Giáo trình Vật liệu cơ khí phần 1 Vật liệu kim loại và nhiệt luyện gồm: những tính chất chung của kim loại, gang, thép, kim loại màu và hợp kim màu, sự biến đổi tính chất của kim loại khi nhiệt luyện và các phương pháp nhiệt luyện. Mời các bạn cùng tham khảo!
TRƢỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP KHOA CƠ KHÍ – XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: VẬT LIỆU CƠ KHÍ NGHỀ: CẮT GỌT KIM LOẠI TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG/TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số:……, ngày……, tháng……, năm 2017 Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp) Đồng Tháp, năm 2017 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin đƣợc phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Để đáp ứng nhu cầu tài liệu học tập cho sinh viên tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên giảng dạy mơn học “Vật liệu khí” Nội dung giáo trình nhằm trang bị kiến thức vật liệu ngành Cơ khí cho sinh viên hệ cao đẳng nghề, trung cấp nghề Nội dung gồm hai phần: Phần thứ nhất: Vật liệu kim loại nhiệt luyện gồm: tính chất chung kim loại, gang, thép, kim loại màu hợp kim màu, biến đổi tính chất kim loại nhiệt luyện phƣơng pháp nhiệt luyện Phần thứ hai: Vật liệu phi kim loại gồm tính chất công dụng vật liệu phi kim loại thƣờng dùng ngành chế tạo khí nhƣ, chất dẻo, gỗ, vật liệu compozit Trong trình biên soạn tham khảo nhiều tài liệu vật liệu khí trƣờng dạy nghề nhiều tài liệu khác Mặc dù có nhiều cố gắng, song khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong đƣợc đồng nghiệp bạn đọc góp ý kiến để tập tài liệu ngày hoàn chỉnh Đồng Tháp, ngày ….tháng … năm 2017 Tham gia biên soạn Chủ biên: MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU CHƢƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM Tầm quan trọng kim loại hợp kim Cấu tạo kim loại hợp kim Tính chất chung kim loại hợp kim 10 Các phƣơng pháp thử kim loại hợp kim 12 Hiện tƣợng ăn mòn kim loại 17 Phƣơng pháp chống ăn mòn kim loại 18 CHƢƠNG 2: GANG 21 Khái niệm chung gang 21 Phân loại gang 24 CHƢƠNG THÉP 35 Thành phần hoá học ảnh hƣởng nguyên tố 35 Ảnh hƣởng nguyên tố tới tính chất thép 36 Các phƣơng pháp phân loại thép 38 Các loại thép cacbon 39 Thép hợp kim 44 Xác định mác thép tia lửa mài 56 CHƢƠNG 4: NHIỆT LUYỆN VÀ HÓA NHIỆT LUYỆN 61 Khái niệm nhiệt luyện 61 Giản đồ trạng thái hợp kim Fe-C 63 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình nhiệt luyện 67 Các hình thức nhiệt luyện 68 Các dạng sai hỏng thƣờng gặp nhiệt luyện 83 Hóa nhiệt luyện 87 CHƢƠNG 5: KIM LOẠI MÀU VÀ HỢP KIM MÀU 95 Đặc điểm tính chất chung kim loại màu 95 Nhôm hợp kim nhôm 96 Đồng hợp kim đồng 99 Thiếc – chì- kẽm 105 Hợp kim làm ổ trƣợt 106 CHƢƠNG 6: CAO SU-GỖ-AMIĂNG 113 CAO SU 113 2.GỖ 113 3.AMIĂNG 114 TÀI LIỆU CẦN THAM KHẢO 116 CHƢƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM Mã chƣơng: CMH10-01 Mục tiêu: - Trình bày đƣợc đặc điểm, cấu tạo kim loại hợp kim Phân biệt đƣợc kim loại hợp kim thƣờng dùng ngành khí chế tạo - Trình bày đƣợc tính chất lý hố, tính cơng nghệ kim loại hợp kim Mô tả đƣợc phƣơng pháp đo độ cứng đơn giản, có khả đo trực tiếp sản phẩm mà không phá hỏng chúng Phƣơng pháp thử độ cứng HB, HRC phƣơng pháp thử độ bền, độ dẻo vật liệu - Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động tích cực sáng tạo học tập Tầm quan trọng kim loại hợp kim Để xây dựng