Thép bainitic cường độ cao sở hữu các đặc tính mang lại lợi ích cho chúng so với các loại thép thông thường. Điều này đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu những vật liệu này để ứng dụng chúng trong một số lĩnh vực công nghệ.

Nghiên cứu: Quan điểm về các khía cạnh công nghệ của thép Bainitic cường độ cao tiên tiến. Hình ảnh: Ông Kosal / Shutterstock.com

Khái niệm về các vật liệu này đã được xem xét lại trong một nghiên cứu được xuất bản trên Metals với mục đích làm nổi bật những thách thức và hạn chế với các vật liệu này và khám phá các hướng nghiên cứu và phát triển hơn nữa.

Thép Bainitic là gì?

Các loại thép bainitic thông thường chứa hàm lượng ximăng cao trong cấu trúc vi mô của chúng. Thép Bainitic được hình thành thông qua quá trình giữ đẳng nhiệt. Thép Bainit có một số hình thái, bao gồm bainite dưới, bainite trên và bainite dạng hạt. Tùy thuộc vào nhiệt độ của quá trình xử lý, ximăng xuất hiện trong các tấm ferit bainitic (bainit dưới) hoặc tại ranh giới của chúng (bainit trên).

Bainit dạng hạt khác với bainit dưới và trên. Trái ngược với bainit thông thường, cấu trúc vi mô của bainit dạng hạt thiếu sự hiện diện của cacbit. Cấu trúc vi mô cuối cùng của bainit dạng hạt chứa cả austenit và marstenit (có hại) với hàm lượng cacbon cao trong dung dịch rắn. Với việc bổ sung silicon, thép bainitic không chứa cacbua có hình thái khác nhau và có hàm lượng cacbon cao hơn có thể được sản xuất do sự ức chế kết tủa xi măng.

Hình ảnh SEM điện tử thứ cấp của bề mặt kim loại khắc Nital của: (a) CFB dạng hạt thu được bằng cách làm lạnh liên tục  (b) bainite có cấu trúc nano từ thép có 1C-2,5Si wt.% (Trong số các nguyên tố khác) được xử lý ở 250 ° C trong 16 giờ  (c) bainite cấu trúc nano từ thép có 0,7C-1,4Si% trọng lượng (trong số các nguyên tố khác) được xử lý ở 220 ° C trong thời gian bổ sung. BF là viết tắt của ferit bainitic. Tín dụng hình ảnh: Morales-Rivas, L, Kim loại

Có thể đạt được các đặc tính vật liệu tương đương với thép tôi và thép tôi khi gia nhiệt đẳng nhiệt cho đến khi biến đổi bainitic hoàn toàn bằng cách ức chế biến đổi mactenxit khi làm nguội lần cuối. Nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng giữ đẳng nhiệt có thể giúp chữa lành các vết nứt nhỏ do kết tủa xi măng gây ra trong quá trình dập tắt.

Thép Bainitic cấu trúc nano cường độ cao

Những loại thép bainitic này còn được gọi là thép bainit siêu cấp và thép bainitic nhiệt độ thấp. Làm từ silicon, chúng có độ bền kéo cao (trên 2000 MPa) và độ giãn dài lên đến 20%. Những loại thép này chứa một lượng lớn carbon và silicon. Một ưu điểm của những loại thép này là nhiệt độ ban đầu thấp hơn để chuyển đổi bainitic. Giữ đẳng nhiệt dẫn đến một cấu trúc vi mô rất tốt, với các tiểu đơn vị ferit bainit có kích thước nano.

Trong các loại thép này, pha bainitic được giữ lại ở nhiệt độ phòng do Austenit còn lại rất giàu cacbon trong dung dịch rắn. Do đó, trong quá trình làm nguội cuối cùng, quá trình biến đổi mactenxit bị cản trở, tạo ra thép có độ bền cao so với hình thái bainitic thông thường.

Các nguyên tố hợp kim khác được sử dụng trong quá trình sản xuất thép bainitic có quy mô nano. Đây là mangan, crom và molypden. Các nguyên tố khác như vanadi và nhôm được sử dụng tùy thuộc vào quy trình sản xuất và ứng dụng.

