Giáo trình Vật liệu cơ khí (Nghề: Cắt gọt kim loại - Cao đẳng nghề): Phần 2 - Tổng cục Dạy nghề

Giáo trình Vật liệu cơ khí (Nghề: Cắt gọt kim loại - Cao đẳng nghề) nhằm giúp học viên: trình bày được đặc điểm, tính chất cơ lý, ký hiệu và phạm vi ứng dụng của một số vật liệu thường dùng trong ngành cơ khí như: gang, thép cacbon, thép hợp kim, hợp kim cứng, kim loại màu, vật liệu phi kim, dung dịch trơn nguội;... Phần 1 của giáo trình có nội dung gồm 2 chương, mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung!

69 CHƯƠNG 4:VẬT LIỆU KIM LOẠI Mã chương: MH12-04 Giới thiệu chương Hiện kim loại sắt hợp kim sắt (gang , thép) dùng rộng rãi ngành kinh tế đóng vai trị quan trọng tiến hóa xã hội lồi người Thép gang vật liệu chủ yếu cơng nghiệp khí phương tiện giao thơng vận tải, khối lượng thép lớn sử dụng xây dựng Sở dĩ thép gang sử dụng rộng rãi để chế tạo máy công cụ chúng có nhiều tính tốt đảm bảo yêu cầu đề Để sử dụng thép gang cơng nghiệp khí cách hợp lý nhất, người làm cơng tác khí cần phải có kiến thức định thép gang Chương vật liệu kim loại giới thiệu đến độc giả thành phần hóa học, tính chất , ký hiệu, công dụng thép cacbon, thép hợp kim gang Mục tiêu: - Trình bày khái niệm gang - thép, cách phân loại gang – thép yếu tố ảnh hưởng đến tính chất gang – thép; - Phân biệt gang thép qua ký hiệu; - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì cẩn thận, nghiêm túc chủ động tích cực sáng tạo học tập Nội dung Thép Cacbon 1.1 Khái niệm thép cacbon 1.2 Phân loại thép cacbon 1.2.1 Thép cacbon thường 1.2.2 Thép cacbon kết cấu 1.2.3 Thép cac bon dụng cụ Thép hợp kim 2.1 Khái niệm thép hợp kim 2.2 Phân loại thép hợp kim 2.2.1 Thép hợp kim kết cấu 2.2.2 Thép hợp kim dụng cụ 2.2.3 Thép hợp kim đặc biệt Gang 3.1 Khái niệm chung 70 3.2 Phân loại gang 3.1.1 Gang trắng 3.1.2 Gang xám 3.1.3 Gang biến tính 3.1.4 Gang dẻo 3.1.5 Gang cầu Thép cacbon Mục tiêu: - Trình bày phương pháp phân loại thép cacbon; - Trình bày thành phần hóa học, tính chất, ký hiệu cơng dụng thép loại thép bon; - Giải thích ký hiệu thép cacbon; - Rèn luyện khả tư độc lập sáng tạo học tập 1.1 Khái niệm thép cacbon 1.1.1 Thành phần hoá học ảnh hưởng nguyên tố a.Thành phần hóa học Thép cacbon hợp kim Fe - C, Trong C < 2,14% ngồi cịn có số tạp chất khác như: Mn, Si, P, S b Ảnh hưởng nguyên tố tới tính chất thép * Cacbon: C < 2,14% Cacbon nguyên tố quan trọng ảnh hưởng lớn tới tổ chức cơ, lý, hóa tính thép - Tổ chức Khi lượng cacbon thép tăng lên lượng xêmentit tăng lên dẫn đến tổ chức thép thay đổi - Cơ tính Khi lượng cacbon thay đổi tính thép thay đổi nhiều Quy luật chung là, thành phần cacbon tăng lên độ bền, độ cứng tăng lên, độ dẻo, độ dai giảm Tuy nhiên độ bền tăng lên theo cacbon đến giới hạn (0,8 – )% vượt giới hạn độ bền thép lại giảm Hình 4.1 trình bày ảnh hưởng cacbon đến tính thép Có thể giải thích quy luật sau: tăng lượng cacbon, số lượng pha xêmentit cứng, dịn tăng tương ứng, thép có độ cứng tăng lên, độ dẻo dai giảm Riêng ảnh hưởng lượng pha xêmetit đến độ bền có nét 71 khác Thoạt tiên tăng số lượng pha xêmentit với độ cứng cao có tác dụng cản trở trượt ferit làm tăng giới hạn bền thép, xêmentit nhiều (khi cacbon > 0,8%) tạo nên xêmetit II dạng lưới (liên tục) lại giảm độ bền, lưới xêmentit làm dễ dàng cho tạo thành cho phát triển vết nứt phá hủy Hình 4.1: ảnh hưởng cacbon đến tính thép cacbon trạng thái ủ - Lí, hóa tính: Khi tăng lượng cacbon điện trở lực khử từ tăng, tính chống ăn mòn độ từ thẩm thép giảm * Mangan: Mn < 0,8% - Mangan hòa tan vào ferit làm tăng độ bền làm giảm độ giãn dài thép - Một phần mangan kết hợp với cacbon tạo thành hợp chất Mn 3C có tính chất giống Fe3C làm tăng độ cứng, tăng tính chống mài mòn - Mangan đưa vào thép dạng fero- mangan để khử ơxy lưu huỳnh có hại * Silic: Si < 0,5% - Silic hòa tan vào ferit làm tăng độ bền, độ cứng pha này, làm tăng độ bền, độ cứng giảm độ giãn dài cho thép - Silic có tác dụng khử ôxy mạnh so với mangan: Si + 2FeO → SiO2 + 2Fe - Silic có khả làm tăng tính thấm từ * Phốtpho: P < 0,05% - Phốt