phát triển kinh tế quốc dân vững mạnh cần phải phát triển công nghiệp nặng , ngành chế tạo khí quan trọng - Để chế tao loại máy móc thiết bị khí phải có vật liệu , kim loại vật liêu chủ yếu Sở dĩ kim loại vật liệu đƣợc sử dụng chủ yếu ngành chế tạo khí có nhiều tính chất ƣu điểm quan trọng , ƣu việt hẳn so với loại vật liệu khác - Ngày , ngành công nghiệp vật liệu phát triển mạnh mẽ với nhiều loại vật liệu khác nhƣ : Gỗ , thuỷ tinh , chất dẻo , Với tính ngày tốt sản lƣợng ngày cao , nhƣng không thay hoàn toàn đƣợc cho kim loại hợp kim - Do , bên cạnh việc nghiên cứu thay kim loại hợp kim vật liệu phi kim loại có tính thích ứng , ngƣời ta tiếp tục nghiên cứu để tìm kim loại hợp kim có tính ƣu việt nhƣ : Nhẹ , bền , chịu ăn mòn , chịu nhiệt , chịu va đập , Việc nghiên cứu sản xuất loại gang , thép trọng tâm công nghiệp vật liệu nói riêng kinh tế quốc dân nói chung tất nƣớc có công nghiệp phát triển Cấu tạo kim loại hợp kim 2.1 Cấu tạo kim loại 2.1.1 Khái niệm kim loại Kim loại vật liệu sáng dẻo có thẻ rèn đƣợc , có tính dẫn điện , nhiệt cao Phƣơng diện hóa học kim loại nguyên tố dễ nhƣờng điện tử phản ứng hóa học 2.1.2 Đặc điểm cấu tạo nguyên tử kim loại Trạng thái (e) nguyên tử đƣợc xác định số lƣợng tử: n - Số lƣợng tử l - Số lƣợng tử quỹ đạo m - Số lƣợng tử tử ms - Số lƣợng tử Spin Các (e) chuyển động nguyên tử giới hạn , lớp xác định tƣơng ứng với số lƣợng tử chính.n = 1, 2, 3, K, L, M, Trong lớp đƣợc chia làm nhiều lớp , tƣơng ứng với số lƣợng tử quỹ đạo l = , 1, 2, 3, , (n-1) đƣợc ký hiệu lớp : s, p ,d ,f , Mỗi trạng thái (e) nguyên tử tƣơng ứng với lƣợng xác định Theo học lƣợng tử cấu hình (e) nguyên tử đƣợc cấu tạo nhƣ sau: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 Phân lớp con: s - Tối đa 2(e) p - Tối đa 6(e) d - Tối đa 10(e) f - Tối đa 14(e) VD: Al13 : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 Fe 26 : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 C6 : 1s2 2s2 2p2 Từ cấu hình ta rút lớp ngồi có liên kết yếu nên dể gây phản ứng hóa họ 2.1.3 Liên kết kim loại Kim loại có cấu tao mạng tinh thể liên kết kim loại đƣợc gọi liên kết kim loại Liên kết kim loại đƣợc mô tả nhƣ sau: Ở nút lƣới ion (+), kim loại khoảng không nút lƣới (e) tự tao thành khí điện tử Liên kết kim loại tạo thành lực hút màng ion (+) với khí (e) Do mà kim loại có tính dẻo 2.1.4 Cấu tạo mạng tinh thể kim loại a Mạng tinh thể ô Hình: 1.1: mạng tinh thể - Trong kim loại kim loại đƣợc xếp cách trật tự tuần hồn khơng gian - Các nguyên tử kim loại đƣợc xếp cách có trật tự nguyên tử nằm mặt phẳng song song cách gọi mặt tinh thể, tập hợp vô số mặt tinh thể nhƣ lập thành mạng tinh thể - Tồn mạng khơng gian xem nhƣ đƣợc tạo thành hình khối nhỏ đơn giản giống mà cách xếp phân tử đại diện chung cho tồn mạng nhƣ gọi b Các kiều mạng tinh thể thường gặp Lập phương thể tâm Hình: 1.2: Lập phương thể tâm Cấu tạo: Trong ô kiểu mạng có nguyên tử nằm nút (đỉnh) hình lập phƣơng hình lập phƣơng có nguyên tử - Khoảng cách a tâm nguyên tử kề ô mạng tinh thể, gọi thông số mạng Độ lớn đo Ao ( Ángtrong ) 1Ao = 10-8 cm - Các kim loại có kiểu mạng này: Fe ,Cr ,Mo ,W , Lục phương dày đặc Cấu tạo: Trong ô kiểu mạng có nguyên tử nằm nút (đỉnh) hình lục lăng hai nguyên tử nằm 1.3: trung hai mặt đáy ba Hình: Lậptâm phương dày đặc nguyên tử nằm trung tâm ba khối lăng trụ tam giác - Các kim loại có kiểu mạng này: Zn ,Cu ,Mg , * Sự biến