Giáo trình Vật liệu gồm có 10 chương như sau: Chương 1: Khái niệm cơ bản, tính chất chung của kim loại và hợp kim; Chương 2: Hợp kim sắt – cacbon; Chương 3: Gang; Chương 4: Thép; Chương 5: Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện; Chương 6: Kim loại màu và hợp kim màu; Chương 7: Ăn mòn kim loại, phương pháp chống ăn mòn kim loại; Chương 8: Vật liệu phi kim loại; Chương 9: Nhiên liệu; Chương 10: Dầu và mỡ. Mời các bạn cùng tham khảo.
Trang 1_ BQ GIAO THONG VAN TAI
Trang 3BQ GIAO THONG VAN TAI
TRUONG CAO DANG GIAO THONG VAN TAI TRUNG UONG I
GIAO TRINH
MON HOC 11: VAT LIEU
NGHE: VAN HANH MAY THI CONG NEN DUONG HỆ ĐÀO TẠO: CAO DANG
(Lưu hành nội bộ)
Trang 4MO DAU
Môn học: Vật liệu là một trong những môn học bắt buộc trong chương trình đào tạo nghề Vận hành máy thi công nền, vận hành máy thi công mặt đường, Trình độ
trung cấp nghề;
Đây là một môn học cơ sở rất quan trọng trong chương trình đào tạo, môn học này giúp cho người học nắm được cơ sở các loại vật liệu sản xuất ra máy móc thiết bị chuyên nghành,từ đó nâng nâng cao được kỹ năng bảo dưỡng sủa chữa cũng như vận hành
Môn này có thể tiễn hành học trước các môn học, mô đun chuyên
Chúng tôi gồm các Thạc sỹ, Cử nhân, giáo viên có tay nghề cao nghề
Xây dựng cầu đường, có nhiều kinh nghiệm trong giảng day, đã sưu tầm, bằng
kinh nghiệm, bằng kiến thức chuyên môn, cố gắng biên soạn ra giáo trình nội bộ
cho môn học này, nhằm giúp người học nhanh chóng tiếp thu được môn học; Trong quá trình biên soạn chúng tôi đã có nhiều cô gắng, song không
thể tránh khỏi những khiếm khuyết, chúng tôi rất mong được sự góp ý, bổ sung để chúng tơi hồn thiện hơn nữa Chúng tôi chân thành cảm ơn MỤC LỤC Số Tén chuong/muc Trang TT I | Chuong 1: Khai niém co ban, tinh chat chung cua kim loai va hop 3 kim
IL_| Chuong 2: Hop kim sat - cacbon 13
Ill | Chuong 3: Gang 16
IV_| Chuong 4: Thép 21
V_| Chuong 5: Nhiét luyén va hoa nhiét luyén 30
VỊ | Chương 6: Kim loại màu và hợp kim màu 36
VII | Chương 7: An mòn kim loại, phương pháp chỗng ăn mòn kim loại 41
VIII | Chuong 8: Vật liệu phi kim loại 43
IX | Chương 9: Nhiên liệu - s— 47
Trang 5CHUONGI
KHAI NIEM CO BAN
TINH CHAT CHUNG CUA KIM LOAI VA HOP KIM
1 Cấu tạo kim loại và hợp kim
1.1.Tầm quan trọng của kim loại và hợp kim
Để phát triển kinh tế quốc dân phải phát triển công nghiệp nặng mà đặc biệt là nghânh chế tạo máy Muốn vậy thì phải có vật liệu phù hợp đề đáp ứng yêu cầu đó
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đặc biệt là nghành
khoa học kỹ thuậtvật liệu đã tìm ra nhiều loại vật liệu mới như thủy tỉnh, chất
dẻo, compésite, gốm nhưng vấn không thể thay thế hoàn toàn kim loại và hợp
kim bởi những ưu điểm mà vật liệu khác không có được
1.2 Cấu tạo kim loại và hợp kim 1.2.1 Cấu tạo của kim loại
- Nhóm IA( trừH),nhóm IIA ; các kim loại này là những nguyên tố S
- Nhóm IIIA( trùH), một phần của các nhóm IVA,VA,VIA, các kim loại này là những nguyên tố P
- Các nhóm B ( từ IB đến VIIIB) , các kim loại chuyển tiếp,chúng là những
nguyên tô D
- Họ lantan và actinni ( Xếp riêng thành hai hàng cuối bảng) các kim loại thuộc
hai họ này là những nguyên tố f se He 7 Ne T Ae se = 3 1s 7 2 7 Cư Me aoa re bại MT Au | Hg ¡ II Í Ph | 8i At | Ra
plac = pag) 2 ieee ai
LỆ ae ale Kim loai Phi kim
TST Fs aT] ”TrzrmTz
Ho lantan | ta | ce | re | na | Pm | sor} eu | oo ee tee oe: feast aa Na Li date PO) hae ated a Ho | ør | tm | Yb | tư
cr Ey “pa T ee cy ee ey
Ho actini ees | ao econ sec! Face es acces bate Pe foe toes} eae | eae eee cai Ac | Th Pa uv Pu | Am | Can | Bx ct Es | Fm | Md | No tự
Trang 6- Hấu hết các nguyên tứ kim loại có 1, 2 hoặc 3 electron ở lớp ngoài cùng”
- Bán kính nguyên tử của các nguyên tố kim loại ở phía dưới bên trái bảng tuần hoàn nhìn chung có bán kính lớn hơn các nguyên tố phi kim ở phía trên bên phải
bảng tuần hoàn
b.Mạng tỉnh thể kim loại
Có 3 kiểu mạng tinh thể kim loại đặc trưng là:
Dị
- Lập phương tâm diện
Lập phương tâm khối (độ đặc khít 68 %) Lập phương tâm diện (độ đặc khit 74%) Luc phương(độ đặc khứ 743%)
(Na, Ba,K ) (Cu, A1 Ca ) (Be, Mg, Zn )
- Luc phuong
c.Liên kết kim loại
Là liên kết hóa học hình thành bởi lực hút tĩnh điện giữa ion đương kim loại nằm ở các nút mang tinh thể và các electrontự do di chuyền trơng tồn thể mạng
lưới tỉnh thể lim loại
-7z7*E cuc
1.2.2 Tính chất vật lý của kim loại
Tính chất chung: Kim loại có tính chất chung là: Tính dẻo, tính dẫn điện, tính
dẫn nhiêt và ánh kim
* Tính dẻo: Các lớp mạng tỉnh thể kim loại khi trượt lên nhau nhưng vẫn liên
kết được với nhau nhờ lực hút tĩnh điện của các electron tự do vơi các cation của kim loại.Những kim loại có tính dẻo cao là Au, Ag, AI, Cu, Zn
Trang 7
* Tinh dẫn điện: Nhờ các electron có thể chuyển rời thành đòng có hướng dưới
tác dụng của điện trường.Nói chung nhiệt độ của kim loại càng cao thì tính dẫn
điên của kim loại càng giảm, kim loại dẫn điện tốt nhất là: Ag tiếp sau là Cu, Au,
AI, Fe
* Tính dẫn nhiệt: Nhờ sự chuyển động của các electron tự do mang năng lượng
từ vùng có nhiệt độ cao đến vùng có nhiệt đọ thấp của kim loại, kim loại nào dẫn
điện tôt thì dẫn nhiệt tốt
* Ảnh kim :Nhờ các electron có khả năng phản xạ với ánh sáng do đó ánh kim của các kim loại có khác nhau
b.Tính chất riêng: kim loại có tính chất riêng là:Khối lượng riêng, nhiệt độ
nóng chảy, tính cứng
* Khối lượng riêng: Phụ thuộc vào khối lượng nguyên tử,bán kính nguyên tử và kiểu cấu trúc mạng tinh thể Li 1a kim loại có khối lượng riêng nhỏ nhất d =
0,5g/cm3 và Os có khối lượng riêng lớn nhất d = 22,6g/cm3 Cac kim loại có d <
Šg/cm3 là những kim loại nhẹ như Na,K, Mg, AI Và kim loại có d > 5g /cm3 gọi là kim loại nặng Au,Pb,Cu, Fe,Ag, Zn
* Nhiệt độ nóng chảy: Phụ thuộc vào độ liên kết của kim loại Kim loại có
nhiệt độ nóng chảy nhỏ nhất là Hg ( - 39C) điều kiện thường tồn tại ở trạng thái
lỏng Kim loại có nhiệt độ nóng cháy cao nhất là vonfram (3410 C)
* Tính cứng: Phụ thuộc chủ yếu độ bền liên kết kim loại kim loại mền nhất là nhóm kim loại kiềm như K, Na đo bán kính lớn, cấu trúc rỗng nên liên kết kim loại kém, nhưng cũng có kim loại rất cứng không thể đũa được như W, Cr
1.2.3 Tính chất hóa học của kim loại:
Trang 8Hg+S§ ——>HgS
a.Tác dụng với axit
*Đối với dung địch HCI, H;SO, loãng: M+nH" _ „ Mn*+n/2H;
(M đứng trước hiđro trong dãy thế điện cực chuẩn)
*Đối với H;ạSO/ đặc, HNO;( axít có tính ôxy hóa mạnh):
- Kim loại thé hiện nhiều số õi hóa khác nhau khi phản ứng với H;SO¿ đặc, HNO; sẽ đạt số ði hóa cao nhất
- Hầu hết các kim loại phản ứng được với H;ạSO¿ đặc nóng ( trừ Pt, Au) va
H;SO¿a¿ nguội (trừ Pt, Au, Fe, AI, Cr ), khi đó s* trong H;SO¿ bị khử thành
S(SO;); S° hoặc S”(H;S)
-Hầu hết các kim loại phản ứng được với HNO: đặc nóng (trir Pt,Au) va HNO;
đặc nguội (trừ Pt, Au, Fe, AI, Cr ), khi đó No trong HNO, bi khử thành
N#4®O;)
- Hầu hết các kim loại phản ứng được với HNO; loang (trừ Pt, Au), khi đó N? trong HNO: bị khử thành N””(NO); N”!(N;O); N° (N2) hoặc N”(NH¿+)
- Các kim loại có tính khử càng mạnh thường cho sản phẩm khử có số õi hóa
càng thấp Các kim loại như Na, K sẽ gây nổ khi tiếp xúc với các dung dich axit
Ví dụ:
2Fe+6H;SOu(đặc t? Fe;(SO¿)s+ 3SO;+ 6H;O
—>
4Mg + 5H2SO, (dac) Lt, 4MgSO¿+ H;S + 4HzO
b.Túc dụng với dung dich mudi
- Điều kiện dé kim loại M đây được kim loại X ra khỏi dung dịch muối của nó:
+M đứng trước X trong dãy thế điện cực chuẩn
+ Cả Mvà X đều không tác dụng được với nước ở điều kiện thường
+ Muối tham gia phản ứng và muối tạo thành phải là muối tan: xM(r) + nX*?
