V?t li?u hi?n ??i có th? ???c chia thành b?n lo?i: kim lo?i, polyme, g?m s? và v?t li?u composite. M?c dù s? phát tri?n nhanh chóng c?a v?t li?u ??i phan t?, thép v?n là v?t li?u ???c s? d?ng r?ng r?i nh?t và quan tr?ng nh?t trong c?ng ngh? k? thu?t hi?n nay. Y?u t? nào quy?t ??nh v? trí ch? ??o c?a v?t li?u thép? Bay gi? chúng ta h?y gi?i thi?u nó m?t cách chi ti?t.

S?t thép ???c khai thác t? qu?ng s?t, phong phú v? ngu?n và giá thành r?. S?t thép, còn ???c g?i là h?p kim s?t-cacbon, là h?p kim bao g?m s?t (Fe) và cacbon (C), silic (Si), mangan (Mn), ph?t pho (P), l?u hu?nh (S) và các nguyên t? nh? khác. (Cr, V, v.v.). Có th? thu ???c các c?u trúc kim lo?i khác nhau b?ng cách ?i?u ch?nh hàm l??ng c?a các nguyên t? khác nhau trong thép và quá trình x? ly nhi?t (b?n quá trình nung: t?i, ?, t?i, th??ng hóa), ?? thép có các tính ch?t v?t ly khác nhau. C?u trúc quan sát d??i kính hi?n vi kim lo?i h?c ???c g?i là c?u trúc kim lo?i h?c c?a thép sau khi l?y m?u, mài, ?ánh bóng và ?n mòn v?i m?t ch?t ?n mòn c? th?. Nh?ng bí m?t v? v?t li?u thép ???c ?n ch?a trong nh?ng c?u trúc này.

        Trong h? Fe-Fe3C, h?p kim s?t-cacbon v?i các thành ph?n khác nhau có th? ???c ?i?u ch?. C?u trúc can b?ng c?a chúng khác nhau ? các nhi?t ?? khác nhau, nh?ng chúng bao g?m m?t s? pha c? b?n (ferit F, austenit A và xim?ng Fe3C). Các pha c? b?n này ???c k?t h?p d??i d?ng h?n h?p c? h?c, t?o thành c?u trúc kim lo?i phong phú và nhi?u màu s?c trong thép. Có tám c?u trúc kim lo?i h?c ph? bi?n:

I. Ferit

 Dung d?ch r?n ? k? ???c t?o thành b?ng cách hòa tan cacbon trong k? c?a m?ng a-Fe ???c g?i là ferit, thu?c c?u trúc BCC và phan b? h?t ?a giác ??u, ???c bi?u th? b?ng ky hi?u F. C?u trúc và tính ch?t c?a nó t??ng t? nh? s?t nguyên ch?t. Nó có ?? d?o và ?? dai t?t, nh?ng ?? b?n và ?? c?ng th?p h?n (30-100 HB). Trong thép h?p kim, nó là dung d?ch r?n c?a cacbon và các nguyên t? h?p kim trong alpha-Fe. Kh? n?ng hòa tan c?a cacbon trong alpha-Fe là r?t th?p. ? nhi?t ?? AC1, ?? tan t?i ?a c?a cacbon là 0,0218%, nh?ng khi gi?m nhi?t ??, ?? tan gi?m xu?ng 0,0084%. Do ?ó, xi m?ng th? ba xu?t hi?n ? ranh gi?i h?t ferit trong ?i?u ki?n làm ngu?i ch?m. V?i s? gia t?ng hàm l??ng cacbon trong thép, s? l??ng ferit gi?m và s? l??ng ng?c trai t?ng lên. T?i th?i ?i?m này, ferit là m?ng l??i và hình l??i li?m.

