VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ NHIỆT LUYỆN (Vật liệu cơ khí)

MỤC LUC 1 LỜI NÓI ĐẦU 2 PHẦN I: VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ NHIỆT LUYỆN 3 CHƯƠNG I: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 3 1.1. Tầm quan trọng của kim loại và hợp kim. 3 1.2 Cấu tạo của kim loại và hợp kim. 4 1.3. Các tính chất chung của kim loại và hợp kim: 8 CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỬ KIM LOẠI. 11 2.1. Thử kéo: 11 2.2 Thử độ cứng. 13 2.3 . Thử va đập. 15 2.4. Thử công nghệ 16 CHƯƠNG 3: GANG 17 3.1 . Sơ lược về quá trình luyện gang. 17 3.2. Các loại gang thường dùng. 19 CHƯƠNG IV: THÉP 24 4.1. Sơ lược về quá trình luyện thép. 24 4.2. Thép các bon. 26 4.3. Thép hợp kim. 31 CHƯƠNG V. HỢP KIM CỨNG 52 5.1 Thành phẩm, tính chất. 52 5.2. Phân loại hợp kim cứng. 52 CHƯƠNG VI. KIM LOẠI MÀU VÀ HỢP KIM MẦU 55 6.1. Đặc điểm và tích chất của kim loại màu. 55 6.2. Đồng và hợp kim đồng. 55 63. Nhôm và hợp kim nhôm. 57 6.4.Thiếc, Chì, Kẽm. 59 6.5 Hợp kim đỡ trục 61 CHƯƠNG VII. ĂN MÒN KIM LOẠI 63 7.1. hiện tượng, nguyên nhân và tác hại của sự ăn mòn kim loại 63 7.2. Các phương pháp chống ăn mòn kim loại. 64 CHƯƠNG 8: NHIỆT LUYỆN VÀ HOÁ NHIỆT LUYỆN THÉP 66 8.1. Nhiệt luyện 66 8.2 . hoá nhiệt luyện 76

MỤC LUC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I: VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ NHIỆT LUYỆN CHƯƠNG I: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 1.1 Tầm quan trọng kim loại hợp kim 1.2 Cấu tạo kim loại hợp kim 1.3 Các tính chất chung kim loại hợp kim: CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỬ KIM LOẠI 2.1 Thử kéo: 2.2 Thử độ cứng 2.3 Thử va đập 2.4 Thử công nghệ CHƯƠNG 3: GANG 3.1 Sơ lược trình luyện gang 3.2 Các loại gang thường dùng CHƯƠNG IV: THÉP 4.1 Sơ lược trình luyện thép 4.2 Thép bon 4.3 Thép hợp kim CHƯƠNG V HỢP KIM CỨNG 5.1 Thành phẩm, tính chất 5.2 Phân loại hợp kim cứng CHƯƠNG VI KIM LOẠI MÀU VÀ HỢP KIM MẦU 6.1 Đặc điểm tích chất kim loại màu 6.2 Đồng hợp kim đồng 63 Nhôm hợp kim nhôm 6.4.Thiếc, Chì, Kẽm 6.5 Hợp kim đỡ trục CHƯƠNG VII ĂN MÒN KIM LOẠI 7.1 tượng, nguyên nhân tác hại ăn mòn kim loại 7.2 Các phương pháp chống ăn mòn kim loại CHƯƠNG 8: NHIỆT LUYỆN VÀ HOÁ NHIỆT LUYỆN THÉP 8.1 Nhiệt luyện 8.2 hoá nhiệt luyện VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ NHIỆT LUYỆN CHƯƠNG I: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 1.1 TẦM QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM Để xây dựng phát triển kinh tế quốc dân vững mạnh cần phát triển cơng nghiệp nặng, ngành chế tạo máy khí then chốt Để chế tạo máy móc thiết bị khí phải có vật liệu, kim loại vật liệu chủ yếu Sở dĩ kim loại sử dụng vật liệu chủ yếu ngành chế tạo khí có nhiều tính chất tham số, đặc điểm quan trọng ưu việt