đổi mạng tinh thể kim loại Ở trạng thái rắn điều kiện trời thay đổi ( áp suất , nhiệt độ v.v ) tổ chức kim loại thay đổi theo Nghĩa dạng ô thay đổi thơng số mạng có giá trị thay đổi ngƣời ta gọi biến đổi mạng tinh thể Ví dụ : Sự chuyển biến thù hình sắt o T C Loíng LPTT 1400 Fe Khäng cọtỉìtênh 1539o o o o 1392 LPDT Fe o 910 - 1392o o 910 1000 o 768 800 LPTT Fe o o 500 Cọtỉìtênh 1600 t ( thåìi gian ) Så âäưbiãú n âäø i mả ng tinh thãøcuía sàõ t ( Fe ) 2.2 Cấu tạo hợp kim Trong thực tế kim loại nguyên chất dùng , độ bền thấp khả ứng dụng không cao Nên phải dùng tới thép hợp kim 2.2.1 Khái niệm chung a Định nghĩa Hợp kim dạng vật chất có tính kim loại nhận biết đƣợc cách nấu chảy hay liên kết kim loại với hay nhiều nguyên tố khác Thành phần hợp kim đƣợc biểu diễn o/o trọng lƣợng b Pha, hệ thống (hệ), nguyên * Pha: Là tổ phần đồng hợp kim hệ thống chúng có thành phần đồng trạng thái nhƣ: lỏng lỏng, rắn rắn, nhƣng phải kiểu mảng Chúng ngăn cách bề mặt phân chia * Hệ thống (hệ): Tập hợp pha trạng thái cân * Nguyên: Là thành phần độc lập tạo nên pha (Hệ) 2.2.2 Cấu tạo hợp kim a Dung dịch đặc Hợp kim có cấu tạo dung dịch đặc ngun tử ngun tố thành phần có kích thƣớc gần giống Khi kết tinh, hợp kim tạo thành mạng tinh thể có nguyên tử nguyên tố thành phần a c b a - Mạng tinh thể sắt thay Hình: 1.5: Mạng tinh thể b - Mạng tinh thể dung dịch đặc thay c - Mạng tinh thể dung dịch đặc xen kẽ Có hai loại dung dịch đặc: * Dung dịch đặc thay thế: Ví dụ : Cu Ni: Nguyên tử Ni đẩy số nguyên tử Cu khỏi nút mạng tinh thể thay vào vị trí * Dung dịch đặc xen kẽ Nguyên tử nguyên tố hồ tan Ví dụ : C , O2 , Bo , Nằm xen kẽ vào lỗ hổng nút mạng tinh thể nguyên tố kim loại (dung mơi) b Hợp chất hóa học Hợp chất có cấu tạo hợp chất hóa học, nguyên tử nguyên tố khác nhau, tác dụng hóa học với theo tỉ lệ xác nguyên tử có kiểu mạng định có thành phần hóa học xác định biểu diễn cơng thức hóa học c Hỗn hợp học Hợp kim có cấu tạo hỗn hợp học nguyên tử nguyên tố thành phần khác kích thƣớc mạng tinh thể Tính chất chung kim loại hợp kim 3.1 Tính chất vật lý a Vẻ sáng mặt ngồi: Chia làm loại: Kim loại màu kim loại đen - Kim loại màu hợp kim đen: Là Fe hợp kim Fe với C (thép, gang) - Kim loại màu hợp kim màu: Là tất kim loại hợp kim lại b Khối lượng riêng: Là số đo khối lƣợng vật chất chứa đơn vị thể tích vật thể γ Trong đó: m (Kg/m ) V m - Khối lƣợng vật thể ( Kg ) V - Thể tích vật thể ( m3 ) c Trọng lượng riêng: Là trọng lƣợng đơn vị thể tích vật thể d P V ( KG/mm3 N/mm3 ) Trong đó: P - Trọng lƣợng vật ( KG, 1KG ~ 10N ) d Tính nóng chảy: Là tính chất kim loại chảy lỗng nung nóng làm nguội e Tính dẫn điện: Là khả dẫn điện kim loại hợp kim f Tính truyền nhiệt: Là khả truyền nhiệt kim loại hợp kim đốt nóng nguội 10 Số hiệu công dụng - 15Cr; 20CrNi dùng làm chi tiết nhỏ với đƣờng kính < 30mm, yêu cầu chống mài mòn cao bề mặt chịu tải trọng trung bình nhƣ chốt pittông, trục nhỏ (trục xe đạp, pêđan, trục cam ôtô…) - 20CrNi ; 12Cr2Ni4… Độ thấm cao, đảm bảo độ bền, độ dai cao, dùng làm chi tiết thấm cacbon chịu tải trọng tĩnh va đập cao - 18Cr2Ni4Mo dùng làm chi tiết đặc biệt quan trọng nhƣ bánh răng, trục động máy bay, tàu biển… - 18CrMnTa ; 25CrMnMo… Sử dụng rộng rãi sản xuất hàng loạt chế tạo chi tiết ô tô, máy kéo nhƣ bánh hộp số, bánh cầu sau, trục quan trọng b Thép hóa tốt Thành phần C = (0,3 ÷ 0,5)%, ngun tố hợp kim hóa thép Cr, Ni, Si, Mn