(dd) —* xM"(dd) +nX (r)
- Khối lượng chất rắn tang:Am ! = mx tao ra— MM tan
- Khối lượng chất rắn gidm: A M¥= Mytan- MXtao ra
- Hỗn hợp các kim loại phản ứng với hỗn hợp dung dịch muối theo thứ tự ưu tiên:
kim loại khử mạnh nhất tác dụng với cation oxi hóa mạnh nhất dé tao ra kim loại
khử yếu nhất và cation oxi hóa yếu nhất
- Với nhiều anion có tính tinh oxi hóa mạnh như NOa-, MnO¿a-, thì kim loại M
sẽ khử các anion trong môi trường axit(hoặc bazơ)
Vi du:
-Khi cho Zn vao dung dich CuSO, ta thấy lớp bề mặt thanh kẽm dần chuyển qua
Trang 9- Khi cho kim loai kiém Na vao dung dich CuSO, ta thấy có sủi bọt khí không
mau va xuat hién kết tủa keo xanh do các phản ứng: Na + H;Ơ——* NaOH + 1/2H, va CuSO,+ 2NaOH ——” Cu(OH); + Na;SO¿,
- Khi cho bột Cu vào dung dịch Cu(NO;); có vài giọt HCI ta thấy có khí khơng
màu thốt ra và hóa nâu trong không khí do phản ứng: 3Cu + Cu(NO2);+ 8HCI
4CuCl, + 2NO + 4H,O
c Tác dụng với nước
- Các kim loại mạnh như Li, Na, K, Ca, Sr, Ba khử nước dễ dàng ở nhiệt độ thường theo phản ứng: M + nH;O —* M(OH)„+ n/2H; kim loại Mg tan rất chậm
va Al chi tan ở dạng hỗn hợp
- Các kim loại trung bình như Mg, AI, Zn, Fe phản ứng được với hơi nước ở nhiệt
độ cao tạo oxit kim loại và hiđro Vi du: Mg+H,0q) t MgO +H, —> 3Fe + 4HzOạ; <520G, FezO¿+4H; Fe+H,O >z7° FeO+H; - Các kim loại có tính khử yếu như Cu, Ag, Hg không khử được nước dù ở nhiệt độ cao
d.Tac dung voi dung dich kiềm
- Các kim loại mà hiđroxit của chúng có lưỡng tính như Al, Zn, Be, Sn, Pb, tac
dụng với dung dịch kiềm đặc Trong phản ứng kim loại đóng vai trò là chất khử, H;O là chất oxi hóa và Bazơ làm môi trường cho phản ứng
e.Tac dung voi oxit kừm loại
- Cac kim loại mạnh khử được oxit kim loại yếu hơn ở nhiệt độ cao thành kim loại
Ví dụ: 2AI+ FeO; _ 2Fe + Al,O3
1.3 Cấu tạo của hợp kim
a Khái niệm : Hợp kim là sự kết hợp hai hay nhiều nguyên tố có thể là kim loại với kim loại hay kim loại với á kim trong đó thành
phần kim loại là chủ yếu nên nó mang đặc tính chung của kim loại Ví dụ: Gang và thép là hợp kim của Fe và C ( kim loại + á kim) Đồng thau là hợp kim của Cu +Zn (kim loại + kim loại) b.Đặc tính của hợp kừm:
Hợp kim được sử dụng nhiều vì nó kết hợp được ưu điểm của các nguyên tố kim
Trang 10- Có cơ tính cao: Độ bền, độ cứng, khả năng chịu va đập, chịu tải trọng đều tốt
hơn kim loại nguyên chất Tính dẻo, dai của hợp kim tuy có thể kém hơn kim loại nguyên chất nhưng vẫn nằm trong giới hạn thỏa mãn yêu cầu của chế tạo cơ khí
Đặc biệt một số hợp kim có độ bền rất cao, khả năng chống ăn mòn tốt, tính cứng
nóng cao được sử dụng trong các trường hợp tương ứng
- Tính cong nghé da dang và thích hợp: Phần lớn các hợp kim tùy thành phần đều
có tính gia công và gia công áp lực tốt, tính cắt gọt tương đối tốt và có khả năng
hóa bền bằng nhiệt luyện
- Về chế tạo: Chê tạo hợp kim thường dễ hơn kim loại nguyên chất vì khi luyện, nó không cần độ tỉnh khiết cao mà trong thành phần cho phép có những lượng tạp chất nhất định (ví dự: luyện Fe từ quặng rất khó khănnhưng luyện hợp kim của nó
là thép và gang dễ hơn nhiễu vì không phải loại bỏ triệt để các tạp chất) 1.3.1 Cấu trúc tỉnh thể của hợp kim:
a Dang 1: Dung dich dac:
Là một pha đồng nhất về cấu tạo hòa tan vào nhau Nguyên tố nào tạo ra mạng của dung dịch đặc thì được gọi là nguyên tố dung môi (nguyên tố chủ) ký hiệu là
A còn các nguyên tố hòa tan ký hiệu là B Ví dụ: Ký hiệu A (B) thì A là nguyên
tố dung môi, B là nguyên tố hòa tan
HI-7 Cấu trúc của dung dịch đặc
b Dạng 2: Hợp chất hóa học
Được tạo thành khi nguyên tử của các nguyên tố khác nhau kết hợp với nhau theo
một tỷ lệ nhất định và được biểu diễn bằng những công thức hóa học Ví dụ:
FezC, Fe;Oa, Al;O; đặc tính là có độ cứng cao, giòn, nhiệt độ nóng chảy cao và
cầu tạo mạng tinh thể phức tạp
c.Dạng 3: Hỗn hợp cơ học
Được tạo thành khi nguyên tử của các nguyên tố có tính chất khác nhau không hòa tan vào nhau, không có phản ứng hóa học với nhau Khi kết tỉnh các nguyên tố vẫn giữ nguyên kiêu mạng của nó Hai dạng điển hình của hỗn hợp cơ học là tô
chức Lêđêbuarit và Peclit
Trang 112.1 Tinh chất cơ học: Hay còn gọi là cơ tính của kim loại và hợp kim Tinh chất cơ học được xác định quan hệ giữa kim loại và hợp kim với tác dụng của ngoại
lực Tính chất cơ học được xác định băng độ cứng, độ đàn hồi, độ bền và độ biến hình
a Độ cứng:
Là khả năng chống lại tác dụng của ngoại lực làm lõm hoặc mòn kim loại và hợp kim
Kim loại và hợp kim có độ cứng cao thì gia công cắt gọt khó khăn, những chỉ tiết
máy được chế tạo bằng loại và hợp kim có độ cứng cao thì khả năng chống lại sự
mài mòn trong quá trình làm việc lớn Thường dùng để chế tạo những chỉ tiết máy khi làm việc tiếp xúc cọ sát lên nhau hoặc các dụng cụ cắt gọt cần phải có độ
cứng lớn để cắt gọt được kim loại mà lâu bị mài mòn b Độ đàn hôi:
Là khả năng trở lại hình dạng ban đầu của kim loại và hợp kim sau khi ngoại lực
thôi tác dụng vào nó
Ví dụ: Khi ta tác dụng một lực lên một vật được chế tạo bằng thép vật đó bị biến
dạng Nhưng khi ta thôi không tác dụng lực nữa thì vật đó lại trở về hình dạng
ban đầu
Trong công nghệ chế tạo người ta lợi dụng tính đàn hồi của kim loại và hợp
kim để chế tạo lò xo, nhíp v.v tính đàn hồi thường đi đôi với tính bền kim loại và hợp kim có tính đàn hồi cao thì tính bền cảng tốt
c Độ bồn:
La kha nang chống lại tác dụng của ngoại lực vào kim loại và hợp kim không bị phá vỡ Các kim loại và hợp kim có độ bền khác nhau sử dụng chúng cung khác nhau
Vi du: Thép bền hơn gang nên thép thường dùng để chế tạo những chỉ tiết
chịu lực kéo, nén, uốn,xoắn khi làm việc, còn gang dùng để chế tạo những chi tiết chịu lực nén, uốn, xoắn như băng máy, hộp máy, bệ máy, thân máy
d Độ biến hình:
Là sự biến đổi hình dạng của kim loại và hợp kim sau khi ngoại lực tác dụng mà
kim loại và hợp kim không bị phá hủy nhưng khi thôi tác dụng ngoại lực kim loại và hợp kim không bị phá hủy mà vẫn giữ nguyên hình dạng mới
Tính biến hình của kim loại và hợp kim đi đôi với tính dai Kim loại và hợp
kim cảng đai tính biến hình càng tốt Nhờ tính biến hình mà ta có thé rèn, dập,
cán dát kim loại thành những sản phẩm có hình dang theo ý muốn
Trang 12a Mau sac: Dưới tác dụng của ánh sáng mỗi kim loại, hợp kim đều có một màu sắc riêng biệt nhất định Ví dụ: Vàng có màu vàng, bạc có màu trắng, đồng có màu đỏ, gang có màu xám V.V b Trọng lượng riêng: Là trọng lượng riêng của một phần đơn vị thể tích được đo bằng gam của lcm” Theo công thức: d= p/v Trong đó: p là trọng lượng của vật v là thể tích mẫu thí nghiệm
d là trọng lượng riêng đơn vị tính bằng g/cm”
Qua thí nghiệm người ta chia những kim loại và hợp kim có trọng lượng riêng d > 3g/cm” là kim loại nặng Vi dụ: Sắt d = 5.6g/cm”, đồng d= 8.9g/cm” Vonfram d = 19.3g/cm” Những kim loại có trọng lượng riêng d < 3g/cm” là kim loại nhẹ Ví dụ: Nhôm d = 2.73g/cm”, Mg d = 1,7g/cm’
Trọng lượng riêng của kim loại thay đổi tùy theo địa điểm và nhiệt độ Nhiệt độ càng cao trọng lượng càng giảm Đối với khoa học kỹ thuật trọng lượng riêng của kim loại và hợp kim có ý nghĩa quan trọng trong chế tạo máy móc thiết bị vì với trọng lượng riêng nhỏ ta có thể giảm được trọng lượng chung của máy nhất là trong ngành công nghiệp hàng khơng
Ngồi ra trọng lượng riêng còn giúp ta giải quyết được nhiều vấn đề trong thực
tê
Ví dụ: Như những vật liệu khó xác định trọng lượng như ghép hình, thép đường ray ta vẫn xác định được trọng lượng của chúng bằng cách suy ra từ
P
công thức trên tính trọng lượng riêng d=—— =>p=d.v c.Tính nóng chảy:
Tất cả các kim loại và hợp kim, khi nung lên một nhiệt độ nhất định đều chuyển
từ thể đặc sang thể lỏng Tính chất đó gọi là tính nóng chảy Nhiệt độ mà kim loại
và hợp kim chuyển từ thể đặc sang thể lỏng gọi là nhiệt độ nóng chảy Mỗi kim
loại và hợp kim có nhiệt độ nóng chảy khác nhau
Trang 13Ví dụ: Như chế tạo bằng máy, hộp máy
d.Tính giãn nở:
Khi nhiệt độ tăng các chi tiết máy được chế tạo bằng kim loại và hợp kim
đều mở ra, khi nhiệt độ giảm thì co lại
Trong khoa học kỹ thuật biết được hệ số giãn nở của kim loại và hợp kim
có ý nghĩa quan trọng trong tính toán thiết kế chế tạo sẽ hạn chếđược sự biến
dạng về độ lớn, kích thước của chỉ tiết khi nhiệt độ tăng hoặc giảm đảm bảo cho các máy móc thiết bị làm việc được én định
e.Tính dẫn nhiệt:
Khả năng truyền nhiệt của kim loại và hợp kim gọi là tính dẫn nhiệt( cả khi nung nóng và làm nguội) Kim loại và hợp kim có tính dẫn nhiệt tốt thì càng dễ
nóng nhanh và đồng đều cũng như càng dễ nguội nhanh Đó là điều cần chú ý khi
nhiệt luyện các kim loại và hợp kim Khả năng dẫn nhiệt của mỗi kim loại và hợp