làm cho thép giòn nhiệt độ thường (giòn nguội) Phốt hòa tan vào ferit làm xô lệch mạng tinh thể pha - Phốt tăng cải thiện tính cắt gọt * Lưu huỳnh: S < 0,05% Lưu huỳnh làm cho thép giịn nhiệt độ cao (giịn nóng) dẫn đến công nghệ rèn, cán, kéo, ép, hàn … gặp nhiều khó khăn 72 Trong thép chứa nhiều lưu huỳnh tạo thành FeS, nóng chảy nhiệt độ (985 C) Khi rèn, cán thường phải nung thép tới nhiệt độ (1200)0C chảy làm yếu liên kết hạt kim loại nên thép dễ bị đứt Ngồi thép cịn có ơxy, nitơ, hiđrơ số tạp chất khác làm giảm độ dẻo, tăng độ giòn 1.2 Các phương pháp phân loại thép 1.2.1 Theo phương pháp luyện Dựa vào lò chế tạo thép - Thép lò chuyển: thép luyện từ lò chuyển có chất lượng thường - Thép mactanh: thép luyện từ lò mactanh chất lượng tốt thép lò chuyển - Thép lò điện: thép luyện từ lò điện (chủ yếu lò điện hồ quang) chất lượng cao 1.2.2 Theo mức độ khử ôxy - Thép sôi loại thép không khử ôxy triệt để khử fero- mangan loại chất khử không mạnh Do FeO thép lỏng nên FeO tác dụng với cacbon (của thép lỏng) để thành khí CO: FeO + C → Fe + CO Khí CO bay lên làm cho mặt thép lỏng chuyển động gây ấn tượng giống sơi, có tên gọi thép sôi Do khử ôxy fero- mangan nên tính chất thép dẻo dai dùng để sản xuất thép cacbon thấp, cán thành mỏng để dập nguội - Thép lắng loại thép khử ôxy triệt để, tức ngồi fero-mangan cịn dùng chất khử mạnh fero- silic bột nhôm, thép lỏng chứa FeO, mặt thép lỏng phẳng lặng nên gọi thép lắng Do khử ôxy cách triệt để nên chất lượng thép lắng cao hơn, loại thép tốt dùng để làm phần lớn chi tiết máy - Thép nửa lắng thép có vị trí trung gian thép sôi thép lắng, khử ôxy fero - mangan bột nhôm 1.2.3 Theo tổ chức thép trạng thái ủ - Thép trước tích: C < 0,8%, tổ chức F + P - Thép tích: C = 0,8%, tổ chức P - Thép sau tích: C > 0,8%, tổ chức P + XêII 1.2.4 Theo thành phần cacbon - Thép cacbon thấp: C < 0,3% - Thép cacbon trung bình: C = ( 0,3 ÷ 0,7 )% - Thép cacbon cao: C > 0,7% 73 1.2.5 Theo chất lượng Căn vào lượng photpho lưu huỳnh chia thép thành loại: - Thép chất lượng thường: S = ( 0,05 ÷ 0,07 )% ; P = ( 0,05 ÷ 0,09 )% - Thép chất lượng tốt: S = P = ( 0,04 ÷ 0,045 )% - Thép chất lượng cao: S = P ≤ 0,03% - Thép chất lượng đặc biệt cao: S < 0,015% ; P < 0,025% 1.2.6 Theo công dụng - Thép cacbon thông dụng (thép xây dựng): thường dùng nhiều để làm kết cấu xây dựng ( nhà xưởng, khung tháp, cầu đường …), đóng tàu - Thép cacbon kết cấu: chủ yếu dùng chế tạo chi tiết máy - Thép cacbon dụng cụ: chuyên dùng để chế tạo dụng cụ cắt gọt, dụng cụ đo, khuôn dập 1.3 Các loại thép cacbon 1.3.1 Thép cacbon thường (thép xây dựng) a Thành phần C < 0,5%, chứa nhiều photpho lưu huỳnh: S = ( 0,05 ÷ 0,07 )% ; P = ( 0,05 ÷ 0,09 )% b Tính chất Cứng, giịn, tính Khơng thể nhiệt luyện để nâng cao tính c Ký hiệu * Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 1765 – 75 ) CT kèm theo số (31 ; 33 ; 34 ; 38 ; 42 ; 51 ; 61) giới hạn bền nhỏ kéo tính theo (kG/mm2) Thép chia thành phân nhóm: - Nhóm A: chất lượng qui định theo tính CT31; CT33 ; CT34 ; CT38 ; CT42 ; CT51 ; CT61 - Nhóm B: Chất lượng qui định theo thành phần hóa học BCT31; BCT33 ; BCT34 ; BCT38 ; BCT42 ; BCT51 ; BCT61 - Nhóm C: Chất lượng qui định theo tính thành phần hóa học CCT31; CCT33 ; CCT34 ; CCT38 ; CCT42 ; CCT51 ; CCT61 Nếu sau ký hiệu có chữ: s loại thép sơi, n loại thép nửa lắng, khơng có chữ thép lắng Ví dụ: CCT34s - thép cacbon thường nhóm C, thuộc thép sơi, giới hạn bền kéo бBK= 34 kG/mm.2 74 d Cơng dụng - Nhóm A: Dùng nhiều ngành xây dựng không cần nhiệt luyện - Nhóm B: Dùng để chế tạo chi tiết khơng quan trọng vịng đệm; khớp nối; chốt; trục; …; làm kết cấu hàn - Nhóm C: Chế tạo loại thép định hình V ; L ; U ; I ; T ;… dùng nhiều ngành đóng tàu, cầu đường, làm kết cấu hàn chịu lực 1.3.2 Thép cacbon kết cấu a Thành phần C = ( 0,05 ÷ 0,85 )%; S = P = ( 0,04 ÷ 0,045 )% b Tính chất - Cơ tính cao thép cacbon thường : + Giới hạn bền kéo бBK= ( 33 ÷ 115 ) kG/mm.2 + Độ giãn dài tương đối  = ( 33 ÷ )% - Có thể nhiệt luyện nâng cao tính c Ký hiệu (Bảng 4.1) * Tiêu