nhằm để tăng tính thấm tơi Ngồi cịn bổ sung lƣợng định ngun tố hợp kim phụ B, Mo, V, Ti, Aℓ nhằm để tăng hiệu hóa bền nhiệt luyện (khắc phục giòn ram nguội nhanh, làm cho thép có hạt nhỏ đảm bảo tính tổng hợp cao) Tính chất Cơ tính tổng hợp cao thép đạt đƣợc nhiệt luyện hóa tốt nên có tên thép hóa tốt Tính hàn, tính cắt gọt tốt Số hiệu cơng dụng - 40Cr ; 40CrBo …có tính tổng hợp tốt nhất, đặc biệt sau nhiệt luyện Dùng làm chi tiết làm việc điều kiện tốc độ, áp suất riêng tải trọng trung bình nhƣ trục, bánh hộp số máy cắt gọt - 30CrMnSi ; 40CrMnSi …có tính cơng nghệ tốt, tính tốt, giá thành rẻ Dùng nhiều chế tạo ôtô (các trục, kết cấu chịu lực, chi tiết phận lái) - 40CrNiMo ; 45CrNi…có tính tổng hợp đồng với tiết diện 40 ÷ 50 mm, độ dẻo, độ dai cao loại thép Dùng làm chi tiết chịu tải trọng động nhƣ chi tiết máy bay, trục vít hệ thống lái ơtơ… - 40CrMnTiBo có Mn; B tác dụng nâng cao độ thấm tơi; cịn Ti làm hạt nhỏ đảm bảo độ dai tốt Dùng làm trục lớn đƣờng kính (40 ÷ 50)mm, chịu tải trọng nặng nhƣ trục láp ôtô tải 46 - 38CrMoAl dùng để thấm Nitơ - 38CrNi3MoV… có tổng lƣợng nguyên tố hợp kim 5% thép hóa tốt tốt Dùng làm chi tiết lớn quan trọng nhƣ trục rôto tuôcbin, hộp giảm tốc… c Thép lò xo Thành phần C = (0,5 ÷ 0,7)% ngun tố hợp kim Si, Mn Ngồi có Cr, Ni, V để tăng độ thấm tơi ổn định tính đàn hồi Tính chất Giới hạn đàn hồi, giới hạn mỏi cao, độ dai va đập tốt Độ nhẵn bề mặt tốt Số hiệu công dụng - 65Mn; 70Mn có giới hạn đàn hồi thấp, dùng làm lò xo thƣờng - 50CrV; 50CrMnV dùng làm lị xo, nhíp quan trọng tiết diện nhỏ, chịu tải trọng nhẹ - 55Si2 ; 70Si2 có giới hạn đàn hồi cao, dùng làm lị xo, nhíp chiều dày tới 18mm ôtô, máy kéo, tàu biển xe lửa, dây cót đồng hồ - 60Si2CrN ; 60Si2Ni2 có độ thấm tơi lớn, dùng làm lị xo, nhíp lớn chịu tải trọng nặng đặc biệt quan trọng 5.2 Thép hợp kim dụng cụ * Điều kiện làm việc u cầu Trong q trình cắt gọt có nhiều loại dao cắt khác nhau, điều kiện làm việc chúng khác nhau, song có điểm chung cắt gọt tạo phoi có trình xảy nhƣ sau: - Để tạo thành phoi, dao cần phải chịu áp lực lớn, tạo công học định phá hủy kim loại - Dao cắt làm việc điều kiện bị mài sát: mặt trƣớc với phoi làm biến dạng bẻ gãy phoi nên mặt trƣớc lƣỡi cắt tạo thành rãnh lõm, mặt sau với phơi nên bị mịn Q trình cắt gọt mài sát phơi, phoi công học để tách phoi khỏi phôi phần lớn đƣợc biến thành nhiệt Nhiệt nung nóng phơi, phoi truyền tới lƣỡi cắt nhiệt phụ thuộc vào yếu tố: 47 - Vật liệu làm phôi; - Tốc độ cắt; - Tiết diện phoi; - Chế độ làm nguội dao… Do đặc điểm làm việc nhƣ vậy, nên dao cắt cần phải có tính chất học định *Các yêu cầu thép làm dao cắt - Cơ tính + Độ cứng > 60HRC, để tạo áp lực cao dao cắt lên phôi, tách thành phoi, độ cứng lƣỡi cắt nói riêng độ cứng dao nói chung phải cao độ cứng phơi, nhƣng đảm bảo tính chịu va đập + Tính chống mài mòn tốt, để đảm bảo cho lƣỡi cắt dao làm việc đƣợc lâu bền điều kiện mài sát áp lực lớn + Tính cứng nóng cao: Khả trì đƣợc độ cứng làm việc nhiệt độ nhiệt độ cao - Thành phần hóa học + Thành phần cacbon Hàm lƣợng cacbon > 0,7%, thông thƣờng dùng loại cao tới dƣới 1% Để đảm bảo cho dao cắt có độ cứng tính chống mài mịn cao, tổ chức sau tơi ram mactenxit cacbit dƣ, ostenit Ngồi làm tăng tính chống mài mịn, cacbit dƣ có tác dụng cản trở phát triển ostenit thép nung nên giữ đƣợc hạt nhỏ, đảm bảo cho dao có độ dai định Thơng thƣờng thép làm dao cắt có