BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
Ho Chi Minh University of Technology and Education
…………..o0o…………..

BÁO CÁO
THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC
BÀI 2: NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC TẾ VI CỦA HỢP
KIM SẮT- CARBON Ở TRẠNG THÁI CÂN BẰNG GIẢ
ỔN ĐỊNH

GVHD: ThS. NGUYỄN THANH TÂN
SVTH: CAO VĂN ĐỨC HIỀN

MSSV: 19344030

TP.HCM Tháng 10, Năm 2020


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Tân

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................

Điểm: ……………………………..

KÝ TÊN

Cao Văn Đức Hiền - 19344030


Trang 2


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Tân

BÀI 2: NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC TẾ VI CỦA HỢP KIM SẮT- CARBON Ở TRẠNG
THÁI CÂN BẰNG GIẢ ỔN ĐỊNH
I. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU
- Phân tích được giản đồ trạng thái Fe-C.
- Quan sát mẫu thép và gang trắng ở trạng thái cân bằng.
- Phân biệt được sự khác nhau giữa thép và gang trắng.cứng của thép.
- Xác định được thành phần cacbon có trong hợp kim dựa vào giản đồ trạng thái Fe-C
- So sánh được cơ tính của các mác thép đựa vào tổ chức và tỉ lệ pha
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.
1. Giản đồ trạng thái hợp kim Fe-C
1.1 Đặc điểm của Fe-C
1.1.1. Đặc điểm của Fe: Có các dạng thù hình
- t0 < 9110C: Mạng lập phương thể tâm: Feα (Hình 2.1)
- 9110C < t0 < 13920C: Mạng lập phương diện tâm (Hình 2.2)
- 13920C < t0 < 15390C: Mạng lập phương thể tâm (Hình2.1)

Hình 2.1 - Mạng lập phương thể tâm

Hình 2.2 - Mạng lập phương diện tâm

1.1.2. Đặc điểm của Cacbon: Tồn tại ở các dạng sau:
+ Vô định hình: Than khoáng sản, than gỗ.
+ Graphite: Có kiểu mạng lục giác xếp lớp.

+ Mạng kim cương

a) Graphite (Lục giác xếp lớp)

b) Mạng kim cương

Hình 2.3 – Các kiểu mạng tinh thể của Cacbon

Cao Văn Đức Hiền - 19344030

Trang 3


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Tân

1.2. Tương tác giữa Fe và C
1.2.1. Tạo Ferrite: Là dung dịch rắn xen kẽ của C trong Fe
Ký hiệu: F== Fe C);  = Fe (C) loại này có độ bền thấp, độ dẻo cao, độ cứng thấp.
Cơ tính của sắt ở nhiệt độ thường:
- b = 250N/mm2; c = 120N/mm2; khối lượng riêng  = 7,8g/cm3
- Nhiệt độ nóng chảy t0n/c = 15390C; Độ cứng = 80HB;  = 50%.
1.2.2. Tạo Austenite: Là dung dịch rắn xen kẽ của C trong Fe
Ký hiệu: A = As =  = Fe(C).  tồn tại ở nhiệt độ lớn hơn 7270, là pha có độ bền khá cao, dẻo
rất cao, cứng thấp.

Hình 2.4 – Tổ chức tế vi của Ferrite
Cơ tính của sắt ở nhiệt độ thường:
- b = 250N/mm2; c = 120N/mm2; khối lượng riêng  = 7,8g/cm3

- Nhiệt độ nóng chảy t0n/c = 15390C; Độ cứng = 80HB;  = 50%.
1.2.2. Tạo Austenite: Là dung dịch rắn xen kẽ của C trong Fe
Ký hiệu: A = As =  = Fe(C).  tồn tại ở nhiệt độ lớn hơn 7270, là pha có độ bền khá cao, dẻo
rất cao, cứng thấp.

Hình 2.5 - Austenite

Cao Văn Đức Hiền - 19344030

Trang 4


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Tân

1.2.3. Tạo pha Cementite: Fe3C, có kiểu mạng lập phương phức tạp
Cementite là pha xen kẽ giữa Fe và C, có độ cứng rất cao: 800 HV, tương đương 800HB;
tính chống mài mòn tốt, nhưng rất giòn.Thành phần C trong Fe3C tính theo trọng lượng là
6,67%, ký hiệu Ce. Gồm CeI (Hình2.8), CeII (Hình 2.9), CeIII