chuẩn Việt Nam ( TCVN 1766 – 75 ) Bắt đầu ký hiệu chữ C kèm theo chữ số (5; 8; 10; 15; ; 85 ) phần vạn cacbon ( o ooo C ) Nếu sau ký hiệu có chữ: s loại thép sôi, n loại thép nửa lắng, khơng có chữ thép lắng Ví dụ: C8s - thép cacbon kết cấu loại thép sôi C = o ooo → 0,08% Bảng 4.1 Bảng đối chiếu thép kết cấu thường dùng nước Việt nam Trug Quốc Mỹ Pháp Đức Tiệp Nhật Anh TCVN 176675 Phương án SAE AISI AFNOR DIN CSN JIS BS 10 05K C5s 05F 006 1006 C - - 12013 - - 08 C5 08 1008 C1008 - - 12010 S9CK En2A/1 08K C8s 08F 1006 C1006 - - 11360 SPCH1 En2A/1 10 C10 10 1010 C1010 XC10 C10, CK10 12010F S10C En2A/1 10K C10s 10F 1010 C1010 - - - SPH2 En2A 15 C15 15 1015 C1015 XC12 C15, CK15 - S15C En2E 20 C20 20 1020 C1020 XC18 C20,C22 11416 S20C En3A 20K C20s 20F C1020 - - - SPH3 En2C 25 C25 25 C1025 - C25 12030 S25C En3 Nga OCT 020 1025 75 30 C30 30 1030 C1030 XC32 - 12031 S30C En1 35 C35 35 1035 C1035 XC35 C35, CK35 12040 S35C En8A 40 C40 40 1040 C1040 XC42 - 12041 S40C En6 45 C45 45 1045 C1045 XC45 C45,CK45 12050 S45C En8D 50 C50 50 1050 C1050 XC48 C50,CK53 12051 S50C En43J 55 C55 55 1055 = C1055 = XC55 CF56 12060 S55C En9K 60 C60 60 1060 C1060 - C60,DK60 12061 - En43D 65 C65 65 1064 C1064 XC65 CK67 12062 - En42B 70 C70 70 1070 C1070 XC70 CK70 12072 - En42E 75 C75 75 1074 C1074 - C75 12081 - En42C 10 80 C80 80 1078 C1078 XC80 - - - En42T 85 C85 85 1085 C1085 - - 12090 15 C15Mn 15Mn 1016 C1016 - - 12120 - En42D 20 C20Mn 20Mn 1022 C1022 - - - - En3C 25 C25Mn 25Mn 1026 C1026 - - - - En3B 30 C30Mn 30Mn 1033 C1033 - - - - En5 35 C35Mn 35Mn 1037 C1037 - - - - - 40 C40Mn 40Mn 1039 C1039 - 40Mn4 - - En8 45 C45Mn 45Mn 1046 C1046 - - - - En43B 50 C50Mn 50Mn 1050 C1050 - - - - En43 65 C65Mn 65Mn 1065 C1065 - - - En49A - En42D d Công dụng - Số hiệu C5 ; C8 có độ dẻo cao dùng chế tạo chi tiết dập nguội - Số hiệu C10 ; ; C25 dùng làm bu lông, đai ốc, vòng đệm, khớp nối, làm thép hàn, chi tiết chịu tải trọng nhỏ cần qua thấm cacbon - Số hiệu C30 ; ; C45 dùng làm trục truyền chuyển động, bánh cần qua ram - Số hiệu C50 ; ; C85 dùng làm lò xo, nhíp thường 1.3.3 Thép cacbon dụng cụ a Thành phần C = ( 0,7 ÷ 1,3 )% ; S = P ≤ 0,03% b Tính chất - Độ bền, độ cứng cao thép kết cấu, chịu mài mòn, chịu va đập - Chịu nhiệt độ < 2500C - Dễ mài sắc, độ nhẵn bóng cao - Tính thấm tơi thấp < 10mm 76 c Kí hiệu ( Bảng4.2) * Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN1822 – 76 ) Bắt đầu ký hiệu chữ CD kèm theo số: 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130 phần vạn cacbon ( o ooo C) Chú ý: Chữ A sau kí hiệu chất lượng đặc biệt (P < 0,025% ; S < 0,015%) Ví dụ: CD80 - thép cacbon dụng cụ C = 80 o ooo → 0,8% Bảng 4.2 Bảng đối chiếu thép cacbon dụng cụ thường dùng nước Nga OCT Việt nam Trung Quốc Mỹ TCVN Phương SAE 1766-75 án Pháp Đức Tiệp Nhật AFNOR DIN CSN JIS Y7 CD70 T7 Y7A CD70A T7A Y8 CD80 T8 Y8A CD80A T8A Y9,Y9A CD90 T9,T9A Y10 CD100 T10, Y10A CD100A T10A Y11, Y11A CD110 T11, T11A - XC110 Y12, Y12A CD120 T12, T12A W1 - 1,2C Y13,Y13A CD130 T13, T13A - - XC65 W1 - 0,8C XC85 W1 - 0,9C XC95 C70W2 - SK7 19752 SK6 19193 SK5 19192 SK4 C110W1 19191 SK3 XC120 C115W2 19221 SK2 XC150 C130W2 19252 SK1 W1 - 1,0C C70W1 C85W2 C85W1 C9 0W3 - C100W2 C100W1 2.Thép hợp kim Mục tiêu: - Trình bày thành phần hóa học phương pháp phân loại thép hợp kim; - Trình bày tính chất, cơng dụng loại thép hợp kim; - Giải thích ký hiệu thép hợp kim; - Rèn luyện khả tư độc lập sáng tạo học tập 2.1 Khái niệm chung 2.1.1 Thành phần hóa học Thép hợp kim thép Fe - C tạp chất, người ta cố ý đưa vào thép số nguyên tố hợp kim thích hợp như: Cr, Ni, Si, Mn, W, V, Mo, Co nhằm làm thay đổi tổ chức tính chất thép theo ý muốn 2.1.2 Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim 77 a Crơm (Cr) Crơm đưa vào thép khoảng (1,5 ÷ 2,5)% Trong trường hợp đặc biệt tăng hàm lượng crơm tới 30% Crơm có tác dụng làm tăng độ cứng, tăng độ bền, tăng tính chống ăn mịn, tính ổn định từ tính Ví dụ: thép hợp kim đặc biệt khơng gỉ thép có từ tính thường chứa nhiều crơm b Niken ( Ni ) Niken đưa vào