Pearlite = hàm lượng C cùng tích = 0,8% --> OA = 0,8

    Từ hình vẽ --> AB = OA - OB = 0,8 - 0,02 = 0,78

    AC = OC - OA = 6,67 - 0,8 = 5,87

    BC = OC - OB = 6,67 - 0,02 = 6,65

    Thay vào công thức tính thành phần pha (đòn bẩy) ở trên:

    % Ferrite = AC/BC = 5,87/6,65 ~ 88,2%

    % Cementite = AB/BC = 0,78/6,65 ~ 11,8%

    Khi hạ nhiệt độ xuống 20 độ C,

    Chỉ có hàm lượng C trong Ferrite thay đổi, OB (20 độ) ~ 0,006

    --> AB = OA - OB = 0,8 - 0,006 = 0,794

    AC = OC - OA = 6,67 - 0,8 = 5,87

    BC = OC - OB = 6,67 - 0,006 = 6,664

    --> Thay vào công thức tính thành phần pha (đòn bẩy) ở trên:

    % Ferrite = AC/BC = 5,87/6,664 ~ 88,1%

    % Cementite = AB/BC = 0,794/6,664 ~ 11,9%

    Vì sai lệch rất nhỏ nên có thể coi như Pearlite luôn có 88% Ferrite và 12% Cementite ở mọi nhiệt độ!
     
  9. Nova

    Nova MES Lab. Founder & C.E.O

    Joined:
    Jul 30, 2007
    Messages:
    5,223
    Likes Received:
    204
    Re: Giản đồ pha Fe - C

    hansen

    Huhu , chưa hiểu :cry:
    Ví dụ : đối với thép sau cùng tích , như CD110 có 1,1%C , trong giản đồ thì các điểm A, B,C xác định như thế nào
     
  10. Nova

    Nova MES Lab. Founder & C.E.O

    Joined:
    Jul 30, 2007
    Messages:
    5,223
    Likes Received:
    204
    Re: Giản đồ pha Fe - C

    mesia

    Thì áp dụng cho vùng sau cùng tích em ạ. A vẫn là giao điểm của đường nhiệt độ (ngang) và đường dóng từ nồng độ C (đứng). B và C là giao điểm của đường nhiệt độ và hai đường giới hạn hai pha cần tính (tương tự trường hợp trên).
     
  11. Nova

    Nova MES Lab. Founder & C.E.O

    Joined:
    Jul 30, 2007
    Messages:
    5,223
    Likes Received:
    204
    Re: Giản đồ pha Fe - C

    Cám ơn Nova va Hansen đã có những giải đáp thắc mắc.

    Tôi có một điều chỉnh nhỏ bài trả lời của nova:

    Tại điểm cùng tích:

    Hàm lượng C trong Ferrite = 0,06% (tại điểm cùng tích) --> OB = 0,06

    Tại điểm cùng tích: %C =0,02%! Con số 0,02; or 0,06; or 0,025 ( điểm P trong giản đồ của gem posted là những version khác nhau. Tuy nhiên chúng ta lầy thống nhất là 0,02%.

    Tôi lại có những thắc mắc sau, xin các bạn chỉ giáo giúp:

    1) Theo Nova; khi tính thành phần pha ta sử dụng phương pháp đòn bẩy;
    sau đó kiểm tra %C có trong từng pha từ công thức đó.

    Công thức xác định hàm lượng C trong mỗi pha có thể kiểm chứng rất đơn giản nhờ quy tắc đòn bẩy;

    Thế nhưng để có công thức đòn bẩy thì việc đầu tiên là phải: Xác định hàm lượng %C trong mỗi pha.

    Vậy:
    a) Làm thế nào để biết ở nhiệt độ T nào đó, %C có trong từng pha là bao nhiêu?
    b) ở nhiệt độ T mà Nova trình bày, điểm B là chỉ giới hạn hòa tan của C trong ferrite; còn điểm C chỉ %C trong austenite, đó có phải là giới hạn hòa tan của C trong austenite không?
    c) Cơ sở tóan học của phương pháp đòn bẩy là gì?

    Rất mong các bạn góp sức.

    P/S. Thời gian qua tôi quá bận, đến mức chỉ còn check mail 5 minute/day.
     