hẳn so với loại vật liệu khác Khơng thể có máy móc thiết bị khơng có kim loại hợp kim Lấy máy tiện làm ví dụ, ta thấy: Bàn máy làm gang, trục máy tiện ,máy phay, máy bào bánh máy làm thép cacbon thép hợp kim, ổ trượt băng hợp kim đồng, ổ bi làm thép hợp kim IIIX – 15 Qua ví dụ ta thấy hầu hết chi tiết máy làm kim loại hợp kim chúng Cho đến loài người biết 108 ngun tố hố học, kim loại chiếm 84 nguyên tố Kim loại chứa nhiều vỏ đất nhơm gồm 7% sau sắt 5% Ngày nay, ngành công nghiệp vật liệu phát triểm mạnh mẽ với nhiều loại tự nhiên nhân tạo khác như: gỗ, sứ, thuỷ tinh, chất dẻo với tính ngày tốt, sản lượng ngày cao khơng thể thay hồn tồn kim loại hợp kim Do song song với việc nghiêm cứu loại vật liệu phi kim loại để thay kim loại, người ta tiến hành nghiên cứu kim loại hợp kim có nhiều tính ưu việt như: nhẹ, bền, chịu ăn mòn, chịu nhiệt, chịu va đập Việc nghiên cứu sản xuất loại gang thép coi trọng cơng nghiệp vật liệu nói riêng kinh tế quốc dân nói chung, tất nước có cơng nghiệp phát triển Bên cạnh gang thép hai vật liệu cơng nghiệp chế tạo, nhơm Titan hợp kim loại vật liệu sử dụng ngày nhiều vật liệu ngành công nghiệp đại tương lai 1.2 CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 1.2.1 Cấu tạo nguyên tử kim loại 1.2.1.1- Định nghĩa kim loại: Kim loại vật thể sáng rèn được, có tính dẫn nhiệt dẫn điện cao Bất kim loại bề mặt nhẵn bóng chưa bị ơxy hố có ánh kim, phần lớn kim loại dẻo gia cơng kim loại áp lực Cá biệt có số kim loại khơng rèn tính dịn như: Ăngtimoan (Sb), Ce (Xeri) Pr (Prafêơdin) có tính dẫn điện 1.2.1.2- Đặc điểm cấu tạo nguyên tử kim loại Kim loại vật chất khác nguyên tử tạo thành Mỗi nguyên tử hệ thống phức tạp bao gồm: Hạt nhân mang điện tích dương nằm điện tử mang điện tích âm quay xung quanh hạt nhân với vận tốc lớn theo quỹ đạo hình Elip Sự phân bố điện tử theo mức lượng: 1s2 2s2 2p6 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 thường điện tử lớp từ đến Đối với nguyên tử kim loại lớp thường có tử đến điện tử điện tử dễ bị bứt trở thành điện tử tự nguyên tử trở thành Ion dương khác chủ yếu kim loại chất phi kim loại Ví dụ: Nguyên tử Cu có số điện tử Z = 29 phân bố điện tử sau: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1 - Nguyên tử Mg có số điện tử Z = 12 phân bố điện tử sau: 1s2 2s2 2p6 3s2 - Nguyên tử Cl với số nguyên tử Z = 17 phân bố điện tử sau: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 1.2.2 – Cấu tạo tinh thể kim loại 1.2.2.1- Mạng tinh thể: Kim loại trạng thái rắn có cấu tạo bên theo mạng tinh thể Tức nguyên tử xếp khơng gian theo vị trí hình học định không hỗn độn vật liệu a khác (hình 1-1) Hình 1- Hình 1- 1.2.2.2- Ô phần nhỏ bé đặc trưng cho cho kiểu mạng tinh thể gọi (hình 1.2) 1.2.2.3- Thơng số mạng Là khoảng cách tâm nguyên tử gần dơn vị đo A o (đọc