thép khoảng (1 ÷ 4)% Trong trường hợp đặc biệt tăng hàm lượng niken tới 80% Niken có tác dụng làm tăng độ bền, độ dẻo, tăng khả chịu va đập, tăng tính chống ăn mịn thép Tuy nhiên niken có nhược điểm làm ảnh hưởng đến độ giãn dài thép Ví dụ: hợp kim Inva với Ni (35 ÷ 37)% có hệ số giãn nở nhiệt  nhiệt độ thay đổi khoảng (- 60 ÷ + 100)0C c Vonfram (W) Vonfram đưa vào thép khoảng (0,8)% Trong trường hợp đặc biệt vonfram tăng tới  20% W + C → WC làm tăng độ cứng, tính chịu mài mịn, tính chịu nhiệt cao d Vanađi (V) Vanađi đưa vào thép có tác dụng làm nhỏ hạt, tăng độ cứng, độ bền cho thép e Silic (Si ) Silic đưa vào thép khoảng (1 ÷ 2)% có tác dụng làm tăng tính đàn hồi, tính chống ơxy hóa, tăng điện trở, tính thấm từ, tăng độ cứng, độ bền, giảm độ dẻo g Mangan (Mn) Mangan đưa vào thép khoảng (1 ÷ 2)% có tác dụng làm tăng độ cứng, tăng tính chịu mài mịn, tính chịu va chạm thép h Molipđen (Mo) Molipđen đưa vào thép để làm tăng tính chịu nhiệt, tính đàn hồi, tăng giới hạn bền kéo, tính chống ăn mòn nhiệt độ cao i Coban (Co) Coban đưa vào thép để làm tăng tính chịu nhiệt từ tính, tăng khả chịu va chạm 2.2 Phân loại thép hợp kim 2.2.1 Theo tổ chức thép sau thường hóa 78 - Thép peclit loại thép hợp kim thấp nên tính ổn định ostenit nguội chưa cao, nguội khơng khí tĩnh tổ chức ostenit phân hóa tạo thành tổ chức peclit - Thép mactenxit loại thép hợp kim trung bình cao, có tính ổn định ơstenit q nguội lớn, làm nguội khơng khí tĩnh đạt tổ chức mactenxit, thép cịn có tên thép tự - Thép ostenit loại thép hợp kim cao (chứa nhiều nguyên tố Mn, Ni có thêm Cr), tổ chức Ơ có tính ổn định cao nên làm nguội khơng khí tĩnh giữ lại tổ chức ostenit 2.2.2 Theo nguyên tố hợp kim Cách phân loại dựa vào tên nguyên tố hợp kim thép Ví dụ: Thép có chứa Cr gọi thép crôm Thép chứa Cr, Ni, Mo gọi thép crôm- niken - molipđen 2.2.3 Theo tổng lượng nguyên tố hợp kim (NTHK) Tùy thuộc vào tổng lượng nguyên tố hợp kim có thép chia thành loại: - Thép hợp kim thấp có tổng lượng NTHK < 2,5% - Thép hợp kim trung bình có tổng lượng NTHK (2,5 ÷ 10%) - Thép hợp kim cao có tổng lượng NTHK >10% 2.2.4 Theo cơng dụng Đây cách phân loại chủ yếu, thép chia thành nhóm sau: - Thép hợp kim kết cấu nhóm thép dùng để chế tạo chi tiết máy kết cấu kim loại - Thép hợp kim dụng cụ nhóm thép dùng chế tạo loại dụng cụ bao gồm dao cắt, khuôn dập, dụng cụ đo - Thép hợp kim đặc biệt nhóm thép có tính chất vật lý hóa học đặc biệt Ví dụ: tính chống ăn mịn cao (khơng gỉ), làm việc nhiệt độ cao, tính giãn nở nhiệt đặc biệt 2.3 Ký hiệu thép hợp kim 2.3.1 Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN1659 – 75) - Nguyên tắc chung: Tiêu chuẩn Việt Nam giống tiêu chuẩn ISO + Tên ngun tố lấy theo kí hiệu hóa học, số đứng sau biểu thị % NTHK + Tất số đứng đầu ký hiệu phần vạn cacbon ( Ví dụ: 40Cr12 o ooo C ) 129 giảm thời gian gia công, giảm áp suất đúc làm sản phẩm đồng Phương pháp dùng cho nhựa nhiệt dẻo nhiệt rắn Tuy nhiên nhiệt dẻo, thời gian gia cơng dài đắt Hình 5.4: Phương pháp đúc ép * Ưu điểm phương pháp: - Khn đơn giản nên giá thành thấp; - Ít làm mịn khn, thời gian chảy vật liệu khn ngắn; - Có khả chế tạo sản phẩm lớn * Nhược điểm phương pháp: không chế tạo chế sản phẩm có hình dạng phức tạp e Đúc trao đổi Hình 5.5: Phương pháp đúc trao đổi Đúc trao đổi phương án đúc ép, dùng để gia công vật liệu nhiệt rắn phenolurea, melamine loại nhựa nhiệt rắn khác Sự khác phương án đúc trao đổi đúc ép cách đưa vật liệu vào lịng khn Trong đúc trao đổi, vật liệu khơng cấp trực tiếp vào lịng khn, trước tiên làm nóng chảy buồng trao đổi nhiệt (hình 5.5 a) sau phun vào lịng khn áp suất phân bố tồn bề mặt khn (hình 5.5 b) Sản phẩm giữ đủ thời gian đông cứng để tạo nên cấu trúc mạng không gian, lấy khỏi khuôn (hình 5.5c) Phương pháp dùng cho nhựa nhiệt rắn cho sản phẩm có hình dạng phức tạp 130 2.2.4 Phạm vi ứng dụng số loại chất dẻo Chất dẻo dạng sản phẩm vật liệu polymer sử dụng lớn số lượng lẫn sản lượng thực tế Bảng 5.5 giới thiệu tính chất, ứng dụng số chất dẻo thơng dụng thị trường Tính