kim khác nhau Kim loại có tính dẫn nhiệt tốt nhất là bạc rồi đến đồng, nhôm, gang và thép đều có tính dẫn nhiệt tốt nhưng kém đồng và nhôm Nếu hệ số dẫn nhiệt của bạc là 1 thì hệ số dẫn nhiệt của đồng là 0,9; nhôm 0,5 và sắt là 0,15
ø.Tính dẫn điện:
Là khả năng truyền dẫn dòng điện trong kim loại và hợp kim Kim loại và hợp
kim nói chung đều có tính dẫn điện Kim loại càng nguyên chất tính dẫn điện càng cao, dẫn điện tốt là bạc rồi đến đồng, nhôm, sắt thép dẫn điện kém hơn, các
kim loại có tính dẫn điện tốt được dùng nhiều trong công nghiệp làm dây dẫn, các chỉ tiết trong máy điện
Ngoài ra tính dẫn điện của kim loại và hợp kim còn thay đổi theo nhiệt độ Khi
nhiệt độ cao kim loại ít tạp chất tính dẫn điện cao, điện trở của kim loại đó thấp
và ngược lại
h.Tính nhiễm từ:
Là khả năng kim loại bị trừ hóa khi được đặt trong một từ trường.Trong kim loại
chỉ có sắt, Niken, cô ban và hợp kim của chúng là có tính nhiễm từ
Tính chất này có vai trò quan trọng trong công nghệ chế tạo máy phát điện, động
cơ điện, biến thế điện
2.3 Tính chất hóa học :
Tính chất hóa học được xác định bởi tác dụng của các chất khác đối với kim loại
và hợp kim
Ví dụ: Như tác dụng của axit, bazơ, muối, nước, không khí căn cứ vào khả
năng chịu đựng của từng kim loại và hợp kim đối với các chất hóa học mà ta lựa chọn vật liệu đùng cho môi trường tiếp xúc cho phù hợp
Trang 14Kha nang chéng lại sự ăn mòn của hơi nước, oxi trong không khí ở nhiệt độ
thường
b.Tính chịu nhiệt:
Khả năng chống lại sự ăn mòn của hơi nước, không khí và một số chất hóa học
ở thể lỏng như bazơ, muối .ở nhiệt độ cao
c.Tinh chju axit:
Kha nang chéng lại sự ăn mòn của axit, của kim loại và hợp kim gọi là tính chịu
axit
2.4 Tính chất công nghệ: Tinh chất công nghệ là tinh chất tổng hợp của co tinh, lý tính, óa tính của kim loại và hợp kim Qua đó xác định khả năng gia công tốt hay xấu, dé hay khó của kim loại và hợp kim Căn cứ vào đó mà sử dụng, chế độ cắt gọt, dụng cụ cắt gọt máy dùng gia công cho thích hợp đối với kim loại và hợp kim đó Tính chất công nghệ bao gồm:
a.Tinh cat got: Là khả năng của kim loại và hợp kim khi gia công cắt gọt dé hay
khó được xác định được bằng tốc độ cắt gọt, lực cát gọt, độ nhẫn bóng bề mặt để được một sản phẩm có hình dạng và kích thước theo ý muốn
Tính cắt gọt của mỗi kim loại và hợp kim khác nhau tùy theo cấu tạo và tính chất của chúng Kim loại hạt to, cứng quá hoặc mềm quá đều khó cắt gọt
Ví dụ: Thép có cấu tạo hạt mịn hơn, bền hơn, cứng hơn đồng và nhôm nên
dễ gia công hơn
b.Tĩỉnh hàn: Là khả năng tạo thành sự liên kết giữa kim loại và hợp kim khi nung nóng cục bộ chỗ nói đến trạng thái chảy hoặc dẻo
Tắt cả các kim loại và hợp kim đều có thể hàn nối được, nhưng mức độ
khó, dễ khác nhau nhờ có tinh han ma người ta có thể sửa chữa, tận dụng các
chỉ tiết vào những nơi cần thiết bắt buộc phải dùng phương pháp hàn nối
c.Tính rèn dập: Là khả năng biên dạng của kim loại và hợp kim khi chịu tác dụng
của ngoại lựcthì chúng bị thay đổi về hình dạng Nhờ tính rèn dập mà ta có thể
làm tăng cơ tinhscuar kim loại và hợp kim gia công chúng thành những sản phẩm
có hình dạng và kích thước khác nhau
d.Tinh đúc: Là khả năng chảy lỏng của kim loại và hợp kim khi nấu chảy đổ vào khuôn đúc có được điền đầy khuôn hay không và khi chuyển từ trạng thái lỏng
sang trạng thái đặc kim loại và hợp kim bị co ngót về thể tích nhiều hay ít, kim
loại và hợp kim co ngót ít thì dễ đúc
Vi dụ: Vật liệu gang co ngót ít hơn thép nên gang dễ đúc hơn thép
e.Tỉnh nhiệt luyện: Là quá trình làm thay đỗi tính chất của kim loại và hop kim bằng cách nung nóngđến một nhiệt độ nhất định rồi giữ ở nhiệt độ đó một thời
Trang 15Một số lớn kim loại và hợp kim có khả năng thay đổi tính chất khi nhiệt
luyện Nhờ đó người ta thường dùng vào những công việc thích ứng như các chỉ
tiết máy, dụng cụ cắt gọt khi làm việc cần có độ cứng cao để chống lại sự mài
mon
CHUONG 2
HOP KIM SAT - CAC BON
1 Giản đồ trạng thái Fe—C
1.1Cấu tạo giản đồ Fe — C : Khi khảo sát hợp kim cần phân định rõ 1 số khái
niệm sau:
Cấu tử: Là các nguyên tố(hay hợp chất hóa học) cầu tạo nên hợp kim Vd: đồng thau( la tông) có 2 cấu tử là Cu và Zn
Hệ: Là từ để chỉ 1 tập hợp riêng biệt của hợp kim trong điều kiện xác định hoặc
1 loạt hợp kim khác nhau với cấu tử giống nhau
Pha: Là tập hợp đồng nhất của hệ hợp kim có cấu trúc và tính chất cơ — lý- hóa
xác định
Ví dụ: Hợp kim Cu- Ni là hệ 2 cấu tử nhưng chỉ có 1 pha là dung dịch của Cu và
Ni
Trang thdi can bang(6n dinh): La trạng thái mà các tổ chức pha của hệ hợp kim có độ bền độ cứng thấp nhất, không có ứng xuất bên trong, mạng tinh thể xơ lệch
Ít và được hình thành khi làm nguội chậm (Lấy ví dụ khi ủ)
Trạng thái không cân bằng (không ồn định): Là trạng thái mà các tô chức pha của hệ hợp kim có độ bền độ cứng cao, ứng xuất trong lớn, được hình thành trong tốc độ nguội nhanh ( Lấy ví dụ khi tôi)
Trạng thải giả ổn định: Thực chất là không ổn định nhưng thực tế lại tốn tại 1
cách ôn định ngay cả khi nung nóng.) Khái niệm giản do pha:
Là giản đỗ biểu thị sự biến đổi tổ chức pha theo nhiệt độ và thành phần của hệ hợp kim ở trạng thái cân bằng
Trang 16- Giản đồ hệ lcấu tử: do không có sự biến đổi thành phần nên giản đồ chỉ có 1 trục, trên đó đánh dấu nhiệt độ chảy và nhiệt độ chuyền biến thù hình
Vd: H2-2 là giản đồ pha của Fe
Giản đồ hệ 2 cấu tử: Có 2 trục, trục tung biểu thị nhiệt độ, trục hoành biểu thị thành phan 1 Gian do: ° d 1550 910) i j M;: š†rX@+Lê, ` Xêi+Lê UX | A, =727 : Ft fp s ị Ệ K i x a Bi RHE, p+xXe | P4xatle = xétLe ps H 2 = oe 8 Uo 6 os 2 = = fe]: i : i FesC oo a8 2z 43 6.57 - Đường ACD là đường lỏng để xác định nhiệt độ cháy lỏng hoàn toàn hoặc kết tỉnh - Đường AECF là đường đặc xác định nhiệt độ bắt đù chảy hay kết thúc kết tỉnh - Duong MO (768°C ) là đường chuyên biến từ tính của Feơ mất từ tính 1.2 Các tổ chức pha - Các tô chức ] pha:
+ Ferit (ký hiệu a, F, Fea): Là dung dich rắn của C trong Fea, kha nang hoa
tan C rất thap, & nhiét d6 727°C hoa tan 0,02%C (điểm P) Fe rit có tính sắt từ
nhưng chỉ dưới 768°C, cơ tính giống Fe nguyên chất: dẻo, dai, mềm và kém bền,
Trang 17+ Austenit (y, A, Fe y (C)) : Là dung dich rắn của C trong Fey, cé mang tinh thé lập phương tâm mặt, kha năng hòa tan C cao: 2,14% ở nhiệt độ 1147°C, tính dẻo cao, mềm ở trạng thái nóng
+ Xementit (Xe, Fe3C): La hop chất hóa học của Fe và C, chứa tới 6,67% C, mạng tinh thể phức tạp, có độ cứng cao và dòn
- Các tổ chức 2 pha:
+ Peclit ( ký hiệu P; Fe œ + Fe;C): Là hỗn hợp cùng tích của Ferit
(88%) va Xementit (12%) tạo thành từ Austenit, đây là tổ chức khá bền, cứng,
nhưng cũng đủ dẻo dai, đáp ứng tốt các yêu cầu của vật liệu kết cầu và công cụ + Lêđêburit (ký hiệu Le; y+ Xe; P + Xe): Được tạo thành từ hợp kim
lỏng, là hỗn hợp cùng tinh của Austenit và Xementit với 4,3% C, có độ cứng cao và dòn - Sự chuyển biến tổ chức của hợp kim Fe — C với thành phần C khác nhau: - C<2,14% gọi là thép Có 3 loại: + C< 0,8% là thép trước cùng tích, tổ chức là F +P + C=0,8% là thép cùng tích, tổ chức là P +€C>0,8% là thép sau cùng tích, tổ chức là P + Xe - C từ 2,14 +6,67% gọi là gang, chia ra 3 loại: +C <4,3% là gang trước cùng tính +€C =4,3% là gang cùng tính +C>4,3% là gang sau cùng tính
2.Các chuyến biến khi nung nóng hoặc làm nguội 2.1.Các chuyển biến khi nung nóng hoặc làm nguội
Như đã nói, trong gián đồ này có khá đầy đủ các chuyển biến đã khảo sát ở
trên
Chuyển biến bao tỉnh xảy ra ở 1499°C trong các hợp kim có (0,10 -
0,50)%C (đường HIB)
ŠH + LB — yH hay 60,10 + L0,50 — y0,16
song người ta thường không để ý đến phản ứng này vì xảy ra ở nhiệt độ quá cao và không có ảnh hưởng gì đến tổ chức của thép khi gia công và sử dụng
Chuyển biến cùng tỉnh xảy ra ở 1147°C trong các hợp kim có >
2,14%C (đường ECF)
LC — (yE + Fe3CF) hay L4,3 —> (y2,14 + Fe3C6,67)
Chuyển biến cùng tích xảy ra ở 727°C hầu như với mọi hợp kim thuộc (đường
PSK)
yS — [oP + Fe3CK] hay y0,8 — [a0,02 + Fe3C6,67]
Trang 18trong Fey theo đường ES và trong Feơ theo đường PQ
Ferit (có thể ký hiệu bằng ơ hay F hay Fea) 1a dung dịch rắn xen kẽ của cacbon trong Feơ với mạng lập phương tâm khối (a = 0,286 + 0,291mm) song
do lượng hòa tan quá nhỏ (lớn nhất là 0,02%C ở 727C điểm P, ở nhiệt độ
thường thấp nhất chỉ còn 0,006%C điểm Q) nên có thé coi nó là Fea (theo
tính toán lý thuyết, cacbon không thể chui vào lỗ hổng của Feơ, lượng cacbon hòa tan không đáng kể này là nằm ở các khuyết tật mạng, chủ yếu là ở vùng
biên giới hạt) Ferit có tính sắt từ nhưng chỉ đến 768°C Trên giản đồ nó tồn
tại trong vùng GPQ (tiếp giáp với Fe trên trục sắt) Do không chứa cacbon