ăngtrôn) = cm 1.2.2.4- Ba kiểu mạng tinh thể thường gặp kim loại nguyên chất a Kiểu mạng Lập phương thể tâm Ô mạng hình lập phương có nguyên tử, nguyên tử nằm đỉnh, nguyên tử nằm tâm hình Hình 1.3 Kim loại thuộc kiểu mạng gồm: Sắt , Crơm, Vơnfram, Hình 1-Mơlipđen, Vanađi b Kiểu mạng Lập phương diện tâm Ô kiểu mạng có 14 nguyên tử, nguyên tử nằm đỉnh nguyên tử nằm trung tâm mặt hình lập phương Các kim loại thuộc kiểu mạng là: Fe, Cu, Ni, Pb, Au, Al (hình 1- 4) Hình 1- c Kiểu mạng Lục phương dày đặc Ô kiểu mạng hình lăng trụ đáy lục giác có 17 nguyên tử, 12 nguyên tử nằm 12 đỉnh (nút mạng) dưới, nguyên tử nằm trung tâm khối c nguyên tử nằm tâm mặt đáy lăng trụ tam giác cách (hình 1-5) Các kim loại thuộc kiểu mạng là: Zn, Mg, Ti, Be a Hình 1- 5 1.2.2.5- Tính thù hình kim loại Khá nhiều kim loại có đặc tính là: nhiệt độ áp suất khác nguyên tố tồn với kiểu mạng tinh thể thơng số mạng khác Tính chất gọi tính thù hình 1539 NhiƯt ® é °C 1392 911 Thêi gian Hình 1- Những kiểu mạng tinh thể khác kim loại gọi dạng hình thù Sắt kim loại có tính thù hình nhiệt độ 911 0C từ 13920C đến 15390C (là nhiệt độ chảy) có mạng lập phương thể tâm, cịn khoảng 911 0C – 13920C có mạng lập phương diện tâm (hình 1.6 ) Các dạng thù hình nguyên tố ký hiệu chữ Hylạp      dạng tồn nhiệt độ thấp nhất,    nhiệt độ cao Ví dụ: Nung sắt tới 9110C có chuyển biến Fe (Thể tâm có Mv=68%) sang Fe (diện tâm có Mv=74%) thể tích giảm đột ngột Khi làm nguội q trình ngược lại 1.2.3- Cấu tạo hợp kim 1.2.3.1- Khái niệm hợp kim a Định nghĩa: Nếu đem kim loại nóng chảy hay thiêu kết (nung nóng trạng thái rắn để dính kết) với hay nhiều nguyên tố khác ( kim loại hay kim) để vật liệu có tính chất kim loại vật liệu gọi hợp kim Hợp kim vật thể có chứa nhiều nguyên tố mang tính chất kim loại Nguyên tố chủ yếu hợp kim nguyên tố kim loại 1.2.3.2- Các dạng cấu tạo hợp kim a Dung dịch đặc: Hợp kim có cấu tạo dung dịch đặc ngun tử ngun tố thành phần có kích thước gần giống Khi kết tinh hợp kim tạo thành mạng tinh thể có nguyên tử nguyên tố thành phần - Dung dịch đặc có loại: + Dung dịch đặc thay thế: số nguyên tử nguyên tố hoà tan đẩy số nguyên tử nguyên tử để chiếm chỗ Ni Hình 1- Hình 1- Ví dụ: Dung dịch đồng kẽm, nguyên tử kẽm đẩy nguyên tử đồng khởi nút mạng để chiếm chỗ (hình 1.7) + Dung dịch xen kẽ: Nguyên tử nguyên tố hoà tan Nằm xen kẽ vào khoảng chống nút mạng tinh thể nguyên tố dung mơi (hình 1-8) Đồng thanh, đồng thau có cấu tạo dung dịch đặc: b Hợp chất hố học Hợp kim có cấu tạo hợp chất hoá học Khi nguyên tử nguyên tố khác tác dụng hoá học với theo tỷ lệ xác, Tạo nên hợp chất có kiểu mạng thành phần hoá học xác định, biểu diễn cơng thức hố học Ví dụ: Hợp chất Sắt Cacbon 3Fe + C = Fe3C (Các bít sắt) c Hỗn hợp học Hợp kim có cấu tạo hỗn hợp học, nguyên tử nguyên tố thành