Ⅱ.Austenite

 Dung d?ch r?n ? k? ???c t?o thành do s? hòa tan c?a cacbon trong kh?ng gian k? c?a m?ng tinh th? gamma-Fe ???c g?i là Austenit. Nó có c?u trúc l?p ph??ng tam m?t và là pha ? nhi?t ?? cao, ???c bi?u th? b?ng ky hi?u A. Austenit có ?? hòa tan t?i ?a là 2,11% C ? 1148 C và dung d?ch r?n 0,77% C ? 727 C. ?? b?n và ?? c?ng c?a nó là cao h?n so v?i ferit, ?? d?o và ?? dai c?a nó t?t, và nó kh?ng có t? tính. Các tính ch?t c? h?c c? th? c?a nó liên quan ??n hàm l??ng cacbon và kích th??c h?t, nói chung là 170-220 HBS, = 40-50%. Thép TRIP là lo?i thép ???c phát tri?n trên c? s? tính d?o t?t và tính linh ho?t c?a Austenit. S? bi?n ??i do bi?n d?ng gay ra và tính d?o do bi?n ??i c?a Austenit ???c gi? l?i ???c s? d?ng ?? c?i thi?n ?? d?o c?a thép t?m và kh? n?ng ??nh hình c?a t?m thép. Austenit trong thép k?t c?u cacbon ho?c h?p kim chuy?n thành các pha khác trong quá trình làm mát. Ch? sau khi làm ngu?i thép cacbon và thép cacbon cao, Austenit m?i có th? t?n t?i trong khe h? mactenxit và c?u trúc kim lo?i c?a nó có màu tr?ng vì kh?ng d? b? ?n mòn.

Ⅲ. Xi m?ng

 Xi m?ng là m?t h?p ch?t kim lo?i ???c t?ng h?p b?i m?t t? l? nh?t ??nh c?a cacbon và s?t. C?ng th?c phan t? Fe3C cho th?y hàm l??ng cacbon c?a nó là 6,69%, và (Fe, M) 3C ???c t?o thành trong h?p kim. Xi m?ng c?ng và giòn, ?? d?o và ?? dai va ??p c?a nó g?n nh? b?ng kh?ng, ?? giòn c?a nó r?t cao và ?? c?ng c?a nó là 800HB. Trong s?t thép, s? phan b? th??ng là d?ng m?ng, bán m?ng, d?ng v?y, d?ng v?y kim và d?ng h?t.

 IV. Ng?c trai

 Pearlite là m?t h?n h?p c? h?c c?a ferit và xi m?ng, ???c bi?u th? b?ng ky hi?u P. Tính ch?t c? h?c c?a nó là gi?a ferit và xi m?ng, có ?? b?n cao, ?? c?ng v?a ph?i và ?? d?o nh?t ??nh. Pearlite là s?n ph?m c?a quá trình bi?n ??i eutectoid trong thép. Hình thái c?a nó là ferit và xim?ng x?p thành t?ng l?p gi?ng nh? d?u van tay. Theo m? hình phan b? c?a cacbua, nó có th? ???c chia thành hai lo?i: ng?c trai d?ng v?y và ng?c trai hình c?u.

 m?t. Flake Pearlite: Có th? chia thành ba lo?i: v?y dày, v?y trung bình và v?y m?n.

b. Ng?c trai hình c?u: thu ???c b?ng cách ? hình c?u, xi m?ng có hình c?u và phan b? trên n?n ferit. kích th??c c?a hình c?u xi m?ng ph? thu?c vào quá trình ? hình c?u, ??c bi?t là t?c ?? làm ngu?i. Pearlite hình c?u có th? ???c chia thành b?n lo?i: hình c?u th?, hình c?u, hình c?u m?n và hình c?u.