nên cơ tính của ferit chính là của sắt nguyên chất: đẻo, dai, mềm và kém bền Trong thực tế ferit có thể hòa tan Si, Mn, P, Cr, nên sẽ cứng và bền
hơn song cũng kém dẻo dai đi Ferit là một trong hai pha tồn tại ở nhiệt độ thường và khi sử dụng (< 727C), song với tỷ lệ cao nhất (trên dưới 90%), nên nó đóng góp một tỷ lệ quan trọng trong cơ tính của hợp kim Fe - C Tổ chức
tế vi của ferit trình bày ở hình 2.2a có dạng các hạt sáng, đa cạnh
2.2 Các điểm giới hạn
Phần dưới của giản đồ ứng với những chuyển biến ở trạng thái rắn Có ba pha chuyển biến đáng chú ý sau đây xuất phát từ ôstenit Sự tiết ra
xêmentit thứ hai từ ôstenit
Các hợp kim có thành phần cacbon lớn hơn 0,8% khi làm nguội từ 1147°C đến 727°C, ôstenit của nó bị giảm thành phần cacbon theo đường ES,
do vậy, sẽ tiết ra xêmentit mà ta gọi là xêmentit thứ hai Cuối cùng ở 727C,
ôstenit có thành phần cacbon 0,8% ứng với điểm S Sự tiết ra ferit từ ôstenit
CHƯƠNG 3: GANG
1 Quá trình luyện gang và ánh hướng của các nguyên tố hóa học đến tinh: chất của gang
1.1 Sơ lược quá trình luyện gang:
*Muốn sản xuất gang cần phải có nguyên nhiên liệu cho sản xuất Nguyên, nhiên liệu cơ bản cho sản xuất gang là:
Trang 19+ Chat tro dung: CaO, MgoO
- Trong ty nhién, sắt tồn tại trong quặng chủ yếu đưới dạng oxIt sắt (đồng thời với một số oxit khác như oxit Mangan, oxit silic )Do vậy, muốn sản xuất được gang thì chúng ta cần phải thu được sắt từ quặng của nó Đã thu được Fe phải tiến hành
phản ứng khử oxi trong ôxit sắt ( hay tiến hành quá trình hoàn nguyên)
Quá trình hoàn nguyên sắt từ các ôxit sắt được tiến hành theo các giai đoạn: Fe,03 Fe304 FeO FeO
- Quá trình hoàn nguyên này được tiến hành trong lò cao, và các chất hoàn nguyên thường
dùng trên thực tế là CO, Hạ và Cacbon
Sau quá trình hoàn nguyên quặng trong lò cao sẽ thu được Fe ở dạng lỏng Trong quá trình hoàn nguyên này, ngoài Fe bị hoàn nguyên còn có các nguyên tố khác cũng bị hoàn nguyên trong lò cao
nhu Mn, Si, P, S
Như vậy cuối cùng sẽ thu được dung dich long của Fe, C (% > 2,14%) và các nguyên tô khác
Mn, S, P, S goi la GANG
1.3 Ảnh hưởng của các nguyên tố hóa học đến tính chất của gang:
* Các bon: Có ảnh hưởng lớn nhất đến tính chất của gang vì nếu C ở dạng
Xêmentit sẽ là gang trắng rất cứng và giòn, nếu C ở dạng Graphit, gang có màu
xám, độ ổn định cao, nhiệt độ chảy thấp, dễ đúc Mặt khác thành phần C càng
cao, gang càng cứng và giòn, thường các loại gang được dùng chỉ chứa Ctrong
khoảng 2,8 + 3,5%
* Silic: Lam tăng mạnh khả năng Graphit hóa cho gang Các loại gang có độ
bền cao thường chứa 1+4% Si
* Mangan: Là nguyên tô cản trở sự tạo thành Graphit, làm gang hóa trắng nhưng có tác dụng làm gang cứng và khử được lưu huỳnh nên thường dùng < 1%
* Phét pho: La nguyén t6 co hai, lam gang don, giảm độ bên, tuy nhiên P có tác dung tang tinh chay loang lam gang dé dic nén thuong ding P< 0,2% (riéng gang
xám có thể chứa tới 1%)
* Luu huynh: Rất có hại, làm giảm độ bền, tăng tính don, giảm tính đúc của
gang nên thường hạn chế không quá 0,12%
* Ảnh hưởng của tốc độ nguội: Tốc độ nguội khi đúc ảnh hưởng lớn đến tính
chất của gang, nếu tốc độ nguội chậm thì C sẽ ở dạng Graphit, nếu nguội nhanh C ở dạng Xêmentit Tốc độ nguộ phụ thuộc vào loại khuôn đúc ( khuôn cát hoặc
Trang 20*Ảnh hưởng của độ quá nhiệt: Nhiệt độ gang lỏng khi rót vào khuôn cũng ảnh
hưởng lớn đến chất lượng vật đúc vì nhiệt độ rót quá cao sẽ làm cháy cát, đặc biệt
nếu rót với tốc độ quá lớn sẽ làm vỡ khuôn, gây hiện tượng rỗ co, nứt nóng hoặc
nứt nguội Do đó khi lấy gang lỏng ra khỏi lò cao không nên rót vào khuôn ngay,
tuy vậy cũng tránh không rót ở nhiệt độ quá thấp dễ gây khuyết tật như hụt kích
thước, dính khớp Vì vậy cần chọn nhiệt độ cho phù hợp
2 Các loại gang thường dùng: 2.1 Gang trắng:
+ Thành phan: Luong C = 3 + 3,5% vi néu lượng C nhiều gang rất giòn, ngoài ra còn chứa Si và 1 số nguyên tố khác nhưng hàm lượng rất ít
+16 chic: Gang trắng có màu trắng do C nam 6 dang Xémentit,
+Tinh chat: Do lugng C 6 dang hgp chat Xêmentit nên gang trang rất cứng và gion (650 + 700HB), gia cong khé nén chi ding 6 dang vat duc
+Công dụng:
Gang trắng có độ cứng cao nên được dùng để chế tạo các chỉ tiết làm việc chịu mài mòn như các viên bi nghiền của máy nghiền, trục cán, quả lô máy xay sát, mép lưỡi cày Phần lớn gang trắng để luyện thép và chế tạo gang dẻo
2.2 Gang xam:
+Thanh phan: Trong gang xám hàm lượng C cé tr 3+3,8% Si=0,5+3%
Mn=0,5+0,8% P=0,15+0,4% §=0,12+0,2% còn lại là Fe = 6,68%
+7ổ chức: Gang xm là loại gang mà mặt gãy của nó có màu xám tối,phần lớn C nằm dưới dạng graphit Tùy theo mức độ tạo thành Graphit mạnh hay yếu mà gang xám được chia ra các loại sau:
+ Gang xám Ferit: Có mức độ tạo thành Graphit mạnh nhất trong đó C đều ở
Trang 21+Tinh chat: Gang xam cé d6 cứng thấp hơn gang trắng do hàm lượng C lớn ở dạng tự do chứa nhiều tạp chất,có khả năng gia công cơ khí cắt gọt
+Công dụng: Thường dùng để chế tạo các chỉ tiết máy không cần chú ý đến cơ
tính,chịu lực nén như bệ máy,thân máy, các bộ phận che bụi , vỏ hộp giảm tốc,
ban trượt, ống nước đúc, thân máy tiện ,máy phay, máy bào, bàn kiểm, ban lấy
dấu Ngoài ra còn dùng để xoong, nổi, chảo .phục vụ đời sống
* Ký hiệu:
+ Tiêu chuẩn Việt Nam( TCVN): Ký hiệu gang xám là (GX) kèm theo 2 số, số thứ nhất chỉ giới hạn bền kéo, số thứ 2 chỉ giới hạn bền uốn
Ví dụ: GX zs +; là gang xám có ơy = 26kg/mm”; øụ = 32kg/mm”
+ Tiêu chuẩn Liên xô cũ (TOCT):Ký hiệu gang xám là (Cụ) kèm theo 2 số như ký hiệu Việt Nam
+ Tiêu chuẩn Trung quốc (GB) : Ký hiệu gang xám là (HT) kèm theo số chỉ giới
hạn bền kéovà có các mác HT100, HT150, HT200, HT250, HT300,HT350
Ví dụ: HTT;oo có øy = 300MP; (Mêga pascal tương ứng với MN/mŸ)
(Mỗi IKG/mmˆ= 10 MPa)
+Tiêu chuẩn Nhật (J1S) : Kí hiệu gang xám là(FC) gồm các mác FC100, FC150,
FC200, FC250, FC300, FC350
Ví dụ: FC 59 C6 Ox= 250MP,
+ Tiêu chuẩn Mỹ: Có các mác grade G1800, grade G2500, grade G3000, grade
G3500, grade G4000 trong đó chỉ số giới hạn bền kéo tính theo Ksi sau khi đã
nhân với 100
Ví dụ: grade G2500 thì øg> 25 Ksi + Tiêu chuẩn Châu âu:
- Anh : Qui định các mác gang xám BS150, BS180, BS220, BS260, BS300, BS350 -Đức : Qui định các mác gang xám GG10,GG15, GG25, GG30, GG350 -Pháp :Qui định các mác gang xám FGL150, FGL200, FGL250, FGL300 Các số trên đây đều chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu theo Mpa nếu là 3 số, theo KG/ mm’ la 2 số 2.3 Gang dẻo: Được chế tạo bằng cách ủ gang trắng với hàm lượng C giảm và Silic tăng +Thành phần: Với hàm lượng các nguyên tố: C = 2,2 + 2,8 % ,Sỉ = 0,6+ 1.4 %, Mn = 0,4 %, P = 0,2 %, S =0,1 %
Trang 22+Tinh chat : Độ dẻo dai tương đối cao do chứa ít C và do Graphit ở dạng tập
trung nên gang dẻo có độ bền kéo cao hơn gang xám
+Công dụng: Được dùng nhiều trong chế tạo ô to, máy nông nghiệp, chế tạo các
chỉ tiết có hình dạng phức tạp, thành mỏng, chịu lực va đập như bánh răng, bánh vit, can gat, cau sau 6 tô, may ơ ô tô
*Kí hiệu:
+ Tiêu chuẩn Việt Nam: Ký hiệu GZ với 2 số kèm theo, số thứ nhất chỉ giới hạn bề kéo, số thứ 2 chỉ độ dãn dài tương đối
Vi du : GZ39.6 La gang dẻo TCVN có ơgx = 30kg/mm”, § = 6% + Tiêu chuẩn Nga (TOCT): KW với 2 nhóm số giống TCVN
+ Tiêu chuẩn Trung Quốc (GB):
- Loại Ferit kí hiệu là KTH kèm theo số chỉ giới hạn bền kéo và độ giãn dài tương đối Gồm các mác KTH300-06, KTH380-08, KTH350-10, KTH370- 12
Ví dụ : KTH 490.6 la gang dẻo nền Ferit có ơy= 300Mpa, ồ = 6%
- Loại nền Peclit kí hiệu KTZ với số kèm theo như trên gồm: KTZ450-06, KTZ550-04, KTZ650-02, KTZ700-02
+ Tiêu chuẩn My: Theo ASTM loại Ferít có các mác 32510, 35018 Trong đó 3
số đầu chỉ giới hạn chảy tính theo Ksi, 2 số sau chỉ độ dãn dài tương đối Ví dụ: 32510 trong đó øg> 32,5 % Ksi, ồ > 10 % + Tiêu chuẩn Nhật bản: Gang dẻo lõi đen có các mác FCMB270, FCMB310, FCMB340, FCMB F360 Gang dẻo lõi trắng có các mác FCMW330, FCMW370ECMW490,FCMWS540 + Tiêu chuẩn Châu Âu: - Anh:
Gang dẻo lõi đen có các mác B290-6, B310-10, B350-12
Gang đẻo lõi trắng có các mác _W35-14, W38-12, W40-05, W45-07 - Đức : Gang dẻo lõi đen có các mác GTS35-10, GTS45-06, GTS55-04, GTS65- 02 Gang dẻo lõi trắng có các mác GTW35-04, GTW45-05, GTW45-07,GTW 45-07 - Pháp :
Gang dẻo lõi trắng có các mác MB380-12, MB450-7
Các số trên đây đều chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu theo Mpa nếu là 3 số, theo KG/ mnŸ là 2 số Số cuối chỉ độ dãn dài tương đối tính bằng %
Trang 23+Thành phân: Với các hàm luong nguyén t6 C = 3 + 4%; Si = 1,§ + 3% ; Mn =
0,1+ 0,8%; P< 0,1%; S < 0,03%; Mg = 0,04 + 0,08%
+Tổ chức: C ở dạng Graphit hình cầu, màu xám
+ Tinh chat: Do gang cầu có Graphit ở dạng thu gọn nhất (hình cầu),