cacbit dƣ cao nằm khoảng (15 ÷ 20)% + Thành phần hợp kim Hợp kim hóa nguyên tố: Cr, W, Si, Mn, Mo…Nhằm đạt đƣợc mục đích chính: Làm tăng tính thấm tơi (thép tơi dễ cứng), đồng thời làm tăng tính cứng nóng 5.3 Các loại thép làm dao cắt + Thép làm dao cắt suất thấp 48 C = (0,8 ÷ 1)% nguyên tố hợp kim thƣờng dùng Cr, W, Si, Mn Nhóm - Thành phần hợp kim < 1% chủ yếu Cr khoảng (0,4 ÷ 0,6)% - Số hiệu công dụng: Cr5 với lƣợng cacbon cao, tạo cho thép có lƣợng cacbit lớn (khoảng 20%) nên có độ cứng cao, tính chống mài mịn tốt (khơng có đặc điểm mềm) Sau tơi nƣớc nhiệt độ (780 ÷ 810) 0C, ram (100 ÷ 120)0C độ cứng đạt (65 ÷ 66)HRC, thƣờng làm dao cạo loại (dao cạo nhẵn kim loại, dao cạo râu) Nhóm - Thành phần hợp kim chủ yếu Cr; Mn ngồi có ngun tố W - Số hiệu cơng dụng: Cr; CrMn; CrVoMn có độ biến dạng nhỏ Dùng làm dao tiện (năng suất thấp), đục… Nhóm - Thành phần hợp kim gồm: Cr ; Si - Số hiệu công dụng: 9CrSi có giá thành rẻ hợp kim hóa thêm Si ngun tố rẻ độ thấm tơi tốt, tính cứng nóng tới (250 ÷ 260) 0C, tốc độ cắt đạt (10 ÷ 14m/ph) Dùng nhiều chế tạo mũi khoan, ta rơ, bàn ren, dao phay có hình dạng tƣơng đối phức tạp có kích thƣớc trung bình Nhóm 4: - Thành phần hợp kim gồm có Cr ; W - Số hiệu công dụng : CrVo5 hợp kim hóa Cr với lƣợng W tƣơng đối cao (5%), lƣợng cacbon cao (khoảng 1,4%), tạo nên lƣợng lớn cacbit, có độ cứng tính chống mài mịn đặc biệt cao Nhờ có độ cứng cao (có thể tới 67 ÷ 68HRC) ngƣời ta cịn gọi thép kim cƣơng dao làm thép dao kim cƣơng Loại dao dùng gia công vật liệu cứng 5.4 Thép làm dao cắt suất cao (thép gió) +Thành phần hố học Thép gió tên gọi Việt nam thép dụng cụ có suất cao với nguyên tố hợp kim chủ yếu vonfram, ngồi có chứa lƣợng lớn molipđen, coban, vanađi 49 Bảng 4.3b trình bày thành phần hóa học số hiệu thép gió, P18 P9 số hiệu thép gió cổ điển, số hiệu lại đƣợc xuất vào năm gần Ngƣời ta phân chia thép gió thành nhóm: nhóm có suất bình thƣờng (tốc độ cắt khoảng 25m/ph) nhóm có suất cao (tốc độ cắt khoảng 35m/ph cao hơn) Bảng 4.4 Thành phần hóa học số hiệu thép gió Số hiệu thép Thành phần nguyên tố (%) C P18 P9 P12 P6M5 P9Ф5 P18Ф2 P9K5 P9K10 P10K5Ф5 P18K5Ф2 P14Ф4 Cr W V Nhóm thép gió có suất bình thường 0,7 - 0,8 3,8 - 4,4 17 - 18,5 - 1,4 0,85 - 0,95 3,8 - 4,4 8,5 - 1,0 - 2,6 0,8 - 0,9 3,1 - 3,6 12 - 13 1,5 - 1,9 0,8 - 0,88 3,8 - 4,4 5,5 - 6,5 1,7 - 2,1 1,4 - 1,5 3,8 - 4,4 - 10,5 4,3 - 5,1 Nhóm thép gió có suất cao 0,85 - 0,95 3,8 - 4,4 17,5 - 19,0 1,8 - 2,4 0,9 - 1,0 3,8 - 4,4 9,0 - 10,5 2,0 - 2,6 0,9 - 1,0 3,8 - 4,4 9,0 - 10,5 2,0 - 2,6 1,45 - 1,55 4,0 - 4,6 10,0 - 11,5 4,3 - 5,1 0,85 - 0,95 3,8 - 4,4 17,5 - 19,0 1,8 - 2,4 1,2 - 1,3 4,0 - 4,6 13,0 - 14,5 3,4 - 4,1 Mo Co ≤1 ≤1 ≤1 - 5,5 ≤1 - ≤1 ≤1 ≤1 ≤1 ≤1 ≤1 5,0 - 6,0 9,5 - 10,5 5,0 - 6,0 5,0 - 6,0 - - Thành phần cacbon thép gió khoảng ( 0,7 ÷ 1,4 )%, số hiệu với lƣợng cacbon tới (1,2 ÷ 1,4 % để kết hợp với W đặc biệt V thành cacbit ổn định làm tăng mạnh tính chống mài mịn - Crơm (X) có thép gió với lƣợng khoảng 4%, có tác dụng tăng tính thấm tơi - Vonfram (B) ngun tố hợp kim quan trọng có thành phần lớn tạo tính cứng nóng cao, định suất cắt gọt - Vanađi (Ф ) nguyên tố tạo thành cacbit mạnh Cacbit vanađi khó hịa tan vào ostenit nung nóng, tổ chức thép gió tơi cacbit vanađi dạng phân tán làm tăng tính chống mài mịn - Coban (K) hịa tan hồn tồn vào sắt dạng dung dịch rắn, làm tăng tính cứng nóng thép - Molipđen (M) bắt đầu