  12. Nova

    Nova MES Lab. Founder & C.E.O

    Joined:
    Jul 30, 2007
    Messages:
    5,223
    Likes Received:
    204
    Re: Giản đồ pha Fe - C

    Lily

    Ý kiến của em:


    1, Tại nhiệt độ bất kỳ, %C trong từng pha được xác định bằng cách tại giá trị nhiệt độ đó trên trục Y, dóng đường thẳng song song với trục X, cắt đường giới hạn hòa tan của pha đó. Hoành độ điểm đó là nồng độ C cần tìm. Đường giới hạn hòa ta này được xây dựng từ thực nghiệm.

    2, "ở nhiệt độ T mà Nova trình bày, điểm B là chỉ giới hạn hòa tan của C trong ferrite; còn điểm C chỉ %C trong austenite, đó có phải là giới hạn hòa tan của C trong austenite không? "

    Nói: "điểm C là giới hạn hòa tan của Các- bon trong austenite" dễ gây nhầm lẫn. Điểm C là giới hạn dưới về nồng độ Các- bon mà austenite tồn tại tới tính cách "đơn pha".

    3, Cơ sở toán học của phương pháp đòn bẩy chỉ là phương pháp nội suy/ ngoại suy (hi, đúng không nhỉ??)
     
  13. Nova

    Nova MES Lab. Founder & C.E.O

    Joined:
    Jul 30, 2007
    Messages:
    5,223
    Likes Received:
    204
    Re: Giản đồ pha Fe - C

    nvduc

    Cám ơn Lily đã có giải đáp.

    Tôi lại có cái để chưa hiểu đây.

    Lily wrote:

    Tại nhiệt độ bất kỳ, %C trong từng pha được xác định bằng cách tại giá trị nhiệt độ đó trên trục Y, dóng đường thẳng song song với trục X, cắt đường giới hạn hòa tan của pha đó. Hoành độ điểm đó là nồng độ C cần tìm.

    Điểm C là giới hạn dưới về nồng độ Các- bon mà austenite tồn tại tới tính cách "đơn pha".

    1) Làm thế nào để biết: Khi nào thì lấy :giới hạn dưới; giới hạn trên hay giới hạn ở giữa đây??

    2) Để có cơ sở tóan học về phương pháp đòn bẩy, tôi thử đưa ra bài tóan dưới dạng sau nhé:

    Giả sử có phản ứng hóa học:
    Pha1 -> Pha2 + Pha3 (**)
    V/dụ phản ứng cùng tích:
    Austenite -> Ferit + Xementit
    Ta ký hiệu khối lượng pha Aus. là ma
    Ta ký hiệu khối lượng pha Fer. là mF
    Ta ký hiệu khối lượng pha Xe. là mX

    Vậy %F = (mF/mA) *100%; tức là phải tìm tỷ số (mF/mA)=???

    Thông thường thì giải bài tóan hóa học (**) để có tỷ số (mPha2/mPha1)=
    là như thế nào nhỉ?

    Có ai có cao kiến gì không?
     
  14. Nova

    Nova MES Lab. Founder & C.E.O

    Joined:
    Jul 30, 2007
    Messages:
    5,223
    Likes Received:
    204
    Re: Giản đồ pha Fe - C

    nvduc

    Tôi xin trình bày cơ sở toán học cho "Phương pháp đòn bẩy" như sau:

    Để thuận tiện tôi trình bày dưới dạng tổng quát, sau đó áp dụng cho từng ví dụ cụ thể.

    1) Giả sử đối với hợp kim AB ( có %B là xb%) ở nhiệt độ T có hai pha P1 và P2. Ta cần xác định thành phần pha P1 và P2.

    - Trước hết cần xác định: ở nhiệt độ T, hàm lượng nguyên tố B có trong pha P1 và P2 là bao nhiêu, ví dụ là xb1 và xb2; Giả sử xp2>xp1; Ta luôn có: xp2 > xb > xp1!