Không có góc nhọn tập trung ứng xuất nên nó có độ bền cao nhất, cơ tính tổng hợp cao gần bằng thép, khả năng chịu nhiệt tốt, có thể làm việc ở 400°C mà độ bền, độ cứng không thay đổi Cơ tính gang cầu còn có thể cao hơn nữa sau khi
nhệt luyện, đây là loại gang tốt nhất
+ Công dụng: Do có cơ tính tốt nên gang cầu được sử dụng ngày càng nhiều để
thay thế cho thép, trục chính máy công cụ, có thể thay thế thép làm đường ray Kí hiệu:
+ TCVN : Kí hiệu GC kèm theo số thứ nhất chỉ giới hạn bền kéo, số thứ 2 chỉ độ dãn dài tương đối
Ví dụ: GC 4049 la gang cầu TCVN có ơy= 40kg/mm”; =10%
+Tiêu chuẩn Nga TOCT: Ký hiệu BW với 2 số như TCVN
+Tiêu chuẩn Trung Quốc: Kí hiệu QT Gồm các mác QT400-19, QT400-15, QT450-9, QT500-7, QT600-3, QT700-2, QT800-2 Víidụ: QT;zsscó øe=450 Mpa; õ = 9% +Tiêu chuẩn Mỹ: Gồm các mác D40-18, D45-12, D55-6, D70-3 +Tiêu chuẩn Nhật Bản : Gồm các mác FCD370, FCD400, FCD500, FCD600, FCD700, FCD800 +Tiéu chudn châu: - Anh : Gồm các mác B420-12, B500-7, B600-3, B700-2 - Đức : Gồm các mác GGG-40, GGG-50, GGG60, GGG-70 - Pháp : Gồm các mác FGS400-15, FGS500-7, FGS600-3, FGS700-2
Các số trên đây đều chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu theo Mpa nếu là 3 só,
theo KG/ mm’ la 2 sé Số cuối chỉ độ dãn dài tương đối tính bằng % CHƯƠNG 4:
THÉP
1.Quá trình luyện thép và ảnh hướng của các nguyên tố hóa học đến tính chất của thép
1.1 Sơ lược quá trình luyện thép:
Trên thực tế, gang có tính chất cứng nhưng giòn, không có độ đẻo dai do đó việc sử dụng gang bị hạn chế trong những trường hợp đòi hỏi cao vì kết cấu, kha năng chịu bền, chịu ăn mòn như làm nhà, chế tạo, làm cầu đường Thép là vật
Trang 24Thép được sản xuất từ gang bằng con đường oxi hóa làm giảm hàm lượng C từ trên 2,14% trong gang xuống nhỏ hơn 2,14% làm đồng đều thành phần hợp
kim Mn, Sĩ Khử bỏ các tạp chất có hại P,S, các khí Os, H; „ạ các ô xit phi kim
Quá trình luyện thép được tiến hành trong các thiết bị: lò điện, lò thổi, lò
mactanh, lò bexeme
Nhu vay nhiệm vụ của luyện thép là:
- Luyện ra thép có thành phần quy định gọi là mác thép
=> Quá trình luyện thép phải thực hiện: Ôxi hóa Mn, Sỉ, P, C
Khử S, tạp chất khí, ôxit phi kim loại Lưu trình sản xuất thép truyền thống:
Quang lòcao Gang luyệnthép đúcphôi cán 1.2 Ảnh hương của các nguyên tố đến tính chất của thép - Mang gan Mn:
Là tạp chất có lợi cho cơ tính của thép ngoài ra còn có tác dụng khử ỗ xy để
tránh hiện t- ợng ỗxy hoá, giới hạn Mn 0, 5 ữ 0, 8%
- Si lic Si:
Là tạp chất có lợi cho cơ tính của thép tác dụng làm tăng mạnh tính đàn hôi, đồng thời khử ơxy hố, giới hạn Sĩ 0,2 ữ 0,4%
- L-u huynh S:
Là tạp chất có hại cho đến cơ tính của thép làm thép giòn ở nhiệt độ nóng (gây bở nóng), làm thép khó cán, khó rèn khi ra công nóng, đối với những sản phẩm không cần cơ tính cao nên chọn các loại thép có chứa S,, P nhiều để tăng tính gia công cắt nâng cao sản I- ợng hạ giá thành
- Phốt pho P:
Là tạp chất có hại cho đến cơ tính của thép làm thép giòn ở nhiệt độ nguội Vì vậy khi ra cộng chú ý tới độ giòn nguội của P P < 0, 05%
2 Thép các bon
* Khải niệm:
Thép C là hợp kim của Fe và C trong đó hàm lượng C < 2,14%, ngoài ra còn
chứa các nguyên tố như Mn < 0,8%; Sĩ < 0,4%; P < 0,05%; S < 0,05%
2.1 Phân loại
a.Theo phương pháp luyện và theo độ sạch tạp chất có hại: (Thép càng ít tạp chất có hại (P,S) và các khí thì chất lượng càng cao Các phương pháp luyện thép khác nhau có khả năng loại trừ tạp chất ở mức độ cao thấp khác nhau nên chất lượng cũng khác nhau.) Thường dùng 3 phương pháp là Luyện lò Mac tanh,
lò điện hồ quang và lò thổi ô xy từ đỉnh (lò L-D)
Theo mức độ lọc sạch tạp chất có các loại:
Trang 25+Thép chat lượng tot: Luong P,S duge khử đến mức 0,04% cho mỗi nguyên t6,
loại này được luyện trong lò Matanh và lò điện hồ quang, dùng trong chế tạo máy thông dụng
+ Thép chất lượng cao : Lượng P,S khử chỉ còn 0,03%, thường luyện bằng lò
điện hồ quang với các biện pháp kỹ thuật bổ sung như tuyển chọn nguyên liệu
vào, dùng chất khử mạnh
+ Thép chất lượng rất cao: Lượng P,S khử ở mức triệt để nhất 0,02%, thép luyện
lò ra được tỉnh luyện tiếp: Khử tạp chất bằng điện xi, hoặc khi đúc rotstheps trong chân không
b Theo phương pháp khử ôxi:
+ Thép sôi: Là loại không được khử ô xy triệt để, dùng chất khử không mạnh là
ferô mangan, trong thép lỏng vẫn còn FeO nên có phản ứng:
FeO + C — FeO + CO†
Khí CO bay lên làm mặt thép lỏng chuyển động như sôi Đặc điểm của thép sôi là chứa rất ít Silic (0,05 + 0,07%), nên thép rất mềm déo, dé đập Thực tế không dùng thép sôi để chế tạo vật đúc hoặc để hàn chảy vì dễ bị rỗ khí
+Thép lặng: Là loại được khử ô xy triệt để bằng cả ferômangan, ferôsilic (chất
khử mạnh) và nhôm Thép có đặc điểm là chứa khoảng 0,15 ~ 0,35% silic nên thép cứng và bền hơn, không có lẫn khí nên cơ tính cao hơn thép sôi, đay là loại được dùng rất rộng rãi để đúc, hàn, thấm C
Ngoài 2 loại trên còn có thép nửa lặng được khử ô xy bằng ferômangan và nhôm, tính chất nằm giữa thép sôi và thép lặng, hiện nay dùng nhiều thay thế cho thép sôi
c Theo công dụng:
*Thép kết cấu: Dùng đề chễ tạo các kết cấu chịu lực do đó ngoài độ bền còn cần có đủ độ déo, dai Đây là loại được sử dụng với khối lượng lớn nhất Được chia
làm 2 loại:
+ Thép xây dựng: Được chế tạo dưới đạng các thanh dài, dây, tam , yéu cau co tinh tong hop không cao, cần có độ déo cao dé dé uốn, có tính hàn tốt
+ Thép chế tạo máy: Đòi hỏi chất lượng cao hơn, đặc biệt là độ bền, độ đai để
chịu lực tốt, chống phá hủy
*Thép dụng cụ: Là loại thép có hàm lượng C cao (0,7 + 1,3) có độ cứng >
60HRC, dùng để chế tạo các dụng cụ cắt gọt như đục, búa, chạm, dao, kéo, khuôn
dập , khả năng chịu mài mòn tốt, tính chịu nhiệt không cao, độ thấm tôi và kha
năng cắt gọt thấp
* Tinh chất chung của thép cacbon:
Trang 26thép cũng thay đổi: Lượng C trong thép càng nhiều thì độ cứng càng tăng nhưng độ dẻo, dai giảm Do vậy thép C thấp thì tính đẻo cao, thép C cao rất cứng và dòn
( nếu C > 1,4% thép quá dòn) Về tính chất lý hóa: Khi lượng C nhiều thì điện trở
tăng, khả năng chống ăn mòn giảm Ngoài ra, 1 số tạp chất khác cũng ảnh hưởng
tới tính chất của thép như Mn, Si tăng độ bền, độ đàn hồi, S và P là hai nguyên tố làm thép giòn Nói chung thép C là loại thép rẻ, dễ chế tạo, có cơ tính tổng hợp nhất địnhnphù hợp với các điều kiện thông dụng, có tính công nghệ tốt như dễ
đúc, cán, rèn, hàn, gia công cắt
2 Các loại thép các bon thường dùng 2.1 Thép các bon chất lượng thường
a.Tính chất; Là loại thép với hàm lượng C thấp, lượng tạp chất P và S tương đối
nhiều nên cơ tính của thép thấp, thép cứng và giòn nên ít dùng trong chế tạo máy
*Theo TCVN 17654-75 thép C chất lượng thường là CT với số kèm theo chỉ
giới hạn bền kéo, nếu ở cuối chữ (s) là thép sôi, có chữ (n) là thép nửa lặng, không có chữ ở cuối là chỉ thép lặng + Chia làm 3 nhóm: -Thép nhóm A: Quy định về cơ tính mà không quy định về thành phan hóa học Ký hiệu CT31s, CT33n, CT34, CT38 Ví dụ: CT31s là thép sôi øng = 31kg/mm’
-Thép nhóm B: Quy định về thành phần hóa học mà không quy định về cơ tính
Kí hiệu thêm chữ B ở trước: BCT34, BCT42n
-Thép nhóm C: Quy định cả về thành phần hóa học và cơ tính, đây là nhóm có cơ
tính cao nhất
Kí hiệu có thêm chữ C ở trước: CCT42, CCTS51
* Tiêu chuẩn Liên xô cũ: Kí hiệu CT gồm các mác CT0, CT1, CT2, CT3, CT4, CT5, CT6, CT7, hàm lượng C tính bằng số thứ tự nhân với 0,07
Ví dụ CT6 cóC =0,42%
Thép nhóm B có chữ B ở trước, thép nhóm C có chữ B ở trước, thép nhóm A không có chữ ở trước
Ví dụ: BCT5,BCTA
* Tiêu chuẩn Trung Quốc (GB): Kí hiệu là chữ A kèm theo số thứ tự
*Tiêu chuẩn Nhật (JIS): Kí hiệu SS kèm theo số chỉ bền kéo tinh bang Mpa
SS330, SS490
*Tiêu chuẩn Châu Âu (EU): Gồm mác Fe310, Fe360, Fe430 các số để chỉ opx
tính theo Mpa
b.Công dụng: Thép C chất lượng thường được luyện dưới dạng hình tấm, hình
Trang 27Đối với thép CT5, CT6, CT7 được dùng chế tao bu lông, đai ốc và các loại trục
không quan trọng chịu tải nhỏ 2.2Thép C kết cấu chất lượng tot:
a.Tính chất: Loại thép này có hàm lượng C = 0,05- 0,8 % cao hơn so với thép C chất lượng thường, các tạp chất có hại như P và S thấp hơn nên cơ tính tốt hơn
- Kí hiệu theo TCVN: Ký hiệu chữ C kèm theo số chỉ phần vạn C trung bình Có
từ C8, C10,C15, C20, , C80
Ví dụ: Thép C45 có C =0,45% và có hàm lượng Mn được nâng cao
- Theo tiêu chuẩn Liên xô: Kí hiệu bằng số chỉ phần vạn C trung bình Có từ 08;
10; 15; 20; 25 80
Ví dụ : thép 65 có C = 0,65%
-Tiêu chuẩn Trung Quốc (GB): Kí hiệu như Liên Xô
-Tiêu chuẩn Nhật (J1S): Kí hiệu là S kèm theo số chi phần vạn C, nếu có chữ K ở