Hình 2.6 – Mạng tinh thể của Cementite
1.3. Giản đồ trạng thái Fe-C

Hình 2.1 - Giản đồ trạng thái

Cao Văn Đức Hiền - 19344030

Trang 5



BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Tân

Đây là loại giản đồ cân bằng giả ổn định, Fe-Fe3C được sử dụng rộng rãi trong thực tế.
Phụ thuộc vào hàm lượng cacbon trong hợp kim mà người ta chia hợp kim Fe-C thành 2 loại:
+ Thép 0,02% < C  2,14% & Gang trắng 2,14% < C < 6,67%
Bảng 2.2 Trạng thái các điểm từ giản đồ pha Fe-C4
Điểm Nhiệt độ 0C % C Điểm Nhiệt độ 0C % C
A

1539

0

Q

t0 thường

0.006

B

1499

0.51

F


1147

6.67

H

1499

0.1

D

1600

6.67

J

1499

0.16

G

910

0

N


1392

0

P

727

0.02

E

1147

2.14

S

727

0.8

C

1147

4.3

K


727

6.67

1.4. Các tổ chức cơ bản.
1.4.1. Các tổ chức một pha.
Dung dịch lỏng là sự hòa tan của C và Fe, tồn tại ở t0 > t0 đường ABCD.
+ Cementite (Ce hay Fe3C): là pha xen kẽ, thành phần chứa 6,67%C (trên giản đồ trạng thái
nó biểu thị bằng đường thẳng DFKL). Có 3 loại Ce:
+ Cementite thứ nhất (CeI, Fe3C1) được tạo thành từ dung dịch lỏng khi t0 < t0CD (16000C ÷
11470C), do tạo thành ở nhiệt độ thường nên nó có kích thước lớn nhất. CeI có dạng vệt sáng
dài, gọi là “đại lộ

Hình 2.8 - Tổ chức tế vi gang trắng sau cùng tinh.
+ Cementite thứ hai (CeII, Fe3CII) được tạo thành từ dung dịch rắn austenit khi t0 < t0 đường
ES (11470C ÷ 7270C), độ hòa tan của cacbon trong sắt γ giảm từ 2,14% xuống còn

Cao Văn Đức Hiền - 19344030

Trang 6


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Tân

0,8%. Ở nhiệt độ thường CeII có thể là các hạt màu sáng hoặc có thể ở dạng lưới (màu trắng)
bao quanh hạt P (loại lưới CeII làm xấu cơ tính của thép).

(a) Cementite hạt

(b) Cementite lưới
Hình 2.9 - Tổ chức tế vi thép sau cùng tích
+ Cementite thứ ba (CeIII) cũng được tạo thành từ trạng thái rắn nhưng là từ Ferrite khi t0 < t0
đường PQ (nhiệt độ < 7270C), %C giảm từ 0,02% ở 7270C → 0,006%C ở t0 thường. Số lượng
CeIII rất ít, có thể bỏ qua.
• Ferrite (F, α) : Là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon trong Feα, mạng lập phương thể tâm,
trên giản đồ trạng thái nó độc lập trong vùng GPQ, %Cmax ở 7270C là 0,02%, %Cmax ở 00C
là 0,006% (Hình2.7).
• Austenite (γ, As): Là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon trong Feγ, mạng lập phương diện
tâm, trên giản đồ nó độc lập trong vùng NJESG, %Cmax ở 11470C là 2,14%, %Cmax ở 7270C
là 0,8%.
1.4.2. Các tổ chức hai pha.
Các tổ chức hai pha là cùng tích và cùng tinh, chúng đều là hỗn hợp cơ học của Ferrite và
•

cementite tạo thành ở nhiệt độ khác nhau.
Pearlite ( P=[ F+ Ce] ) là hỗn hợp cơ họccùng tích của
Ferrite và cementite, tạo thành ở nhiệt độ 7270C từ dung
dịch rắn austennit có nồng độ C=0,8%, Pearlite chứa
88%F + 12%Ce. Tùy vào hình dạng của Ce trong hỗn
hợp ta phân biệt P tấm và P hạt.
Pearlite tấm gồm các tấm cementite và tấm Ferrite nằm

Cao Văn Đức Hiền - 19344030

Hình 2.10 – Tổ chức tế vi
thép cùng
tích (Pearlite tấm)

+


Trang 7


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Tân

xen kẽ nhau trên tổ chức tế vi thấy rất rõ các vạch Ce có màu tối nổi trên nền F sáng.
+ Pearlite hạt là hỗn hợp cơ học của các hạt Ce màu trắng có biên giới màu đen trên nền F
màu trắng.