chất chất dẻo đa dạng, ví dụ: polystyren, polymetymetacrilat có độ suốt cao, phù hợp với dụng cụ quang học Các chất dẻo flocacbon chịu nhiệt tốt, có số ma sát thấp bền mơi trường hóa học, nên dùng nhiều công nghiệp điện tử, thực phẩm Bảng 5.5 Loại vật liệu Tên thương mại Tính chất Ứng dụng điển hình Chất dẻo nhiệt dẻo Polystyrene (tinh thể trong) Styron, Replay, ladene Alathon Plyetylen (PE) Petrothene Hi -fax Pro - fax Polyprolen (PP) Tenite Moplen Nilon Polyamit Zyten PlafKon Flocacbon Telon TFE Trong suốt, ổn định nhiệt, tính cách nhiệt tơt Chai chứa nắp đậy, dụng cụ, bình chứa y tế Bền hóa chất cách điện mềm dẻo có hệ số ma sát thấp, độ bền học không cao chịu thời tiết yếu Chai lọ mềm dẻo, đồ chơi, vỏ bình ăcquy, khay đựng đá, màng bao gói Bền với thay đổi nhiệt độ Tính chất cách điện bền mỏi tuyệt vời Bền hóa chất Tương đối rẻ Chịu tia tử ngoại Chai lọ trùng được, màng bao gói, vỏ tivi, valy, túi du lịch Polyamit (PA) Độ bền học tốt, bền ma sát Hệ số Ổ trượt, bánh răng, ma sát nhỏ Hút bàn chải, tay cầm, vỏ nước số bọc dây cáp, dây điện chất lỏng khác Trơ hầu hết môi trường Hệ số ma sát nhỏ Có thể dùng đến nhiệt độ 260C, có tính chảy (PTFE hay TFE) Halon TFE Acrylic Lucite Plexiglass Truyền ánh sáng Chất bịt bọc chống ăn mịn, van, đường ống, đệm chịu hóa chất, màng chống dính, chi tiết điện từ làm việc nhiệt độ cao Kính cửa máy bay, 131 tuyệt vời, bền với thời tiết, tính chất trung bình (polymetylmet Acrilat, PMMA) PVC Vinyl (PVC) Pliovic Saran Tygon Vật liệu có ứng dụng rộng rãi Cứng nên thường dùng với hóa chất dẻo dụng cụ đo đạc, thiết kế Thảm trải sàn, đường ống, bọc dây điện, băng ghi âm Chất dẻo nhiệt rắn Epon Epoxy Epi - rez Araldite Bakelite Phenonlic Durez Resinox Silion Nhựa DC Có phối hợp tuyệt vời độ bền học tính Vật liệu đúc, keo rán, chống ăn mòn Vật liệu compozit, Kích thước ổn sơn bảo vệ điịnh Bám dính tốt, giá thành rẻ Tính chất điện tốt Ổn định kích thước tốt đến 1500C Có thể chọn với nhiều loại nhựa chất độn Giá thành rẻ Bọc mơtơ, vỏ telephon, dụng cụ điện Tính chất điện tốt, bền hóa học, chịu nhiệt Chất dẻo lớp, cách điện nhiệt độ cao 2.3 Hợp kim cứng 2.3.1 Thành phần hoá học hợp kim cứng: gồm loại bít khó nóng chảy chất keo dính coban - Các bít Vonfram (WC) - Các bít ti tan (TiC) - Các bít tan tan (TaC) 2.3.2 Tính chất chung hợp kim cứng - Có độ cứng cao từ chế tạo mà không cần qua nhiệt luyện, độ cứng đạt ( 87 - 92 ) HRA; - Khả chịu nhiệt (1000- 1200)0C; - Dễ vỡ chịu tải trọng động; 132 - Không chế tạo sản phẩm khí có hình dạng phức tạp Bảng 5.6 trình bày thành phần hóa học tính số hiệu hợp kim cứng 2.3.3 Các loại hợp kim cứng a Nhóm bít * Thành phần: WC + Co * Ký hiệu: - Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN): WCo - Theo tiêu chuẩn Nga (TCN): BK Số đứng sau biếu thị % Co, cịn lại % WC Ví dụ: BK6 Hợp kim cứng nhóm bít TCN: Co = 6%, WC = 94% Ví dụ: WCo6 Hợp kim cứng nhóm bít TCVN: Co = 6%, WC = 94% b Nhóm bít *Thành phần: (WC + TiC) + Co *Ký hiệu: - Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN): TCo - Theo tiêu chuẩn Nga (TCN): TK Số đứng sau Co K, biểu thị % Co ban Số đứng sauT, biểu thị % củaTiC, Cịn lại % WC Ví dụ: T15Co8: Hợp kim cứng nhóm bít TCVN, Co = 8%, TiC = 15%, WC = 77% Ví dụ: T15K8 Hợp kim cứng nhóm bít TCN, Co = 8%, TiC = 15%, WC = 77% c Nhóm bít *Thành phần: (WC + TiC + TaC) + Co *Ký hiệu: - Theo tiêu chuẩn Nga (TCN): TTK Số đứng sau K, biểu thị % Co ban Số đứng sauTT, biểu thị % củaTiC+ TaC, Còn lại % WC Ví dụ: TT25Co5 133 - Hợp kim cứng nhóm bít TCVN:Co = 5%, (TiC + TaC)= 25%, WC = 70% Ví dụ: T25K5 - Hợp kim cứng nhóm bít TCN: Co = 5%, (TiC + TaC)= 25%, WC = 70% Bảng 5.6 Thành phần hóa học Nhóm hợp kim cứng Số hiệu WC TiC TaC Cơ tính Co Giới hạn uốn σu N/mm2 Độ cứng HRA BK2 98 _ _ 1000 90,0 BK3 97 _ _ 1100 89,5 BK4 96 _ _ 1400 89,5 BK6 94 _ _ 1500 88,5 BK8 92 _ _ 1600 87,5 BK10 90 _ _ 10 1650 87,0 BK15 85 _ _ 15 1800 86,0 BK20 80 _ _ 20 1950 84,0 BK25 75 _ _ 25 2000 82,0 T30K4 66 30 _ 950 92,0 Cacbit T15K6 79 15 _ 1150 90,0 Titanvonfam T14K8 78 14 _ 1250 