cuối là chí thép chất lượng cao Vi du: S65K b.Céng dung: Ding để chế tạo chỉ tiết máy, khi sử dụng qua nhiệt luyện 2.3 Thép Cacbon dụng cụ: - TCVN: CD kèm theo số chỉ phần van C, gồm có: CD70, CD80, CD90, CD100, CD110, CD120, CD130, nếu có chữ A ở cuối là chỉ thép tốt chứa ít P và S Ví dụ: CD100 là thép C dụng cụ có C = 1% - Theo Liên xô cũ: Y kèm theo chỉ số phần nghìn C, có chữ A là chỉ thép tốt Vd: YII có 1,1% - Tiêu chuẩn Trung Quốc (GB): Kí hiệu là T kèm theo số chỉ phần nghìn C, có từ T7 đến T13 - Tiêu chuẩn Nhật: Kí hiệu SK 3 Thép hợp kim: * Khái niệm:
Thép hợp kim là loại thép trong thành phần của nó chứa các nguyên tố có
lợi được đưa vào 1 cách đặc biệt với lượng đủ lớn để cải thiện các tính chất cơ,
Trang 28b.Theo tô chức thường hóa: Có các loại thép họ Peclit, họ Mactenxit, họ Austênit
c.Theo số lượng nguyên tô hợp kim:
- Thép hợp kim hóa đơn giản: Là loại chỉ có 1 nguyên tố như thép Cr, thép Mn, thép Ni
- Thép hợp kim hóa phức tạp: Gồm 2 nguyên tố trở lên như thép Cr — Ni, Cr — Mn, Cr-Ni-Mo
d Theo hàm lượng nguyên tố hợp kim:
- Thép hợp kim thấp: Tổng lượng nguyên tố hợp kim < 2,5%
- Thép hợp kim trung bình: Tổng lượng từ 2,5 + 10%
- Thép hợp kim cao: tổng lượng > 10% e.Theo công dụng:
- Thép hợp kim kết cấu
- Thép hợp kim dụng cụ - Thép hợp kim đặc biệt
3.1.1 Ki higu thép hop kim:
Dùng hệ thống chữ và số đê kí hiệu thép hợp kim, chữ là chỉ tên nguyên tó,
số chỉ hàm lượng C và hàm lượng các nguyên tố hợp kim
- Các số đứng đầu kí hiệu chỉ hàm lượng C (thường được quy tròn) Nếu có 2 số
đứng đầu thì C được tính theo phần vạn, nếu có 1 số đứng đầu tính theo phần nghìn, nếu không có số đứng đầu thì C>1% ( C cao)
- Các số đứng sau kí hiệu tên nguyên tổ là chỉ hàm lượng của chính nguyên tố
ấy, nếu không có số kèm theo thì nguyên tố ấy = 1% - Chit A cuối kí hiệu là chỉ loại thép tốt (chứa ít P,S)
Ví dụ : 16Cr3Mn2A là kí hiệu thép hợp kim tốt có 0,16%C, 3%Cr, 2%Mn
9CrzSiaW' có 0,9%C, 5%Cr, 3% Si, 1%W
CrMnNi có C>1%, 1%Cr, 1% Mn, 1% Ni Liên xô cũ kí hiệu như trên chỉ khác dùng chữ cái Nga:
X: Crém H: Niken B: Vônfam M: Môlipđen
T: Titan K: Côban T: Mangan C: Silic
3.2 Các loại thép hợp kim thường dùng: *Yêu cầu đối với thép hợp kim kết cấu:
+ Cơ tính tong hợp cao: Quyết định khả năng làm việc lâu đài cho chỉ tiết Gồm:
Độ bền cao, Giới hạn chảy cao để chống biến dạng dẻo, tuy nhiên vẫn phải đảm
bảo độ dẻo, độ dai tốt, giới hạn mỏi và tính chống mài mòn tốt
+ Tính công nghệ tốt để đảm bảo khả năng gia công chế tạo chỉ tiết một cách
thuận lợi với gia thành thấp
+ Thành phần: Để đám bảo cơ tính thi hàm lượng C không vượt quá 0,65%, hàm
Trang 29- Cac nhóm thép hợp kim kết cấu:
+ Thép thấm Cacbon: Là loại có hàm lượng C < 0,25%, có độ bền, độ cứng thấp nhưng độ đẻo, dai quá cao Để tăng độ cứng và bền bề mặt phải dùng cách thấm C - tôi và ram thấp trong khi lõi vẫn giữ được độ dẻo, dai Loại này dùng đề chế
tạo các chỉ tiết chịu tải trọng, chịu và đập và mài mòn như bánh răng, cam, đĩa ma
sát Thường dùng các loại thép Cr — Mn - Sĩ, Cr — Ñi — Mo + Nhóm thép lò xo:
Là thép chứa các nguyên tố làm tăng tính đàn hồi, chủ yếu là Mn và Sỉ,
dùng để chế tạo các loại lò xo, nhíp Thành phần C tương đối cao
0,5 + 0,6% để chống biến dạng dẻo Ngoài ra còn dùng các nguyên tố Cr, Ni,
Vanadi để tăng độ thấm tôi và ổn định cho thép
+ Nhóm kết cầu có công dụng riêng: Gồm các loại:
Thép lá (tắm) đề dập nguội: Cần có độ dẻo cao với hàm lượng C+Si thấp ,
dùng để chế tạo mui, bệ ô tô, vỏ hộp
Thép dễ cất: Dùng để chế tạo các chỉ tiết cần độ chính xác cao về kích
thước song không đòi hỏi chịu tải trọng cao như bu lông, đai ốc, vít, bạc Loại
này có lượng P và S cao hơn bình thường để tạo cho phoi dễ gãy
Thép ỗ bi: Là loại có hàm lượng C cao, ít tạp chất xấu, thường dùng
nguyên tố Cr, đôi khi cả Mn, Si dé tăng độ thấm tôi
Thép xây dựng: Dùng làm các kết cấu xây dựng như cầu, ống dẫn khí, dẫn
dầu, giàn, tháp, thân tàu biển, toa xe, ô tô yêu cầu phải có cơ tính và tính công
nghệ cao, khả năng chống ăn mòn tốt Hàm lượng nguyên tố hợp kim thấp, thường < 2% với các nguyên tô Cr, Mn, Cu, P
3.2.1 Thép hợp kim dụng cụ:
Là loại thép dùng để chế tạo dụng cụ cắt gọt kim loại như: dao tiện, phay, bào; các loại dụng cụ đo (Panme, thước cặp ); khuôn dập nóng, dập nguội
*Yêu câu đối với thép hợp kim dung cu:
+ độ cứng cao, chịu mài mòn tốt để đảm bảo quá trình làm việc lau dai
+ độ va đập tốt để chống va đập bất ngờ
+ Tính cứng nóng cao để không giảm độ bền và đạt năng suất cắt cao
+ Tính thấm tôi tốt để đạt hiệu quả cao trong quá trình nhiệt luyện nâng cao tính bên
3.2.2 Các loại thép hợp kim dụng cụ:
+ Thép làm dụng cụ cắt gọt: Có độ cứng cao > 60 HRC,tính cứng nóng cao để có thể gia công áp lực ở trạng thái nóng
Thép Crôm: Có loại: 9X dùng làm dụng cụ cắt gỗ, loại X12 làm ta rô, bàn
Trang 30Thép Cr — Si: Dung để chế tạo mũi khoan, dao doa, bàn ren, ta rô
Thường dùng loại 9XC,6XC
Thép gió: Là loại dùng làm dụng cụ cắt tốt hơn hẳn các loại trên, thỏa mãn ccs yêu cầu đối với vật liệu làm đao Tốc độ cắt đạt 35 + 80mm/s (gap 2+ 4 lần so với các loại trên) Tính chống mài mòn và độ bền rất cao, độ thấm tôi cao, có thé
tôi thấu với tiết diện bất kỳ, tính cứng nóng cao, giữ được độ bền, độ cứng ở khoảng 600 đến 650°C
Thành phần của thép gió ngoài Fe và C còn có W với hàm lượng cao, tất cả thép gió đều có lượng Cr như nhau trong khoảng từ 3,8 + 4,4% ( tăng độ cứng và tính thấm tôi cho phép), ngoài ra còn các nguyên tố Mo, V, Co Thép gió thường được tôi ở nhiệt độ khoảng 1230 C, làm nguội ngồi khơng khí (gió) sau đó ram
cao
Kí hiệu Liên bang Nga: Kí hiệu là P kèm theo chi sé % W
Vd: PI0K5@®5 là kí hiệu thép gió có 10%W; khoảng 4% Cr, 5%CO; 5% Vanadi Kí hiệu Việt Nam: Vd: 80W18Cr4V có C = 0,80%; W = 18%; Cr = 4%; V =1%
+ Thép làm dụng cụ đo: là loại thép có độ cứng và tinh chống mài mòn
cao để tránh mòn khi cọ sát với các chỉ tiết đo (60+65 HRC), hệ số giãn nở vì
nhiệt nhỏ dé kích thước không đổi sau thời gian làm việc lâu, độ nhẫn bóng bề
mặt cao Thường dùng thép Cr — Mn với hàm lượng C khoảng >1% 3.2.3 Thép làm khuôn dập:
*Thép làm khuôn đập nguội: Khuôn dập làm việc trong điều kiện chịu áp lực rất
lớn, chịu ứng xuất uốn, chịu va đạp và chịu ma sát, do đó cần các yêu cầu sau:
+ Độ cứng cao: Giới hạn 56 + 62 HRC, nếu quá cứng khuôn dập dễ bị nứt
mẻ
+ Tính chống mài mòn tốt để tránh khe hở, tạo ra sản phẩm không đúng
kích thước
+ Độ bền và độ dai cao để chịu lực va đập
+ Về thành phần: C ở mức trên dưới 1%, chứa nhiều nguyên tố hợp kim tăng tính thấm tôi như Cr, Mn, Si, W
Thép Cacbon làm khuôn dập nguội thường dùng các sỐ hiệu CD¡o, CD¡¡, CD;; Thép hợp kim thường dùng các số hiệu như CrWMn; 4CrW;C
*Thép làm khn dập nóng: Ngồi các yêu cầu như thép làm khuôn dập nguội thì
khuôn dập nóng cần có tính chịu nhiệt độ cao, tuy nhiên độ cứng không cần cao
như khuôn dập nguội vì phôi luôn được nung nóng (1000°C) nên dẻo, độ cứng
thấp Thành phần C thấp ( C = 0,4 + 0,6%), nguyên tố hợp kim la Cr, Ni, W,
Trang 313.3 Thép hợp kim đặc biệt:
Là các loại thép có tính chất lý, hóa đặc biệt Gồm:
a.Thép không gỉ Cr-Ni: Được dùng phổ biến trong công nghiệp sản xuất hóa
chất (AxiÐ, thép có tổ chức 1 pha là Austênit (tổ chức của Ni), có tính chống ăn mòn rất cao, tính hàn tốt Thường dùng các số hiệu 12XI§H9, 12X1§H9T,
8X18HI10T
b Thép hợp kim làm việc ở nhiệt độ cao: Lafloaij có tính bền và tính ôn định tốt
ở nhiệt độ jcao, tổ chức là Peclit với các nguyên tố Cr, Mo, Si Thép này được
được dùng nhiều để chế tạo xupap xả, nồi hơi và các thiết bị phụ của nó Thường dùng các số hiệu 40X9C2, 40X10C2M (lam xupap xả), 12XMð (làm nồi hơi)
c.Thép chống mài mòn: Là thép có độ cứng cao Tuy nhiên có loại hợp kim độ cứng thấp nhưng tính chống mài mòn vẫn cao do bị biến dang dẻo (chai) như thép Hatfnd với lượng Mn cao, thép Graphit hóa, hợp kim cacbit đúc Thép này dùng để làm răng gầu máy xúc, xích xe tăng, xích máy ủi
- Thép có tính giãn nở vì nhiệt: Thường có cơ sở là hợp kim Fe — Ni Chia làm 2 nhóm: Nhóm có hệ số dãn nở vì nhiệt xắp xỉ bằng không tên gọi là inva
dùng để chế tạo dụng cụ chính xác ( máy đo) Nhóm có hệ số dãn nở vì nhiệt bằng thủy tỉnh là hợp kim platinit có 42 + 80 Ni dùng trong chế tạo bóng đèn điện
và điện tử, hoặc các bộ phận kim loại gắn với thủy tinh, sứ
d.Hợp kim có điện trở lớn làm dây đốt nóng: Thường dùng hợp kim của Fe — Cr
— Al va hợp kim của Ni — Cr để chế tao nung thí nghiệm, bếp điện, bàn là,
eThép hop kim co tit tinh: Có loại hợp kim từ cứng như Fe — Ni - AI dùng làm
nam châm vĩnh cửu Hợp kim từ mềm Fe - S¡ với hàm lượng C rất thấp ( C <
0,04%) được dùng làm thép kỹ thuật điện, nam châm điện, stato máy điện 3.3.1 Hợp kim cứng:
a.Khái niệm:
Là loại hợp kim được chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột( các
phương pháp thông thường là nấu chảy rồi kết tỉnh) Không gọi là thép vì trong
thành phần không có Fe, chỉ gồm các loại cacbitvonfram, cacbittitan,cacbit
Tantan và Coban làm chất dính kết, đây là vật liệu dùng để chế tạo dao cắt tốt
nhất
Tinh chất: Có độ cứng cao và khả năng chịu mài rất tốt (75 + 76 HRC) Độ
cứng cao không phải do nhiệt luyện mà do bản chất của nó Tính cứng nóng cao
(800 + 10009) Nhược điểm là không tạo hình phức tạp được, độ don cao dễ gãy vỡ, tính dẫn nhiệt kém
b Phân loại hợp kừn cứng:
a Nhóm 1 cacbit: Gồm WC và Co, cắt gọt được ở nhiệt độ 800C, dùng chế tạo
Trang 32- Kí hiệu theo liên bang Nga: là BK
Ví dụ : BKS§ có 8% Co còn lại 92% là WC/
- Kí hiệu TCVN: WCCo
Vidu : WCCo8; WCCo15; WCCo25
b Nhém 2 cacbit: Gm WC + TiC va Co, cat got duge 6 900+ 1000°C, dùng làm mũi dao gia công thép không gi, thép bền nhiệt
- Kí hiệu Nga: TK
Vídụ : TI5KTI0 có 10% Co; 15% TIC còn lại 75% là WC
- Kí hiệu TCVN: WCTiCI5Co10
c Nhóm 3 cacbif: Gồm WC + TiC + TaC và Co, khả năng chịu nhiệt như trên
nhưng khá năng chống rung, chống gãy mẻ cao hơn
- Kí hiệu Nga: TT7K12 có 4%TIiC, 3% TaC, 12% Co, 81%WC - Kí hiệu TCVN: WCTiC4TaC3Co12
c.Pham vỉ ứng dụng:
* Nhém 1 cacbit: Tit BK2 + BK8 dùng để cắt phôi có phoi vụn như gang, sứ, gốm, hợp kim màu, BK10 + BK15 dùng làm khuôn kéo sợi, mũi khoan địa chất, BK20 + BK25 có độ dai tốt hơn dùng làm khuôn dập, chỉ tiết máy chống mài
mòn
* Nhóm 2 cacbit: dùng làm đao gia công tinh thép
* Nhóm 3 cacbit: Dùng gia công thô thỏi đúc, cán, rèn vì có độ chống rung, chống mẻ tốt CHUONG 5 NHIET LUYEN VA HOA NHIET LUYEN 1 Nhiét luyén : 1.1 khai nigm:
Nhiệt luyện là tập hợp các nguyên cung nung nóng, giữ nhiệt và làm nguội với
các chế độ khác nhau nhằm làm thay đổi tổ chức dẫn đến thay đổi tính chất của
kim loại và hợp kim theo ý muốn
Nhiệt luyện khác với quá trình gia công khác là:
- Không làm thay đổi hình dạng chỉ tiết hay có nhưng rất ít
- Quá trình gia công luôn ở trạng thái rắn
- Kết quả của nhiệt luyện không thể kiểm tra bằng mắt thường mà
đánh giá bằng sự biến đối cơ tính và tổ chức tế vi
*Phân loại nhiệt luyện :
Gồm ủ, thường hóa, tôi và ram
Trang 33- Tăng độ cứng, tính chống mài mòn và độ bền cho phép ( Nhiệt luyện kết
thúc)
- Tùy vào điều kiện làm việc của chỉ tiết có thể làm giảm một phần độ cứng,
tăng độ đéo dai đến mức cần thiết do đó tăng khả năng và thời gian làm việc cho
chỉ tiết
- Cải thiện tính công nghệ: Thép quá cứng, khó gia công phải làm mềm đi
bằng cách ủ hoặc thường hóa (Nhiệt luyện sơ bộ)
1.3 Phương pháp ủ và thường hóa: a Định nghĩa:
- Ủ: Là phương pháp ung thép đến một nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt rồi làm nguội chậm cùng lò dé tạo cho thép có tổ chức cân bằng, ổn định, độ cứng thấp
và không có ứng xuất bên trong
- Thường hóa: Là phương pháp nung thép đến nhiệt độ Austenit, giữ nhiệt và làm nguội ngồi khơng khí Tổ chức không khác mấy so với ủ nhưng độ cứng cao hơn ủ
b Mục đích:
- Giảm độ cứng đề dễ gia công
- Tăng độ dẻo đề dễ biến dang
- Làm giảm hoặc mất ứng xuất bên trong của thép sau khi gia công cắt, hàn, biến dạng
- Làm đồng đều thành phần hóa học của vật bị thiên tích - Làm nhỏ hạt và chuẩn bị tổ chức cho nhiệt luyện cuối cùng
1.4 Các phương ủ và thường hóa:
a Các phương pháp ú không có chuyển biến pha: Nhiệt độ ủ thấp hơn Ac; nên
không làm biến đổi tổ chức của thép Gồm 2 loại:
- Ủ thấp: Nung thép lên nhiệt độ 200+600°C với mục đích làm giảm hoặc
mắt ứng xuất của vật đúc hay sản phẩm qua gia công cơ khí Thường áp dụng với các san phẩm uốn như lò xo
- Ủ kết tinh lại: Dùng cho thép bị biến cứng sau khi qua biến dang cần khôi
phục lại tính dẻo, nhiệt độ nung ở 600+700°C
b Các phương pháp ú có chuyển biến pha: Nhiệt độ nung cao hơn Aei,
- Ủ hoàn toàn: Áp dụng cho thép trước cùng tích, nung đến nhiệt độ hoàn toàn Ausfenit (>Aca), giữ nhiệt rồi làm nguội chậm cùng lò
T°, = Ac; + (20+30°C)
- Ủ khơng hồn tồn: Áp dụng cho thép cùng tích và sau cùng tích, nung
nóng thép tới trạng thái khơng hồn tồn Austenit, giữ nhiệt rồi làm nguội chậm
cùng lò
Trang 34- Ủ đẳng nhiệt Áp dụng cho thép hợp kim, nung thép đến trạng thái
Austenit, giữ nhiệt rồi làm nguội nhanh xuống dưới đường Ar; (Khoảng 680 + 700°C), giữ đẳng nhiệt ở nhiệt độ này để Au chuyển biến thành peclit rồi làm
nguội ngoài không khí TI: Thời gian nung nóng T2: Thời gian giữ nhiệt
T3: Thời gian làm nguội nhanh
T4: Thời gian ủ đẳng nhiệt
T5: Thời gian làm nguội ngồi khơng khí
- Ủ khuyêch tán: Có tác dụng làm đồng đều thành phần hóa học trên 1 vùng
tiết diện của sản phẩm đúc bằng thép hợp kim cao Nung thép khoảng nhiệt độ
1050 + 1150°C, giữ nhiệt10+15 giờ Do ủ nhiệt ở nhiệt độ cao và lâu nên hạt to,
cơ tính xấu, cần ủ hoàn toàn lại để nhỏ hạt
c.Thường hóa: Áp dụng cho mọi loại thép, đặc biệt là thép C thấp Nung thép
đến nhiệt độ Austenit, giữ nhiệt rồi làm nguội ngồi khơng khí Đối với thép trước cùng tích và cùng tích: Tn = Acs + (30 + 50°C) Đối với thép sau cùng tích: Tn = Acm + (30 + 50°C) 2.Tôi thép: a Định nghĩa:
Tôi là phương pháp nhiệt luyện nung thép lên cao hơn nhiệt độ chuyển
biến pha để làm xuất hiện tổ chức Austenit, giữ nhiệt và làm nguội nhanh trong
các môi trường nước, nước muối, dầu để tạo cho thép có tổ chức không cân bằng,
độ cứng cao nhưng nhiều ứng xuất bên trong
b Mục đích:
- Tôi kết hợp với ram nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn cho thép
- Nâng cao độ bền và sức chịu lực cho chỉ tiết may
2.1 Các quá trình chuyến biến khi tôi:
- Quá trình chuyển biến tổ chức khi nung nóng: Khi nung nóng đến nhiét d6 Aci, tổ chức peclit của thép chuyển biến thành Austenit ( ức mới tạo thành hat ô nhỏ min, song nếu nhiệt độ nung càng tăng, hạt Austenit càng lớn, khi nguội vẫn giữ
nguyên kích thước làm giảm độ bên)
-Quá trình chuyển biến khi giữ nhiệt: Thời gian này tuy không xảy ra chuyên
biến mới nhưng rất cần thiết để đủ thời gian hoàn thành các chuyền biến đã có và
Trang 35- Quá trình chuyển biến khi làm nguội: Với các tốc độ nguội khác nhau, Austenit sẽ phân hóa thành các tổ chức khác nhau Nếu làm nguội chậm Ô sẽ phân hóa thành tổ chưac xoocbit, trustit, bainit Nếu làm nguội nhanh (trong nước) Ô sẽ tạo
thành tổ chức Mactenxit, day la tổ chức quan trọng nhất cần đạt được khi tôi,nó
có độ cứng cao nhất, có mạng tinh thé chính phương thé tâm
2.1.1 Tốc độ tới hạn và độ thấm tôi:
- Tốc độ tới hạn: Là tốc độ nguội nhanh khi tôi thép Nó có ý nghĩa rất lớn vì khi
tôi muốn đạt được tổ chức Mactenxit thì phải làm nguội với tốc độ bằng tốc độ
tôi tới hạn Vth phụ thuộc vào thành phần, kích thước chỉ tiết, môi trường làm
nguội
- Đồ thấm tôi: Khi tơi khơng phải tồn bộ chỉ tiết đều chuyển biến thành Mactenxit mà lớp M có thể chỉ có 1 chiều dày nhất định tính từ bề mặt vào Độ dày của lớp này lớn hay bé là thể hiệnđộ thấm tôi của thép Độ thấm tôi phụ thuộc
vào nhiệt độ nung, kích thước chỉ tiết, môi trường làm nguội 2.1.2 Chọn nhiệt độ tôi thép: - Thép trước cùng tích và cùng tích: Chọn phương pháp tơi hồn tồn T°, = Acs + (30 + 50°C) - Thép sau cùng tích: Chon phương pháp tơi khơng hồn toàn T°, = Ac; + (30 + 50°C)
2.1.3 Các môi trường làm nguội khi tôi: a Yêu cầu đối với môi trường tôi:
+ Phải làm nguội nhanh để đạt tổ chức M
+ Không làm thép nứt hoặc biến dạng
+ Có tính kinh tế, an tồn và bảo vệ mơi trường
b.Các môi trường thường dùng:
+ Nước: Làm thép nguội nhanh, an toàn, dễ kiếm nhưng dễ gây nứt và biến dạng, nhưng có nhược điểm dễ bị nóng lên nên bể tôi cần có hệ thống cấp và thải
nước liên tục
+ Nước pha muối: Làm thép nguội nhanh
+ Dâu: Nguội chậm hơn, ít gây biến dạng và nứt, nhưng khả năng tôi cứng
kém và dễ bắt lửa, dễ gây ô nhiễm môi trường
2.1.4 Các phương pháp tôi:
a Tôi trong I môi trường: Nung thép đến nhiệt độ tôi, giữ nhiệt và làm nguội trong 1 môi trường nước hoặc nước muối Phương pháp này đơn giản nhưng dễ
sinh biến dạng và nứt Áp dụng với thép C thấp
Trang 36ứng xuất nhiệt nhỏ nên ít biến dạng và nứt Nhược điểm là khó xác định nhiệt độ chuyển môi trường Ứng dụng cho thép C cao
c.Tôi phân cấp: Tương tự như tôi 2 môi trường nhưng môi trường I là muối lỏng xuống khoảng 100°C thì chuyển làm nguội ngồi khơng khí, áp dụng với thép hợp kim cao như các dụng cụ cắt
d.Tôi đẳng nhiệt: Làm nguội đẳng nhiệt thép trong muối lỏng trong nhiều giờ
Phương pháp này đủ độ cứng, đạt độ dai, độ bền, tuy nhiên năng xuất thấp nên ít
ứng dụng
e.Tôi bộ phận: Là chỉ nung nóng phan cần tôi Còn gọi là tôi tự ram do nhiệt độ ở phần không được làm nguội vẫn tóa ra, thường dùng để tôi các dụng cụ