V. Bainite

Bainite là s?n ph?m c?a quá trình bi?n ??i austenit bên d??i vùng chuy?n ??i ng?c trai và trên ?i?m MS trong vùng nhi?t ?? trung bình. Bainite là m?t h?n h?p c? h?c c?a ferit và xi m?ng, c?u trúc gi?a ng?c trai và mactenxit, ???c bi?u th? b?ng ky hi?u B. Theo nhi?t ?? hình thành, nó có th? ???c chia thành bainite d?ng h?t, bainite trên (B trên) và bainit d??i (B d??i). Bainite d?ng h?t có ?? b?n th?p nh?ng ?? dai t?t. bainite th?p h?n v?a có ?? b?n cao v?a có ?? d?o dai t?t. bainite d?ng h?t có ?? dai kém nh?t. Hình thái Bainite có th? thay ??i. Theo ??c ?i?m hình d?ng, bainite có th? ???c chia thành ba d?ng: d?ng l?ng, d?ng kim và d?ng h?t.

m?t. Bainite th??ng:

Bainit trên ???c ??c tr?ng b?i s? s?p x?p song song c?a ferit d?ng d?i, v?i xi m?ng d?ng d?i m?n (ho?c thanh ng?n) song song v?i tr?c kim ferit, có l?ng.

b. Bainite th?p h?n:

v?y hình kim m?n, có h??ng nh?t ??nh, d? b? ?n mòn h?n mactenxit ?? ???c d?p t?t, r?t gi?ng mactenxit t?i luy?n, r?t khó phan bi?t d??i kính hi?n vi ánh sáng, d? phan bi?t d??i kính hi?n vi ?i?n t?. cacbua k?t t?a trong ferit d?ng th?u kính, và h??ng liên k?t c?a nó là 55-60 ?? v?i tr?c dài c?a t?m ferit, bainit th?p h?n kh?ng ch?a các c?p song sinh, có nhi?u s? l?ch h??ng h?n.

c. Bainite d?ng h?t:

Ferit v?i hình d?ng ?a giác và nhi?u c?u trúc d?ng ??o kh?ng ??u. Khi Austenit c?a thép ???c làm ngu?i ??n cao h?n m?t chút so v?i nhi?t ?? hình thành c?a bainit trên, m?t s? nguyên t? cacbon c?a ferit k?t t?a di chuy?n t? ferit sang Austenit th?ng qua ranh gi?i pha ferit / austenit, làm cho Austenit giàu cacbon kh?ng ??ng ??u, do ?ó h?n ch? s? chuy?n hóa t? Austenit thành ferit. Các vùng Austenit này th??ng có d?ng ??o, d?ng h?t ho?c d?ng d?i, phan b? trên ma tr?n ferit. Trong quá trình làm ngu?i liên t?c, theo thành ph?n c?a austenit và ?i?u ki?n làm mát, austenit trong các thùng h?t có th? tr?i qua nh?ng thay ??i sau ?ay.

(i) Phan h?y toàn b? ho?c m?t ph?n thành ferit và cacbua. D??i kính hi?n vi ?i?n t? có th? nhìn th?y các cacbua d?ng h?t, hình que ho?c kh?i nh? v?i s? phan tán ?a h??ng.

(ii) bi?n ??i m?t ph?n thành mactenxit, có màu vàng hoàn toàn d??i kính hi?n vi ánh sáng.

(iii) v?n gi? ???c Austenit giàu cacbon.

Cacbua d?ng h?t ???c phan b? trên ma tr?n ferit c?a bainit d?ng h?t (c?u trúc ??o ban ??u là austenit giàu cacbon, ???c phan h?y thành ferit và cacbua khi ngu?i, ho?c chuy?n thành mactenxit ho?c các h?t austenit v?n giàu cacbon). L?ng bainit, ma tr?n ferit, cacbua d?i k?t t?a ? l? c?a t?m ferit. Bainite th?p h?n, ferit d?ng th?u kính v?i cacbua v?y nh?, cacbit v?y trong ferit c?a tr?c dài là góc kho?ng 55 ~ 60 ??. 