phần khác nhiều kích thước mạng tinh thể Các nguyên tử nguyên tố tụ tập thành hạt riêng rẽ Phân biệt rõ rệt tổ chức tế vi: Ví dụ: P = Fe + Xê hỗn hợp học 1.3 CÁC TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM: Bao gồm tính: - Tính chất vật lý - Tính chất hố học - Tính chất học - Tính chất cơng nghệ 1.3.1 Tính chất vật lý: 1.3.1.1 Vẻ sáng mặt Theo vẻ sáng mặt ngồi kim loại chia kim loại thành kim loại đen, kim loại màu Ví dụ: Sắt hợp kim sắt, gang, hợp kim đen, đồng, nhôm kim loai màu, đồng thau, đồng hợp kim màu 1.3.1.2 Trọng lượng riêng Là trọng lượng vật đơn vị thể tích vật Trong đó: d trọng lượng riêng vật đơn vị G/cm3 P trọng lượng vật tính G V thể tích vật tính cm3 1.3.1.3 Tính nóng chảy Kim loại có tính nóng chảy lỗng đốt nóng đặc lại nguội Nhiệt độ ứng với kim loại chuyển từ thể đặc sang thể lỏng hồn tồn gọi điểm nóng chảy (nhiệt độ nóng chảy) Sắt có nhiệt độ nóng chảy 15390C, đồng 10830C 1.3.1.4 Tính giãn nở nhiệt Khi đốt nóng kim loại giãn nở ra, nguội lạnh co lại Sự giãn nở cần phải đặc biệt ý nhiều trường hợp cụ thể Ví dụ: Đối với cầu làm thép, ta phải tính đến giãn nở vật liệu tuỳ theo nhiệt độ mùa Sự giãn nở vật liệu khơng giống 1.3.1.5 Tính dẫn nhiệt Là tính chất truyền nhiệt kim loại bị nung nóng làm lạnh Kim loại có tính truyền nhiệt tốt dễ đốt nóng nhanh đồng đều, dễ làm nguội nhanh Ví dụ: Bạc kim loại có tính dẫn nhiệt tốt nhất, lấy bạc đơn vị kim loại khác so sánh sau: Bạc : 1,0 Đồng: 0,9 Nhơm: 0,5 Sắt : 0.15 1.3.1.6 Tính dẫn điện Là khả dẫn điện kim loại Các kim loại có tính dẫn điện khác nhau, kim loại có tính dẫn điện cao tức kim loại cản trở dịng điện chạy qua ta nói điện trở kim loại thấp Kim loại có tính dẫn nhiệt tốt tính dẫn điện tốt ngược lại 1.3.1.7 Tính nhiễm từ Một số kim loại có tính nhiễm từ tức bị từ hố đặt từ trường - Sắt hầu hết hợp kim sắt có tính nhiễm từ - Đồng, nhôm hợp kim đồng, nhôm tính nhiễm từ 1.3.2 Tính chất hố học Tính chất hoá học khả kim loại hợp kim chống lại tác dụng hố học mơi trường có hoạt tính khác Tính chất hố học kim loại biểu thị hai dạng: 1.3.2.1 Tính chống ăn mòn Là khả chống lại ăn mịn nước hay ơxy khơng khí nhiệt độ thường hay nhiệt độ cao 1.3.2.2 Tính chịu Axit khả chống lại tác dụng mơi trường Axít 1.3.3 Tính chất học (hay cịn gọi tính học) Là khả chống lại tác dụng lực bên lên kim loại Cơ tính kim loại bao gồm: Tính cứng, tính bền, tính dẻo, tính đàn hồi Lực tác dụng lên chi tiết máy trính máy làm việc có nhiều dạng khác Có lực làm cho chi tiết máy bị kéo, có lực làm cho bị uốn, bị xoắn, nén Có lực tác dụng từ từ đặn gọi lực tĩnh Có lực tác dụng đột ngột gây va đập gọi lực động 1.3.3.1 Tính bền: khả chống lại tác dụng lực bên kéo, nén, uốn, xoắn mà kim loại khơng bị phá hỏng 1.3.3.2 Tính cứng: khả kim loại hợp kim chống lại vật cứng ấn vào bề mặt 