Ưu điểm của các nguyên tố này bao gồm nhiệt độ ban đầu bainitic và mactenxit thấp hơn, cải thiện khả năng làm cứng và giảm thiểu các vấn đề phân tách hóa học. Các giá trị cường độ cực cao của những loại thép này là do kích thước nano của các đặc tính ferit baini.

Hiệu suất cơ học của thép thông thường và AHSS. Tín dụng hình ảnh: Morales-Rivas, L, Kim loại

Nghiên cứu

Bài báo được xuất bản trên tạp chí Metals đã nghiên cứu những loại thép bainitic có cấu trúc nano có độ bền cao này. Phần chính của bài báo được chia thành ba phần khám phá các loại thép bainitic không chứa cacbua khác nhau. Đây là các loại thép bainitic có cấu trúc nano có hàm lượng cacbon cao / trung bình đã được hình thành ở nhiệt độ thấp với quá trình giữ đẳng nhiệt, thép có hàm lượng cacbon trung bình / thấp được sản xuất dưới dạng sản phẩm phẳng và thép có hàm lượng cacbon trung bình thấp thường được sản xuất dưới dạng các sản phẩm dài, được hình thành bằng cách sử dụng liên tục làm mát.

Mục đích chính của nghiên cứu là xem xét và làm nổi bật những cơ hội và hạn chế chính của thép bainitic cường độ cao tiên tiến. Nghiên cứu xem xét các chiến lược hợp kim và cấu trúc vi mô khác nhau để sản xuất thép bainitic cường độ cao.

Một hướng nghiên cứu được nhấn mạnh trong nghiên cứu là phát triển thép chịu lực bainitic cấu trúc nano. Vật liệu này có lớp bề mặt là bainite cấu trúc nano với lõi là mactenxit đã được tôi luyện. Lớp bề mặt tinh thể nano có tác dụng làm cứng trường hợp mang lại cho thép tôi các đặc tính bề mặt vượt trội.

Các hành vi tiếp xúc mài mòn và lăn của vật liệu này vượt trội hơn so với thép chịu crom có ​​hàm lượng cacbon cao thông thường, thường chứa cacbua thô trong cấu trúc vi mô của chúng. Thép chịu lực bainitic cấu trúc nano đã được đề xuất cho các thành phần chịu lực, có yêu cầu cao.

Nghiên cứu đã nêu bật một số hướng nghiên cứu thú vị khác đối với thép bainitic cấu trúc nano độ bền cao và đóng vai trò như một bổ sung đáng kể cho cơ sở kiến ​​thức trong lĩnh vực nghiên cứu này.

 

Sơ đồ minh họa thép bainitic cường độ cao tiên tiến (trong đường gạch ngang màu xanh lam) so với hàm lượng C và kích thước của mặt cắt ngang của bộ phận. Tín dụng hình ảnh: Morales-Rivas, L, Kim loại

Hướng nghiên cứu trong tương lai

Các tác giả đã tuyên bố rằng các hướng nghiên cứu trong tương lai nên bao gồm việc sử dụng các chế phẩm hóa học đơn giản và tiêu chuẩn làm nguyên tố hợp kim cho các loại thép này. Điều này sẽ cải thiện khả năng tái chế, phù hợp hơn với khái niệm nền kinh tế tuần hoàn. Việc tinh chỉnh cấu trúc vi mô sẽ có lợi đáng kể cho thiết kế material design.

Hơn nữa, các tác giả đã tuyên bố rằng cần phải nỗ lực để giảm hàm lượng cacbon khối lượng lớn, điều này có thể đòi hỏi sự tích hợp của các công đoạn nhiệt hóa trong quá trình sản xuất. Điều này khả thi hơn đối với các bộ phận có mặt cắt ngang nhỏ hơn. Sự phát triển của các vi cấu trúc ổn định nhiệt sử dụng làm mát bằng không khí liên tục sẽ có lợi cho cả mục đích sản xuất và lắp ráp.

(Nguồn: www.mdpi.com)

 

Cảm ơn đã theo dõi hết bài viết!!!