89,5 T5K10 85 _ 10 1400 88,5 T5K12 83 _ 12 1650 87,0 TT7K12 81 12 1650 87,0 TT10K8 82 1450 89,0 TT20K9 71 12 1300 89,0 Cacbit vonfam Cacbit tantan- titanvonfam 134 2.3.4 Công dụng Hợp kim cứng chủ yếu sử dụng làm dao cắt gọt kim loại khả cắt gọt ưu việt nhiều so với thép cacbon dụng cụ thép gió (có thể làm việc (800 ÷ 1000)0C với tốc độ cắt 1000m/ phút) Hợp kim cứng dùng để chế tạo phần cắt dụng cụ cắt gọt bêtông, mũi khoan địa chất khuôn đột dập - Hợp kim cứng nhóm BK có tính cứng nóng tới 8000 C Các số hiệu BK3, BK8 thường dùng để gia công loại vật liệu có phoi vụn gang, sứ, gốm số hợp kim màu Các số hiệu BK10, BK15 có độ dai tốt dùng làm khuôn kéo sợi, mũi khoan địa chất (đất ,đá) có tuổi bền cao thép dụng cụ hàng chục lần Các số hiệu BK20, BK25 có lượng coban lớn người ta dùng chúng làm khn dập, chi tiết máy u cầu tính chống mài mịn cao - Hợp kim cứng nhóm TK có tính cứng nóng (900 ÷ 1000)0C Chúng dùng chủ yếu để gia công cắt thép đặc biệt - Hợp kim cứng nhóm TTK có tính cứng nóng nhóm TK có độ bền tính chống rung, chống mẻ cao Người ta dùng chúng trường hợp điều kiện cắt gọt nặng gia công thỏi đúc, thỏi cán, rèn 2.4 Vật liệu compozit 2.4.1 Khái niệm tính chất chung a Khái niệm Vật liệu compozit vật liệu nhiều pha, tạo thành từ phân tử khác tính chất, khơng hịa tan hịa tan vào nhau, có phân giới rõ rệt Trong thực tế, tồn phổ biến compozit hai pha Pha liên tục toàn khối vật liệu gọi pha Pha phân bố gián đoạn bao bọc gọi pha cốt Ví dụ: bê tông loại compozit, thành phần gồm hạt đá, sỏi (cốt) liên kết chất dính kết xi măng (nền) b Cấu tạo Cấu tạo compozit gồm hai thành phần chính: nền, cốt - Nền kim loại hợp kim (vật liệu compozit kim loại), polyme, sợi cacbon gốm (vật liệu compozit polyme) - Cốt: kim loại (thép không gỉ, vofram, molipden…), chất vô (cacbon, thủy tinh, gốm…) chất hữu polyamit thơm c Đặc điểm tính chất Vật liệu compozit nói chung có độ bền nhiệt độ thường nhiệt độ cao, độ cứng vững, khả chống phá hủy mỏi tính chất khác 135 cao hợp kim kết cấu phổ biến Ngày người ta dự kiến trước tính chất để chế tạo compozit theo ý muốn Một đặc điểm đáng ý compozit kết hợp thành phần tuân theo quy luật cho thể bật ưu điểm cấu tử thành phần, nhược điểm bị loại bỏ Ngoài vật liệu compozit có tính chất mà thành phần riêng lẻ khơng thể có 2.42 Phân loại Có nhiều cách phân loại Dưới hai cách phân loại thông dụng a Phân theo hình dạng cốt * Vật liệu compozit cốt sợi Đó vật liệu compozit có cốt loại sợi Sợi sử dụng dạng liên tục, gián đoạn Ta điều khiển phân bố phương sợi để để tạo tính chất có hướng thích hợp compozit Vật liệu compozit cốt sợi có vai trị quan trọng cơng nghiệp Các loại sợi thường dùng như: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi aramit, sợi gốm, sợi tổng hợp tính cao *Vật liệu compozit cốt hạt Đó vật liệu compozit có cốt dạng hạt Cốt hạt khác cốt sợi chỗ khơng có kích thước ưu tiên Hạt thường dùng ôxit, nitrit, borit, cácbit … để cải thiện số tính chất nền, kết hợp làm giảm giá thành, ví dụ: Hợp kim ổ trượt đồng chì loại compozit cốt hạt, hạt chì phân tán đồng, có tác dụng tăng tính cắt gọt cho hợp kim gia cơng, tăng tính chống mài mịn sử dụng *Vật liệu compozit cấu trúc (hình 5.6) Hình 5.6: Compozit cấu trúc lớp Thực chất khái niệm tên bán thành phẩm loại vật liệu cấu hình từ compozit khác Compozit cấu trúc thông dụng dạng lớp dạng ba lớp 136 b Phân theo chất vật liệu thành phần Tùy thuộc chất vật liệu thành phần nền, compozit phân làm ba loại chính: compozit hữu cơ, compozit kim loại, compozit gốm 2.4.3 Một số vật liệu compozit thông dụng a Sợi thủy tinh Hiện sợi thủy tinh loại sợi quan trọng làm vật liệu cốt cho compozit Sợi thủy tinh có đặc điểm sau: độ bền riêng cao (б/p) cao, ổn định kích thước, chịu nhiệt, chịu lạnh, chịu ẩm tốt, tính chống ăn mịn cao, tính cách điện cao, dễ sản xuất, giá thành hạ Mỹ nước sản xuất sợi thủy tinh mạnh giới Hiện có hai loại sợi thủy tinh quan trọng dùng cho vật liệu compozit; Sợi thủy tinh E (electrical) loại S (highstrength) Sợi thủy tinh loại E sợi thủy