VI. NHI?M V? C?A WEISHER

C?u trúc Widmanstatten là m?t lo?i c?u trúc quá nhi?t, bao g?m các kim ferit giao nhau kho?ng 60 ?? và ???c nhúng trong ma tr?n thép. C?u trúc Widmanstatten th? làm gi?m ?? d?o và ?? dai c?a thép và làm t?ng ?? giòn c?a nó. Trong thép hypoeutectoid, các h?t th? ???c hình thành do quá nhi?t và k?t t?a nhanh chóng khi ngu?i. Do ?ó, ngoài s? k?t t?a m?ng d?c theo ranh gi?i h?t austenit, m?t s? ferit ???c hình thành t? ranh gi?i h?t sang h?t theo c? ch? c?t và k?t t?a riêng r? thành hình kim. C?u trúc c?a phan ph?i này ???c g?i là c?u trúc Widmanstatten. Khi thép siêu nhi?t siêu nóng ???c làm ngu?i, xi m?ng c?ng m? r?ng t? ranh gi?i h?t sang h?t và t?o thành c?u trúc Widmanstatten.

Ⅶ.Martensite

Dung d?ch r?n siêu b?o hòa c?a cacbon trong alpha-Fe ???c g?i là mactenxit. Mactenxit có ?? b?n và ?? c?ng cao, nh?ng ?? d?o kém, g?n nh? b?ng kh?ng. Nó kh?ng th? ch?u t?i tr?ng va ??p ???c bi?u th? b?ng ky hi?u M. Mactenxit là s?n ph?m c?a quá trình làm ngu?i nhanh Austenit ???c làm l?nh kém và chuy?n ??i ch? ?? c?t gi?a các ?i?m MS và Mf. T?i th?i ?i?m này, cacbon (và các nguyên t? h?p kim) kh?ng th? khu?ch tán theo th?i gian, ch? t? m?ng tinh th? (tam m?t) c?a gamma-Fe ??n m?ng tinh th? (tam c? th?) c?a alpha-Fe, t?c là dung d?ch r?n (austenit) c?a cacbon trong gamma-Fe thành dung d?ch r?n c?a cacbon trong alpha-Fe. Do ?ó, s? bi?n ??i Mactenxit d?a trên các ??c ?i?m kim lo?i h?c c?a Mactenxit, có th? chia thành Mactenxit lath (cacbon th?p) và Mactenxit d?ng th?u kính.

m?t. Mactenxit lath:

còn ???c g?i là mactenxit cacbon th?p. Các d?i mactenxit m?n có cùng kích th??c ???c s?p x?p song song v?i nhau ?? t?o thành các bó mactenxit ho?c mi?n mactenxit. s? khác bi?t v? ??nh h??ng gi?a các mi?n và các mi?n là l?n, và m?t s? mi?n có ??nh h??ng khác nhau có th? ???c hình thành trong m?t h?t austenit nguyên th?y. Do s? hình thành mactenxit ? nhi?t ?? cao nên trong quá trình làm ngu?i ch?c ch?n s? x?y ra hi?n t??ng t? luy?n và cacbit s? k?t t?a trong mactenxit hình thành nên d? b? xói mòn và s?m màu.

 b. Mactenxit d?ng th?u kính:

còn ???c g?i là Mactenxit d?ng v?y ho?c Mactenxit cacbon cao, ??c ?i?m c? b?n c?a nó là: t?m Mactenxit ??u tiên hình thành trong h?t Austenit t??ng ??i l?n, th??ng xuyên trong toàn b? h?t, h?t austenit b? chia c?t, do ?ó kích th??c c?a Mactenxit hình thành sau này b? h?n ch?. nên kích th??c c?a mactenxit d?ng v?y thay ??i, phan b? kh?ng ??u. Mactenxit d?ng th?u kính ???c hình thành theo m?t h??ng nh?t ??nh. Có m?t ???ng g? ? gi?a trong kim mactenxit. Hàm l??ng cacbon càng cao thì mactenxit càng r? ràng. ??ng th?i, có Austenit gi? l?i màu tr?ng gi?a Mactenxit.

 c. Mactenxit ???c hình thành sau khi t?i ngu?i c?ng có th? t?o thành ba c?u trúc kim lo?i h?c ??c bi?t sau khi t?i luy?n:

(i) Mactenxit t?i luy?n:

h?n h?p c?a t?m mactenxit ???c hình thành trong quá trình t?i ngu?i (v?i c?u trúc tinh th? c?a trung tam c? th? t? giác) ???c phan h?y trong giai ?o?n ??u tiên c?a quá trình t?i luy?n, trong ?ó cacbon ???c phan gi?i ? d?ng cacbua chuy?n ti?p và các t?m cacbua chuy?n ti?p c?c m?n phan tán trong ch?t r?n ma tr?n dung d?ch (có c?u trúc tinh th? ?? thay ??i thành kh?i l?p ph??ng có tam) (giao di?n v?i ma tr?n là giao di?n m?ch l?c) C?u trúc pha. lo?i c?u trúc này kh?ng th? phan bi?t ???c c?u t?o bên trong c?a nó ngay c? khi ???c phóng ??i ??n ?? phóng ??i c?c ??i d??i kính hi?n vi quang h?c (quang h?c), ch? có th? th?y r?ng toàn b? c?u trúc c?a nó là kim ?en (hình d?ng c?a kim ?en v? c? b?n gi?ng v?i hình d?ng c?a kim tr?ng. trong quá trình d?p t?t). Lo?i kim ?en này ???c g?i là "Mactenxit t?i".

(ii) Troostit ???c ?:

s?n ph?m c?a mactenxit t?i luy?n ? nhi?t ?? trung bình, ??c tr?ng b?i s? bi?n m?t d?n d?n hình d?ng kim c?a mactenxit, nh?ng v?n có th? nhìn th?y m? h? (thép h?p kim ch?a crom, nhi?t ?? k?t tinh l?i h?p kim ferit c?a nó cao h?n, vì v?y nó v?n gi? ???c hình kim), cacbua k?t t?a nh? , khó phan bi?t d??i kính hi?n vi ánh sáng, các h?t cacbua ch? có th? nhìn th?y d??i kính hi?n vi ?i?n t?, c?c D? b? xói mòn và hóa ?en các m?. N?u ? nhi?t ?? cao h?n ho?c ?? lau h?n, kim s? có màu tr?ng. Lúc này các cacbit s? t?p trung nhi?u ? mép kim, ??ng th?i ?? c?ng c?a thép s? kém ?i m?t chút và ?? b?n gi?m.

(iii) sorbite ?? ???c ?:

s?n ph?m c?a mactenxit t?i luy?n ? nhi?t ?? cao. ??c ?i?m c?a nó là: cacbua h?t m?n phan b? trên n?n sorbite, có th? phan bi?t r? ràng d??i kính hi?n vi ánh sáng. Lo?i c?u trúc này, còn ???c g?i là c?u trúc ?i?u hòa, có s? k?t h?p t?t gi?a s?c m?nh và ?? d?o dai. Các cacbua trên ferit càng m?n thì ?? c?ng và ?? b?n càng cao, và ?? dai càng kém. ng??c l?i, ?? c?ng và ?? b?n càng th?p và ?? dai càng cao.

Ⅷ.Ledeburite

H?n h?p eutectic trong h?p kim FERROCARBON, t?c là h?p kim FERROCARBON l?ng v?i ph?n kh?i l??ng c?a cacbon (hàm l??ng cacbon) là 4,3%, ???c g?i là ledeburite khi h?n h?p c? h?c c?a austenit và xim?ng k?t tinh ??ng th?i t? ch?t l?ng ? 1480 ?? C. K? t? khi Austenit bi?n ??i thành Pearlit ? 727 C, ledeburit ???c c?u t?o t? ng?c và xim?ng ? nhi?t ?? phòng. ?? phan bi?t ledeburite trên 727 C ???c g?i là ledeburite nhi?t ?? cao (L d), và ledeburite d??i 727 C ???c g?i là ledeburite nhi?t ?? th?p (L'd). Các tính ch?t c?a ledeburite t??ng t? nh? c?a xi m?ng v?i ?? c?ng cao và ?? d?o kém.