đƣợc đƣa vào thép gió năm gần để thay W, thép gió Mo tạo nên cacbit giống W, kiểu mạng 50 đƣờng kính nguyên tử tƣơng tự nhau, tính chất hóa học giống nên chúng thay lẫn + Đặc điểm tính chất Trong tất loại thép làm dao thép gió loại thép làm dao tốt nhất: so với thép cacbon dụng cụ thép hợp kim dụng cụ làm dao cắt suất thấp, có tốc độ cắt ( 25 ÷ 35) m/ph cao gấp (2 ÷ 4)lần, tuổi bền (8 ÷ 10) lần, tính cứng nóng đạt (560 ÷ 600)0C, có độ thấm tơi cao + Số hiệu công dụng - P9; P12; P18; P6M5; P9Ф5 dùng làm dao cắt không yêu cầu mài mòn cao - P9K5; P9K10; P10K5Ф5; P18Ф2; P14Ф4 ; P18K5Ф2 dùng làm dao cắt gia công loại thép khó cắt gọt nhƣ: thép khơng gỉ, thép có độ bền cao, thép bền nóng có tổ chức ostenit 5.5 Thép có cơng dụng riêng a Thép làm khn rập nguội - Điều kiện làm việc yêu cầu khuôn rập nguội Khi làm việc, khuôn rập nguội ngồi chịu áp lực lớn ngồi cịn chịu ứng suất uốn, lực va đập lực ma sát Để đảm bảo điều kiện làm việc thép phải thoả mãn yêu cầu sau: - Độ cứng cao - Độ cứng khuôn rập nguội không yêu cầu cao nhƣ dao cắt nhƣ phải đạt tới giới hạn 56-62HRC tuỳ thuộc vào loại khuôn, chiều dày độ cứng thép đem rập - Tính chống mài mòn cao Để bảo đảm làm việc lâu dài, thƣờng yêu cầu đạt tới hàng vạn đến hàng chục vạn lần rập khn rập phải có tính chống mài mịn cao - Độ bền độ dai đảm bảo để chịu đƣợc tải trọng va đập lớn - Các thép làm khuôn rập nguội Để đạt đƣợc yêu cầu nhƣ thép làm khuôn rập nguội cần phải có thành phần cacbon cao – thƣờng mức dƣới 1%, trƣờng hợp chịu va đập vừa cần từ 0,4 – 0,6%C Lƣợng nguyên tố hợp kim thép đƣợc 51 định kích thƣớc khn, tính cứng nóng tính chống mài mòn Các nguyên tố hợp kim thƣờng dùng ngun tố làm tăng tính thấm tơi nhƣ Cr, Mn, Si, W Thép cacbon Các thép dụng cụ làm khuôn rập thƣờng dùng số hiệu: CD100 ÷ CD120 Chúng thích hợp với khn rập chịu tải trọng nhỏ, hình dạng đơn giản có kích thƣớc bé thép có độ thấm tơi thấp, phải tơi nƣớc Ƣu điểm lõi khơng cứng chịu đƣợc tải va đập không lớn Tuy nhiên làm khuôn rập cần lớp bề mặt cứng tƣơng đối dày để tránh lún dẹt làm việc Do phải chọn nhiệt độ cao thông thƣờng từ 30-400C phải nhiệt luyện sơ trƣớc tơi thƣờng hố Thép hợp kim thấp Để làm khn rập có kích thƣớc trung bình 75÷ 100mm ngƣời ta thƣờng dùng thép hợp kim thấp 100Cr, 100CrWMn, 100CrWSiMn chúng có độ thấm tơi tƣơng đối cao Trong số hiệu kể trên, nƣớc ta hay dùng số hiệu 100CrWMn đƣợc dùng làm khn rập chịu tải trung bình nhƣng hình dạng phức tạp kích thƣớc trung bình Thép crom cao (loại 12%Cr) - Để làm khuôn rập chịu tải trọng nặng, yêu cầu chống mài mịn cao, kích thƣớc lớn, ngƣời ta dùng loại thép crom cao tới 12% bao gồm số hiệu 210Cr12, 160Cr12Mo, 130Cr12V Thép crom trung bình Thép crom trung bình với số hiệu 110Cr6WV cacbon crom nên thiên tích cacbit hơn, độ thấm tơi khoảng 70 ÷ 80mm, độ bền cao độ dai cao (khoảng lần) thép crom cao Thép thích hợp dùng làm dụng cụ biến dạng có độ bền cao, hình khắc mảnh, chịu mài mòn nhƣ dụng cụ lăn ren + Nhiệt luyện kết thúc khuôn rập nguội: tƣơng tự nhƣ dụng cụ cắt: + ram thấp đạt tổ chức mactenxit ram, song nhiệt độ ram lấy cao chút độ cứng khơng u cầu cao b Thép làm khn dập nóng - Điều kiện làm việc u cầu khn rập nóng 52 Khi làm việc khn rập nóng thƣờng xun chịu tải trọng lớn ln tiếp xúc với phơi có nhiệt độ cao Để đảm bảo làm việc thép làm khuôn phải đảm bảo yêu cầi sau: - Độ bền độ dai cao Thép làm khn rập nóng cần bảo