tinh có nhiều cơng dụng Thành phần chủ yếu gồm: (52 ÷56)% Si02; (12 ÷ 16)% Al203; (16 ÷25)% Ca0; (8 ÷ 13)% B203; độ bền kéo sợi E khoảng 3.440Gpa mô đun đàn hồi đạt tới 4.480Mpa Sợi thủy tinh loại S sợi thủy tinh có độ bền giá thành cao sợi loại E, loại vật liệu sử dụng rộng rãi công nghiệp hàng khơng vũ trụ mục đích qn khác Thành phần hóa học gồm: 65% Sio 2, 25% Al203, 10% Mg0 Độ bền kéo đạt tới 4.480 Mpa, mô đun đàn hồi đạt tới 85.4Gpa Người ta sản xuất sợi thủy tinh cách kéo sợi thủy tinh riêng rẽ từ thủy tinh lỏng, sau ghép chúng lại thành sợi b Sợi cacbon Đây vật liệu kỷ 20 Sợi cacbon chế tạo từ Graphit tinh khiết Như biết, cấu trúc tinh thể dạng A3, Graphit thể tính dị hướng mạnh Trong sợi cacbon, mức độ dị hướng phụ thuộc vào công nghệ chế tạo Nếu cách làm cho graphit kết tinh hồn tồn (khơng cịn thành phần vơ định hình) tinh thể Graphit có định hướng chủ yếu song song với trục cốt sợi đạt tiêu tính cao Trong thực tế người ta sản xuất loại sợi cacbon có độ bền kéo tới 4000 MPa, mơ đun đàn hồi khoảng 650.000 MPa Ưu điểm bật sợi cacbon sợi thủy tinh có độ bền riêng cao Đáng tiếc giá thành sợi cacbon cao phạm vi sử dụng chúng hạn chế c Sợi hữu Aramit Sợi aramit có nguồn gốc từ sợi polyamit thơm Sợi aramit công ty thương mại Dupont giới thiệu thị trường vào năm 1972 với tên thương mại Kevlar, có loại Kevlar 29 Kevlar 49 137 - Kevlar 29 có mật độ thấp, độ bền cao, sử dụng làm vỏ bảo vệ , ống nối, cáp … - Kevlar 49 có mật độ, độ bền cao, sử dụng làm cốt sợi cho vật liệu compozit, dùng chế tạo hàng không, tàu thủy, ô tô nhiều ngành công nghiệp khác Sợi Kevlar chế tạo phương pháp tổng hợp -100C, sau kéo thành sợi dung dịch Tiếp theo sợi xử lý nhiệt để tăng mô đun đàn hồi Giá thành sợi Kevlar thấp sợi cacbon từ đến lần, song việc sử dụng chúng để chế tạo vật liệu compozit bị hạn chế độ bền nén uốn dọc thấp, nhạy với biến dạng cắt lớp Nhược điểm gây liên kết sợi – nhựa không 2.5 Dung dịch trơn nguội dầu mỡ bôi trơn 2.5.1.Dung dịch trơn nguội a Tác dụng dung dịch trơn nguội Các dung dịch trơn nguội sử dụng cắt gọt kim loại để tưới lên dao cắt vật gia công với tác dụng sau: Làm nguội dao cắt vật gia cơng, nhờ làm tăng tuổi thọ dao góp phần làm tăng độ xác chi tiết; Làm cho biến dạng dẻo kim loại cắt gọt dễ dàng hơn, nhờ làm giảm cơng tiêu hao máy để cắt gọt; Bôi trơn làm giảm ma sát dao phơi, nhờ làm giảm mài mịn dao q trình gia cơng; Đẩy phơi kim loại khỏi vùng cắt gọt; b Các dung dịch trơn nguội thường dùng Các dung dịch trơn ngội thường dùng là: nước xà phòng, sunfuaphendon, natricacbonnat, êmuxi, dầu nhờn…trong êmuxi dùng nhiều rẻ tiền hiệu làm trơn nguội tốt Êmuxi hỗn hợp nước, dầu khống vật, xà phịng, natricacbonnat Việc lựa chọn dung dịch trơn nguội phụ thuộc vào phương pháp công nghệ cắt gọt kim loại, loại dụng cụ cắt gọt kim loại vật liệu gia cơng…ví dụ tiện thép cacbon dùng êmuxi dầu lửa, tiện hợp kim đồng dùng êmuxi khơng tưới mà tiện khơ hồn tồn 2.5.2 Dầu mỡ bôi trơn a Tác dụng dầu mỡ - Làm giảm ma sát bề mặt tiếp xúc chi tiết máy, làm giảm mài mòn chi tiết hạn chế tiêu hao lượng ma sát; 138 - Làm mát chi tiết trình máy làm việc, dầu dầu có tác dụng truyền dẫn nhiệt nhờ hệ thống dẫn dầu chuyển động liên tục; - Làm bề mặt chi tiết máy, nhờ làm hạn chế mài mịn chi tiết Ví dụ: động đốt trong, màng dầu mỏng vách xi lanh ngồi tác dụng bơi trơn cịn có tác dụng làm kín khe hở xecmăng pitton đảm bảo cho hỗn hợp khí cháy khơng bị rị ngồi; Tạo lớp bảo vệ chống ăn mòn kim loại b Dầu nhờn Dầu nhờn chế biến từ dầu mỏ, có màu đen, màu lục, màu nâu Dầu nhờn phân làm nhóm chủ yếu sau: Dầu nhờn động (bôi trơn cho động máy bay, cầu ô tô, máy kéo…) Dầu truyền động (dùng để bôi trơn loại hộp số, cầu ôtô, hộp truyền lực, hộp giảm tốc …) Dầu công nghiệp Dầu đặc biệt (dầu tuabin, dầu biến thế…) c Mỡ Mỡ chất bôi trơn thể đặc, có màu vàng nhạt, nâu sẫm đen Mỡ dùng để bảo quản dụng cụ, chi tiết máy lúc vận chuyển chờ sử dụng Mỡ sử dụng để bơi trơn phận khó giữ dầu, lâu phải thay chất bơi trơn Có nhiều loại mỡ, sử dụng cần phải ý chọn Ví