Hình 2.11 - Tổ chức tế vi thép cùng tích (Pearlite hạt)
• Ledeburite [ Lê=(+ Ce), (P+Ce) ] : là hỗn hợp cơ học
cùng tinh, tạo thành từ dung dịch lỏng có 4,3%C ở11470C
(điểm C); (P+Ce) do =(+ Ce) tạo thành khi t0<7270C. Lúc
mới tạo thành gồm Lê=( + Ce), tồn tại trong khoảng nhiệt
độ 7270C< t0 <11470C, khi làm nguội xuống dưới 7270C thì
 chuyển thành P nên lúc này Lê = (P+Ce); Loại này tồn tại
ở t0<7270C.
Tổ chức tế vi của Lê ở nhiệt độ thường gồm các hạt đen
P nổi trên nền sáng Ce có dạng như da báo.

Hình 2.12 – Tổ chức tế vi
thép cùng
tích (Pearlite tấm)

2. Phân loại thép và gang trắng
2.1. Thép
Định nghĩa: Thép là hợp kim của Fe và C mà 0,02 < C% ≤

2,14
Các loại thép: Căn cứ vào điểm cùng tích S (0,8%C;
7270C)
Hình 2.12 – Tổ chức tế vi
thép cùng
tích (Pearlite
- Tổ chức tế vi ở nhiệt độ thường: F+P. Tỉ lệ F(màu sáng) và P (màu
tối) phụtấm)
thuộc vào hàm

+ Thép trước cùng tích- 0,02% < C < 0,8%

lượng cacbon. Hàm lượng cacbon càng cao thì tỉ lệ P càng cao.

Cao Văn Đức Hiền - 19344030

Trang 8


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Tân

+ Thép cùng tích
- %C = 0,8%
- Tổ chức tế vi: 100% P có 2 dạng: P tấm (Hình2.11) và P hạt (Hình2.12).
+ Thép sau cùng tích
- 0,8% < C ≤ 2,14%
- Tổ chức tế vi: P + CeII có 2 dạng: CeII dạng hạt (Hình2.9.a) và CeII dạng lưới (Hình2.9.b)
2.2. Gang trắng

Định nghĩa: Gang trắng là hợp kim của Fe và C mà 2,14%
< C < 6,67%
Các loại gang trắng: Căn cứ điểm cùng tinh C (4,3%C;
11470C)
+ Gang trắng trước cùng tinh - 2,14% < C < 4,3%
- Tổ chức tế vi ở nhiệt độ thường: P + CeII + LeII
+ Gang trắng cùng tinh - C = 4,3%
- Tổ chức tế vi ở nhiệt độ thường: 100% LeII
+ Gang trắng sau cùng tinh - 4,3% < C < 6,67%
- Tổ chức tế vi ở nhiệt độ thường: CeI + LêII (Hình2.8).

Cao Văn Đức Hiền - 19344030

Trang 9


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Tân

HÌNH TÓM TẮT TỔ CHỨC TẾ VI CỦA HỢP KIM Fe-C

Cao Văn Đức Hiền - 19344030

Trang 10


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Tân


GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI FE-C

III. NỘI DUNG THÍ NGHIỆM.
➢ Có từ 7 mẫu được đánh số theo thứ tự 1; 2; 3;…..
➢ Sinh viên tiến hành quan sát tất cả trên kính hiển vi kim loại và vẽ lại tổ chức tế vi của
nó.

Cao Văn Đức Hiền - 19344030

Trang 11


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Tân

IV. KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT TN.
STT

MẪU

1

QUAN SÁT

NHẬN XÉT

- Gang xám Ferrite


Graphite dạng cụm

2

bông (Gang Ferrite)

- Thép sau cùng tích
>0,8%C
- Tổ chức cân bằng
Pearlite+CenmentiteII

3

- Thép trước cùng tích.
<0,8%C
- Tổ chức:
Ferrite(sáng) +
Pearlite

4

Cao Văn Đức Hiền - 19344030

Trang 12


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC

5


GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Tân

Gang cầu Pearlite

Graphite dạng cụm

6

bông (Gang Ferrite)

- Gang trắng trước
cùng tinh: 2.14% < C
< 4.3%

7

- Tổ chức: Pearlite
tấm + Ledeburite +
CememtiteII sáng.

- Gang trắng cùng

8

tinh: C = 4.3%
- Tổ chức: LedeburitII

- Gang trắng sau cùng
tinh: 4.3% < C <
6.67%

- Tổ chức tế vi ở nhiệt

9

độ thưởng: XeI + LeII
đại lộ Xementit

Cao Văn Đức Hiền - 19344030

Trang 13


BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC

GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Tân

- Thép cùng tích
= 0,8%C

10

- Tổ chức: cân bằng
Pearlite

11

Cao Văn Đức Hiền - 19344030

Trang 14