    - Ta có thể viết được phương trình phản ứng

    AB -> P1 + P2 (*)

    - Gọi mAB, mp1, mp2 là khối lượng của khối hợp kim AB, pha P1 và P2 tương ứng; Như vậy ta có:
    mAB= mp1 + mp2 (1)

    - Ta nhận thấy: tổng hàm lượng nguyên tố B có trong về trái và vế phải của phương trình (*) phải là như nhau; Như vậy ta có:
    xb*mAB = xp1*mp1 + xp2*mp2 (2)

    - Từ (1) ta có: mp2 = mAB-mp1 ( 3)

    - Thay (3) vào (2) ta có:
    xb*mAB = xp1*mp1 + xp2*( mAB-mp1)
    hay:
    (xb-xp2)*mAB = (xp1 - xp2)* mp1

    Vậy: %pha P1 = %p1 = (mp1/mAB)*100% = (xp2-xb)/(xp2-xp1) (**)

    Công thức (**) chính là " Phương pháp cánh tay đòn"!

    2) Bây giờ ta áp dụng cho việc tính %F và %Xe có trong Peclít tại T=727 0C.

    - Tại T=727 0C, hàm lượng %C có trong F, Xe và Peclit tương ứng là: xp1=0,02%; xp2=6,67%; xb= 0,8%.

    - Vậy %F= (mF/mP)*100% = (6,67-0,8)/(6,67-0,02) *100% ~ 88%
    %Xe = 100% - 88% = 12%.


    Regards.
     
  15. Nova

    Nova MES Lab. Founder & C.E.O

    Joined:
    Jul 30, 2007
    Messages:
    5,223
    Likes Received:
    204
    Re: Giản đồ pha Fe - C

    Ducdong

    Xin chú thích thêm nêú ai chưa rõ:
    chúng ta có ba dạng thù hình của sắt (Fe) đó là sắt alpha, sắt gamma và sắt bêta, dạng tồn tại của các thù hình này tuỳ thuộc theo nhiệt độ.
     
  16. Nova

    Nova MES Lab. Founder & C.E.O

    Joined:
    Jul 30, 2007
    Messages:
    5,223
    Likes Received:
    204
    Re: Giản đồ pha Fe - C

    VOLGA

    Chính xác hơn thì các dạng thù hình đó là α, γ và δ (alpha, gamma và delta). Dạng thù hình α tồn tại ở nhiệt độ thấp hơn 911 oC, mạng lưới tinh thể là hình hộp thể tâm có chu kì là 0.28606 nm, Dạng thù hình thứ hai γ tồn tại ở nhiệt độ 911 - 1392 oC với cấu trúc mạng tinh thể hình hộp thể diện, chu kì là 0.3645 nm. Ở nhiệt độ từ 1392 - 1539 oC còn có dạng thù hình γ có mạng tinh thể giống với sắt α nhưng với chu kì lớn hơn - 0.2930 nm.
     
  17. minhnc

    minhnc New Member

    Joined:
    Aug 1, 2007
    Messages:
    24
    Likes Received:
    0
    Re: Giản đồ pha Fe - C

    Đúng như nova nói. dân chế tạo máy thì hiểu tính chất vật liệu là cực kỳ quan trọng và giản đồ fa cho ta hiêu bản chất của vật liệu. Cảm on nova đã post lên anh em tham khảo thêm /
     
  18. matt

    matt New Member

    Joined:
    Aug 5, 2007
    Messages:
    259
    Likes Received:
    1
    theo mình là thế

    Môn này mình cũng có học rồi .Nhưng điều kiện VN chưa có , toàn là mua phôi nước ngoài và tra bảng thôi .Học thì biết nhưng không ứng dụng ở VN .Theo mình là thế .
     
  19. Nova

    Nova MES Lab. Founder & C.E.O

    Joined:
    Jul 30, 2007
    Messages:
    5,223
    Likes Received:
    204
    Re: Giản đồ pha Fe - C

    Cái này vẫn dùng để đúc và nhiệt luyện mà matt ;D
     
  20. chivi

    chivi New Member

    Joined:
    Mar 21, 2008
    Messages:
    1
    Likes Received:
    0
    Re: Giản đồ pha Fe - C

    [cho em hỏi là ta xác định Xa và Xb bằng cách nào?
     

Share This Page

Users Viewing Thread (Users: 0, Guests: 0)

Loading...