dụ: - Mỡ để bảo quản kim loại, chi tiết máy, dụng cụ thường dùng loại C- 11, C- 12, YCT – Mỡ bôi trơn bánh cầu trục, bánh tốc độ chậm, thường dùng mỡ Grafit (YCA) Mỡ bôi trơn trục động điện, máy phát điện, trục cán máy, thường dùng mỡ côngtalin (ITB -1- 13) Kiến thức cần thiết để thực công việc Nhôm hợp kim nhôm 1.1 Nhôm nguyên chất 1.2 Hợp kim nhôm Đồng hợp kim đồng 139 2.1 Đồng nguyên chất 2.2 Hợp kim đồng Hợp kim cứng -Tính chất cơng dụng - Phân loại ký hiệu Gỗ - Tính chất lý gỗ - Các biện pháp bảo quản gỗ Chất dẻo - Tính chất lý nhiệt chất dẻo - Các phương pháp chế biến sản phẩm từ chất dẻo Hợp kim cứng - Cơng dụng - Thành phần - Tính chất - Các loại hợp kim cứng 6.Vật liệu Compozit - Khái niệm tính chất chung - Một số vật liệu Compozit thông dụng Dung dịch trơn nguội dầu mỡ bôi trơn 7.1 Dung dịch trơn nguội 7.2 Dầu mỡ bơi trơn Các bước thực cơng việc Trình bày tính chất, ký hiệu, cơng dụng loại hợp kim nhơm? Trình bày tính chất, ký hiệu, công dụng loại hợp kim đồng? Nêu thành phần gỗ? Trình bày tính chất gỗ cách bảo quản gỗ? Nêu tính chất chất dẻo? Trình bày phương pháp chế tạo sản phẩm từ chất dẻo? Trình bày tính chất chung hợp kim cứng, thành phần, ký hiệu, công dụng loại hợp kim cứng Trình bày thành phần, tính chất số vật liệu compozit thơng dụng Nêu tính chất chung gỗ? Trình bày biện pháp bảo quản gỗ 140 Nêu công dụng kể tên loại dung dịch trơn nguội Nêu công dụng kể tên loại dầu mỡ bôi trơn thường dùng Yêu cầu đánh giá kết học tập Trình bày tính chất, ký hiệu, công dụng loại hợp kim nhôm? a Hợp kim nhôm biến dạng (đura) - Thành phần - Tính chất - Ký hiệu - Cơng dụng b Hợp kim nhơm đúc (sulumin) - Thành phần - Tính chất - Ký hiệu - Cơng dụng Trình bày tính chất, ký hiệu, công dụng loại hợp kim đồng? a La tông (đồng thau nhị nguyên) - Phân loại thành phần - Tính chất - Ký hiệu - Công dụng b Brông (đồng thanh) - Thành phần - Tính chất - Ký hiệu - Cơng dụng Nêu thành phần gỗ? Trình bày tính chất gỗ cách bảo quản gỗ? - Thành phần gỗ - Tính chất chung gỗ - Cách bảo quản gỗ Nêu tính chất chất dẻo? trình bày phương pháp chế tạo sản phẩm từ chất dẻo? - Tính chất chung chất dẻo 141 - Các phương pháp chế tạo chất dẻo + Phương pháp đúc phun - bơm + Phương pháp đúc đùn + Phương pháp đúc thổi + Phương pháp đúc ép + Phương pháp đúc trao đổi Trình bày tính chất chung hợp kim cứng, thành phần , ký hiệu, cơng dụng loại hợp kim cứng - Tính chất chung - Các loại hợp kim cứng + Nhóm bít + Nhóm bít + Nhóm bít Trình bày thành phần, tính chất số vật liệu compozit thông dụng a Compozit sợi thủy tinh - Loại E (electrical) + Thành phần + Tính chất - Loại S (high – strength) + Thành phần + Tính chất b Compozit sợi cacbon - Thành phần - Tính chất Nêu tính chất chung gỗ? Trình bày biện pháp bảo quản gỗ - Tính chất chung gỗ - Các biện pháp bảo quản gỗ + Phịng chống nấm trùng + Phịng chống hà Nêu cơng dụng kể tên loại dung dịch trơn nguội - Công dụng dung dịch trơn nguội - Các loại dung dịch trơn nguội 142 Nêu công dụng kể tên loại dầu mỡ bôi trơn thường dùng - Công dụng dầu mỡ bôi trơn - Các loại dầu mỡ bôi trơn thường dùng 143 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hồnh Sơn Vật liệu khí NXB Giáo dục - 2000 Phạm Thị Minh Phương, Tạ Văn Thất Công Nghệ nhiệt luyện NXB Giáo dục - 2000 3.Nghiêm Hùng Kim loại học nhiệt luyện Nhà xuất đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội - 1979 4.Giáo trình vật liệu học đại cương ... - 40B - 40B 10B40 - - - - - 45B - 45B 10B45 - - - - - 40MnB - 40MnB 14B40 - - - - - 45MnB - 45MnB 14B45 - - - - - 40CrB 40XP 40CrB 51B40 - - - - 40CrMnB 40XP 40CrMnB 51B40 - - - - - 20 CrNi 20 XH... 56 -1 2 Kч 56 -1 2 KT 56 -1 2 GZ3 0- 10 Kч 3 0- 10 KT 3 0- 10 GC 38 - 17 Bч 38 - 17 QT 38 - 17 GC 42 - 12 Bч 42 - 12 QT 42 - 12 GC 5 9- 12 Bч 5 9- 12 QT 5 9- 12 GC 120 - 10 Bч 120 - 10 QT 120 - 10 GC 120 -. .. 3W4CrSiV - 45WC20 - 04 30WCrV15 19740 - - 30W4CrV 3W4CrV - 30WCrV179 19 720 SKD4 - 100W12C4 W12C4 - Thép gió - - 100V4M10 - - Z12WV15 - 03 - V4M10 - - N9419 - - 19 423 - - - - - EV4 - - - - - - P18