2.1.5 Các phương pháp nung nóng bề mặt: - Nung bang dong điện có tần số cao - Nung bằng ngọn lửa hàn khí
- Nung trong kim loại lỏng hoặc muối nóng chảy 2.1.6 Các hư hỏng thường xảy ra khi tơi:
- Ơ xi hóa và thoát C: Do nung ở nhiệt độ cao
- Biến dạng và nứt: Do ứng xuất nhiệt sinh ra giữa bề mặt ngoài và lõi chỉ tiết - Độ cứng thấp: Do nguội chậm, nhiệt độ nung không đủ, thời gian giữ nhiệt ngắn - Tính giòn cao: Do nhiệt độ nung quá cao 2.2 Ram thép
a.Khái niệm: Ram là quá trình nung lại thép đã tôi ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ
chuyển biến pha (Ac¡) nhằm làm giảm hoặc mắt ứng xuất bên trong của thép,
tăng độ dẻo, dai và khả năng đàn hồi, áp dụng cho các chỉ tiết như lò xo, nhíp,
khuôn dập
b Rem cao: Nhiệt độ Ram 500 +650°C, tổ chức đạt được là xoocbit ram, phương
pháp này giảm nhiều độ cứng nhưng đạt cơ tính tổng hợp cao, áp dụng cho các chỉ tiết chịu lực lớn, chịu va đạp như các loại trục, bánh răng, tay biên
3 Hóa nhiệt luyện:
Trang 373.3 Các phương pháp hoá nhiệt luyện: - Phân hóa: - Hấp thụ: -Khuyéch tan: a.Thấm cacbon: Là quá trình tăng thêm C vào lớp bề mặt sản phẩm bằng thép, quá trình này có thể tiến hành bằng chất thắm C ở thể rắn hay thể khí
Để bảo vệ những chỗ trên bề mặt chỉ tiết khỏi bị thắm C thường để lượng dư
hoặc mạ một lớp đồng bằng phương pháp điện phân hoặc dùng những bột nhão
đặc biệt
Tốc độ khuếch tán của cácbon trong ferit là nhỏ nhất và trong Ôstenit là lớn
nhất, do vậy quá trình thấm cácbon được tiến hành ở nhiệt độ lớn hơn Ac3 (900 —
940oc), nhiệt độ đó là 1 trong những yếu tố nâng cao hiệu quả của quá trình thắm
thời gian thấm được xác định phụ thuộc vào nhiệt độ thắm, chiều sâu lớp thắm và
chất thám, được tra trong các số tay nhiệt luyện hay xác định như sau:
0,15 mm/h - cho lớp thấm nhỏ hơn 1 mm 0,1 mm/h - cho lớp thấm lớn hơn l mm
sau khi thấm dỡ hộp ở nhiệt độ không cao hơn 100c
b Thắm cácbon ở thể khi
thấm cácbon ở thể khí thực hiện bằng cách nung nóng và giư chỉ tiết trong môi trường thấm cácbon có chứa khí CH4 và Co
thấm cácbon ở thể khí có năng suất cao và hiệu quả thấm rất cao, khí CH4 có
hoạt tính cao nhất
dung dịch đặc dưới tác dụng tương hỗ của khí xảy ra theo phương trình sau 2Fe+ CH4= FE3C +2H2
c.Thấm cacbon ở thể lông
Tham cacbon ở thể lỏng được thực hiện bằng cách nung chỉ tiết trong muối nóng chảy chứa nacn (natri xianua) va sic
tham cacbon ở thể lỏng có đặc điểm là: quá trình thắm nhanh, chỉ tiết được nung
đều, có thể tôi trực tiếp không bị ơxy hố và thốt cácbon thành phần bể muối gồm:
75- 80% Na2Co3, 15 — 20% NaCl, 10% sic
Trang 38thấm nitơ là nguyên công cuối cùng với mục đích nâng cao tính chống mài mòn và giới hạn mỏi của chỉ tiết máy
nitơ kết hợp với kim loại tạo ra nitrit, tác dụng với sat tao ra pha xen ké
- Các yếu tố ảnh hưởng khi tham nito
các nguyên tố như: C, W, Cr, Mn, Ni Sỉ đều làm giảm chiều sâu lớp thấm khá
mạnh
nguyên tố al làm tăng nồng độ nitơ, tăng chiều sâu lớp thấm và nâng cao độ cứng
của nó các thép chứa AI, Mo, W có hiệu quả độ cứng lớn nhất
để tránh biến dạng và không bị dòn ram người ta thường thấm nitơ ở 380 — 420oc
CHƯƠNG 6:
KIM LOẠI MÀU VÀ HỢP KIM MÀU
1 Đồng và hợp kim đồng:
1.1.Đồng nguyên chất: Có đặc tính
Đồng nguyên chất có màu đỏ nên gọi là đồng đỏ với các tính chất sau:
- Tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao
- Tính chống ăn mòn cao trong môi trường thường như khí quyên, nước, nước
biển
- Tinh déo cao (8 = 50%) nên rất dễ biến dạng, dễ cán, kéo
- Trọng lượng riêng lớn (8,94g/cm3), nhiệt độ chảy tương đối cao (1083°C) - Độ bền không cao nhưng sau biến dạng dẻo độ bền tăng rất mạnh, do đó đối
với đồng, biến dạng nguội là biện pháp hóa bền rất quan trọng
- Tinh han khá tốt, nhưng tinh gia công cắt kém do phoi qua đẻo khó gãy ( Đề cải
thiện thường cho thêm chì).Đồng là kim loại màu đắt nên trong cơ khí chỉ dùng
khi cần thiết và thường dưới dạng hợp kim
*Công dụng :Chủ yêu là làm dây dẫn điện, thiết bị điện và để pha chế hợp kim
*Kí hiệu: TCVN: Cu với số kèm theo chí độ nguyên chất của đồng
Ví dụ : Cu99,99 là đồng nguyên chất có 99,99%Cu, còn lại là tạp chất
1.2 Hợp kim đồng:
a.Đồng thau (La tông): Là hợp kim của đồng và kẽm với lượng kẽm < 45%, nếu vượt quá giới hạn này đồng rất giòn, ngoài ra còn pha thêm AI, Fe, Ni, Pb (Khi
pha thêm Zn màu đỏ của đồng nhạt dần và chuyển thành màu vàng)
*Tính chất:
Cơ tính của đồng thau phụ thuộc vào lượng kẽm chứa trong đó:
Trang 39Nếu Zn > 45% đồng rất giòn
Đồng thau có độ dẻo dai cao nhất khi chứa lượng Zn = 30%
Đồng thau có tính chống ăn mòn tôt trong không khí và nước thường nhưng bị ăn mòn nhanh trong muối và axit Lượng Zn càng tăng, khả năng chống ăn mòn và
dẫn điện càng giảm Thực tế chỉ dùng Zn < 45%
*Các loại đồng thau:
+ Đông thau đơn giản: Là hợp kim với thành phần chỉ có đồng và kẽm
Theo TCVN: Kí hiệu là L kèm theo chữ kí hiệu nguyên tố và số chỉ % Zn
Ví dụ: LcuZn4 là đồng thau đơn giản có Zn = 4% còn lại 96% Cu
Đồng thau thường được dùng làm dây dẫn điện do nhẹ và rẻ hơn đồng nguyên chất Nếu chứa lượng Zn < 12% có màu đỏ nhạt được dùng làm các đồ gia đồng như huy chương, tiền xu, khuy áo, khóa Nếu Zn khoảng 20% có màu vàng như Au, dùng làm chỉ tiết trang sức Khoảng 30% Zn có tinh déo cao dùng
để đập các chỉ tiết như vỏ đạn
+ Đồng thau phức tạp: Là loại ngoài hai nguyên tố Cu — Zn còn pha thêm 1 số nguyên tố khác như: Pha thêm AI, Fe, Ni để tăng cơ tính , thêm Mn, Sn tang tinh chịu ăn mòn, nếu pha thém 1+3% Pb thi tang tính cat got
b Đồng thanh (Brông):
Là hợp kim của Cu và các nguyên tố khác trừ Zn Một số loại đồng thanh có khả năng chống mài mòn và ăn mòn cao dùng làm hợp kim đỡ sát, dễ cắt gọt và
dễ đúc
*Đông thanh thiếc: Là hợp kim của Cu và Sn có tính đúc rất cao là kim loại mà loài người biết sử dụng đầu tiên Các loại ổ trục thường dùng là đồng thanh thiếc v6i 8 + 10% 1a Sn
*Đông thanh nhôm: Là hợp kim của Cu và AL, có cơ tính và tính chống ăn mòn
cao, ít ma sát, nhôm có thể hòa tan trong đồng tới 9%
*Đông thanh chì: chì và đồng là 2 nguyên tố hòa tan có dạng ở trạnh thái lỏng và
không hòa tan ở trạng thái đặc.Tổ chức của nó gồm những hạt đồng và chỉ riêng
rẽ, rât thích hợp với hợp kim làm ổ trục
Ngoài việc phục vụ cho chế tạo cơ khí đồng thanh có tính đúc cao, chống ăn
mòn tốt trong khí quyền nên thường dùng để đúc các tác phẩm nghệ thuật như tượng đài, chuông, phù điêu
2 Nhôm và hợp kim nhôm:
2.1 Nhôm nguyên chất: Có đặc tính:
- Khối lượng riêng nhỏ (2,7g/cm))
~ Tính chống ăn mòn tốt trong khí quyền nhờ luôn có lớp màng ô xít nhôm bảo
vệ
Trang 40- Tinh dẻo cao (5 = 40%)nén rat dé biến dạng dẻo
- Nhiệt độ chảy tương đối thấp 660°C nên dễ đúc nhưng không làm việc ở nhiệt độ > 300C
- Độ bên, độ cứng thấp, thường hóa bền bằng biến dạng dẻo và nhiệt luyện Do có các đặc tính trên nên nhôm được dùng nhiều đề truyền tải điện ( nhất là đường trục chính), để tăng bền cho dây dẫn thường ghép thêm dây thép để chịu
lực (cáp nhôm), dùng nhiều trong xây dựng trang trí nội thất, làm đồ gia dụng mà không cần bảo vệ chống ăn mòn Tuy nhiên do nhôm nguyên chất quá dẻo nên thường dùng hợp kim nhôm
+Kí hiệu theo Nga: Là A kèm theo chỉ số phần thập phan sau 99%
Vídụ : A995 có AI = 99,995%; A99 có AI = 99,99%; A8 có AI = 99,8%
AO có AI = 99,0%
+Kí hiệu: TCVN AI kèm số tương tự như trên
2.2 Hợp kim nhôm: Để tăng độ bền cho nhôm cần hợp kim hóa Có các nhóm:
2.2.1.Hợp kim nhôm biến dạng: (Đuya ra)
a.Tỉnh chất Hop kim nhôm biến dạng là hợp kim của nhôm, đồng, magiê ngoài
ra còn có man gan, silic, sắt, với hàm lượng đồng 0,5 + 6%,ma gié = 0,25% +
2%, man gan với hàm lượng = 0,25% + 2%, st = 0,5% và silic = 0,5% còn lại là AI Trong hợp kim đồng và ma giê là hai nguyên tố cơ bản trong hợp kim nhôm biến đạng làm cho cơ tính của hợp kim cao Mn làm tăng tính bền và tính chịu bài
mòn Si va Fe lam tang tinh chiu nhiệt
b.Kí hiệu: Hợp kim nhôm biến dạng ký hiệu như sau:
- Theo Liên Xô: Hợp kim nhôm biến dạng kí hiệu JI và kèm theo các số chỉ
số thứ tự đuya ra tìm được
Ví dụ: Jl, 72, 120
- Viét Nam chưa có tiêu chuẩn về hợp kim nhôm biến dạng Các nước khác chưa có kí hiệu cụ thể cho hợp kim nhôm biến dạng mà chỉ có ký hiệu chung cho hợp kim nhôm
Ví dụ: Mỹ kí hiệu hợp kim nhôm là chữ A kèm theo các số (5 số)
Nhật ký hiệu hợp kim nhôm cũng là chữ A kèm theo các số (4 số)
c.Công dụng:
Hợp kim nhôm biến dạng (đuya ra) có trọng lượng riêng nhẹ có thể
rèn,dập, cán, vuốt, tán, tiện, phay, khoan dễ dàng Nhưng dễ bị ăn mòn lên
thường phải phủ lên bề mặt hợp kim nhôm biến đạng một lớp nhôm nguyên chất
từ 4 + 8% để bảo vệ
Dựa trên các đặc tính cơ học và tỷ trọng nhẹ nên đuya ra được dùng nhiều