đảm dộ bền độ dai cao để chịu đƣợc tảI trọng lớn va đập biến dạng - Tính chống mài mòn cao Để đảm bảo khả làm việc nhiệt độ cao thời gian dài - Tính chịu nhiệt độ cao Thép làm khn phải đảm bảo đƣợc tính nhiệt độ cao chịu đƣợc trạng thái nung nóng xen kẽ làm nguội Nói chung khn rập nóng có kích thƣớc lớn nên để đạt tính đồng tồn tiết diện phải có độ thấm tơi cao Các thép làm khn rập nóng Để đạt đƣợc u cầu thép làm khn rập nóng phải có lƣợng cacbon khơng cao khoảng 0,4 ÷ 0,6% lƣợng nguyên tố hợp cần thiết để đảm bảo độ thấm tôi, hay dùng Cr, Ni, W để hợp kim hố Thép làm khn rèn Các khn rèn có kích thƣớc chịu tải trọng lớn va đập, bề mặt bị nung nóng tới 500 – 5500C, lịng khn có hình dạng phức tạp yêu cầu tính cao đồng tiết diện Các số hiệu thƣờng dùng có hai loại thép crom – nilen: 50CrNiMo, 50CrNiW, 50CrMnMo Ở nƣớc ta hay dùng 50CrNiMo Thép làm khuôn chồn ép Khác với khn rèn, khn chồn ép nóng có kích thƣớc bé nhƣng chịu nhiệt độ cao phải thƣờng xun tiếp xúc với phơi thép nóng đỏ, chịu áp suất cao nhƣng tải trọng va đập nhỏ Yêu cầu thép phải chịu đƣợc nhiệt độ cao Trong điều kiện nhƣ phải dùng thép hợp kim hoá phức tạp nâng cao tính cứng nóng Thép làm khn chồn ép trạng thái nóng phải có lƣợng cacbon khoảng 0,3 – 0,4% để đảm bảo độ dai đặc biệt tính dẫn nhiệt tốt khn lƣợng đáng kể nguyên tố Cr, W, Mo, V với lƣợng chứa dƣới 10% Các số hiệu thép thƣờng dùng nhóm 30Cr2W8V, 40Cr2W5MoV, 40Cr5W2VSi 53 Hiện có khuynh hƣớng dùng hợp kim cứng để chế tạo khuôn rập khuôn kéo đổi đem lại hiệu kinh tế lớn c Thép làm dụng cụ đo Trong khí việc sử dụng dụng cụ đo lớn chúng thƣờng xuyên chịu mài mòn dễ dẫn đến kết sai lệch đo Để đảm bảo độ xác dụng cụ đo thép phải thoả mãn yêu cầu sau: - Có độ cứng tính chống mài mịn cao Với dụng cụ xác cao độ cứng lên đến 63 – 65HRC - Kích thƣớc khơng đổi suốt q trình làm việc - Ngồi thép cịn phải đảm bảo tính nhẵn bóng cao lên tới cấp 14 Dụng cụ đo với độ xác thấp, yêu cầu giảm bớt Các thép làm dụng cụ đo Để đảm bảo yêu cầu dụng cụ đo phải có đặc điểm sau: - Lƣợng cacbon cao khoảng 1% thƣờng thép sau tích - Lƣợng nguyên tố hợp kim thấp với nguyên tố nâng cao độ thấm bảo đảm thép dầu không bị biến dạng Thƣờng dùng hai nguyên tố hợp kim Cr Mn Các thép làm dụng cụ đo với độ xác cao 100Cr, 100CrMn 100CrBMn Các thép làm dụng cụ đo cấp xác thấp khơng u cầu đến loại thép cần dùng: - Thép C15, C20, 15Cr, 20Cr, 12CrNi3A đem thấm cacbon, ram thấp - Thép C50, C55 bề mặt phần làm việc - Thép 38CrMoAlA đem thấm nitơ, áp dụng cho dụng cụ đo có kích thƣớc lớn hình dạng phức tạp d Hợp kim cứng Thành phần chủ yếu loại hợp kim cứng cacbit vonfram (WC) titan (TiC) tantan (TaC) dạng hạt nhỏ đƣợc dính kết với kim loại coban Do cacbit chiếm tỷ lệ lớn (>90%) nên hợp kim cứng có đƣợc đặc tính chung cacbit là: cứng, có nhiệt độ nóng 54 chảy cao dịn Ngồi lƣợng chất dính kết coban có ảnh hƣởng nhỏ đến tính chất hợp kim cứng Bản chất độ cứng tính cứng nóng cao hợp kim cứng đƣợc định chủ yếu chất cacbit kể Các kim loại vonfram, titan tantan kim loại chuyển tiếp có đƣờng kính ngun tử lớn, cacbit chúng WC, TiC TaC pha xen kẽ có kiểu mạng đơn giản có độ cứng, nhiệt độ chảy tính ổn định cao Có thể phân hợp kim cứng làm ba phần: - Nhóm hợp kim cứng cacbit - cacbit vonfram ký hiệu theo TCVN: WCCo2 có 2% Co, cịn lại 98% WC; WCCo8 có 8% Co, cịn lại 92% WC; - Nhóm hợp kim cứng hai cacbit - cacbit vonfram cacbit titan, ký hiệu theo TCVN: WCTi30Co4 có 30% TiC, 4% Co, lại 56% WC - Nhóm hợp kim cứng ba cacbit - WC, TiC TaC, ký hiệu theo TCVN: WCTTC7Co12 có 7% (TiC+TaC); 12% Co, lại 71% WC Cách chế tạo Các hợp kim đƣợc chế tạo phƣơng pháp luyện kim bột Trong phƣơng pháp nấu chảy mẻ liệu, mẻ liệu rắn dạng bột có kích thƣớc hạt nhỏ đƣợc trộn thật đem ép thành miếng có hình dạng đơn giản, sau đem nung lên đến nhiệt độ thích hợp (thiêu kết) để chất dính kết liên kết hạt với thành khối vững 55 Xác định mác thép tia lửa mài 6.1 Cơ sở xác định Hình: 3.1: Tia lửa mài Kiểm tra hoa lửa phƣơng pháp kiểm tra sơ để phân loại nhanh hợp kim hệ sắt (sắt, thép, gang) Phƣơng pháp đƣợc thực cách quan sát hoa lửa tạo mài mẫu máy mài, sau đối chiểu với hoa lửa mẫu chuẩn Phƣơng pháp Max Bermann, kỹ sƣ làm việc Budapest (Hungary), đƣa lần vào năm 1909 ông ta phát khác hoa lửa mác thép Phƣơng pháp đƣợc sử dụng nhiều nhà máy, phân xƣởng khí, chế tạo dụng cụ, nhiệt luyện đúc tính chất nhanh, dễ dàng rẻ tiền, Chỉ cần mẩu vật liệu, chí dùng máy mài cầm tay để tạo hoa lửa Nhƣợc điểm phƣơng pháp khơng thể xác định chắn mác vật liệu Ngoài ra, phƣơng pháp gây hỏng bề mặt vật liệu Từ năm 1980, việc đầu tƣ trang thiết bị kiểm tra thành phần vật liệu khơng cịn q khó khăn, phƣơng pháp kiểm tra hoa lửa khơng cịn đƣợc sử dụng nhiều công nghiệp 6.1.1 Phƣơng pháp dùng đá mài Phƣơng pháp thƣờng sử dụng máy mài bàn (VD: máy mài đá, mài cầm tay) để tạo hoa lửa 56 Đá mài phải quay với tốc độ tối thiểu 23 m/s (vận tốc dài), thực tế nên điều chỉnh khoảng 38 ~ 48 m/s Đá mài nên sử dụng loại thô cứng (loại oxit nhôm Carborundum –SiC) Để tránh ảnh hƣởng ánh sáng mặt trời để điều chỉnh độ sáng xung quanh, cần thiết phải sử dụng loại che buồng tối Khi mài, để mẫu tiếp xúc nhẹ với đá mài Vị trí quan sát nên phía sau bên phải chùm tia Để nhận biết xác hơn, nên có thêm mẫu chuẩn (đã phân tích xác thành phần hóa học) để làm mẫu đối chiếu Các mẫu thử cần đƣợc làm bề mặt, loại bỏ lớp thấm C, N, lớp oxit Hình: 3.2: Phương pháp dùng đá mài Đặc biệt cần ý vào số đặc điểm sau: - Chùm tia lửa: màu sắc, số lƣợng, độ sáng, chiều dài tia lửa - Hoa lửa: màu sắc, số lƣợng, hình dạng, kích cỡ - Trở lực mài: theo cảm giác tay mài mẫu 57 6.2 Cách xác định mác thép Hình: 3.3: xác định mác thép 58 Hình: 3.4: xác định mác thép gió 59 CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1: Ảnh hƣởng nguyên tố hợp kim thép Câu 2: Định nghĩa, phân loại, ký hiệu thép kết cấu theo TCVN Câu 3: Định nghĩa, phân loại, ký hiệu thép dụng cụ theo TCVN Câu 4: Trình bày thép hợp kim chịu nhiệt, cho ví dụ Câu 5: Ăn mịn bảo vệ chống ăn mịn kim loại, ngun lý thép khơng gỉ Câu 6: Trình bày thép hợp kim chịu mài mịn, cho ví dụ Câu 7: Đọc ký hiệu thép 60 ... 10 08 10 06 10 10 10 10 10 15 10 20 10 20 10 25 10 30 10 35 10 40 10 45 10 50 10 55 10 60 10 64 10 70 10 74 10 78 10 85 10 16 10 22 10 26 10 33 10 37 10 39 10 46 10 50 10 65 Mỹ AISI C1006 C1008 C1006 C1 010 C1 010 C1 015 C1020... 9,0 - 10 ,5 2,0 - 2,6 1, 45 - 1, 55 4,0 - 4,6 10 ,0 - 11 ,5 4,3 - 5 ,1 0,85 - 0,95 3,8 - 4,4 17 ,5 - 19 ,0 1, 8 - 2,4 1, 2 - 1, 3 4,0 - 4,6 13 ,0 - 14 ,5 3,4 - 4 ,1 Mo Co ? ?1 ? ?1 ? ?1 - 5,5 ? ?1 - ? ?1 ? ?1 ? ?1 ? ?1 ? ?1 ? ?1. .. JIS - XC65 - SK7 W1 - 0,8C XC85 19 752 SK6 W1 - 0,9C W1 - 1, 0C XC95 - 19 193 19 192 SK5 SK4 - XC 110 C70W2 C70W1 C85W2 C85W1 C90W3 C100W2 C100W1 C 110 W1 19 1 91 SK3 42 Nga OCT Y12,Y12A Y13,Y13A Việt