1.3.3.3 Tính dẻo: khả biến dạng vĩnh cửu kim loại hợp kim tác dụng lực bên ngồi mà khơng bị phá hỏng đồng thời giữ nguyên hình dạng sau bỏ lực tác dụng bên ngồi 1.3.3.4 Tính đàn hồi: khả kim loại hợp kim thay đổi hình dạng tác dụng lực bên trở lại cũ bỏ lực tác dụng 1.3.4 Tính chất cơng nghệ Tính cơng nghệ khả mà kim loạivà hợp kim thực phương pháp công nghệ để sản xuất sản phẩm có hình dáng kích thước theo u cầu Tính cơng nghệ bao gốm: Tính gia cơng áp lực, tính đúc, tính cắt gọt, tính nhiệt luyện 1.1.4.1 Tính cắt gọt: khả kim loại ,hợp kim gia cơng cắt gọt khó hay dễ xác định băng tốc độ cắt, lực cắt gọt độ nhám bề mặt kim loại sau gia công cắt gọt 1.3.4.2 Tính hàn: khả tạo thành liên kết chi tiết nung nóng cục chỗ nối đến trạng thái chảy hay dẻo 1.3.4.3 Tính gia cơng áp lực: khả biến dạng vĩnh cửu kim loại ,hợp kim chịu tác dụng lực bên để tạo thành chi tiết mà khơng bị phá hỏng 1.3.4.4 Tính đúc: xác định độ chảy loãng kim loại nấu chảy để điền đầy khuôn đúc sau đông đặcta vật đúc Tính đúc tốt độ congót ít, thành phần hố học đồng đều, tính chảy loảng cao 1.3.4.5 Tính nhiệt luyện: khả thay đổi độ cứng, độ bền, độ deỏ dai kim loại cách nung kim loại lên nhiệt độ cần thiết, giữ nhiệt độ thời gian Sau làm nguội kim loại theo chế độ định Sau nhiệt luyện mức độ thay đổi tính kim loại khác nhau, có kim loại thay đổi ít, có kim loại thay đổi nhiều 10 Để dễ hiểu ta biểu diễn trình nhiệt luyện thép giản đồ Hình (H8-2) giản đồ nhiệt luyện cho loại thép Qua giản đồ ta thấy, chế độ nhiệt luyện gồm thơng số sau: 8.1.2 Các hình thức nhiệt luyện 8.1.2.1 Ủ T°n  : Thêi gian nung nãng 2 : Thời gian giữnhiệt : Thời gianlàm nguội a Định nghĩa: ủ trình nung thép lên nhiệt độ cần thiết giữ nhiệt độ thời VN gian định, sau cho éi gu nguội chậm lò xuống nhiệt 1 độ thường 2 3 Thêi gian Hình 8-2 b Mục đích: - Giảm độ cứng để dễ gia công áp lực gia công cắt gọt - Khử ứng suất bên chi tiết, khử biến cứng mặt nguyên công trước gây - Làm nhỏ hạt thép để chuẩn bị cho nguyên công c Phương pháp ủ: tuỳ theo mục đích yêu cầu kỹ thuật người ta áp dụng phương pháp sau: + ủ hồn tồn: phương pháp nung nóng thép tới trạng thái hồn tồn austenít tức phải nung cao AC3, AC3+(30-500) áp dụng cho thép trước tích có thành phần bon (0,3-0,8%) Giữ nhiệt độ thời gian định nhiệt độ bên ngoàivà bên , theo kinh nghiệm 1/3 thơi gian nung ,rồi làm nguội chậm lò xuống 200 – 500 C tiếp tục làm nguội ngồi khơng khí Tốc độ nguội thép phụ thuộc vào loại thép: Tốc độ nguội thép đúc 80-1200 C/giờ Đối với théo cán, rèn, tốc độ nguội khoảng 100- 2000 C/ +ủ khơng hồn tồn: phương pháp ủ gồm nung nóng thép tới trạng thái chưa hồn tồn austenit tức cao AC1 nhỏ ACm Sự chuyển biến tổ chức nung nóng khơng hồn tồn có peclít thành austenít xe men tít II cịn ủ khơng hồn tồn áp dụng chủ yếu cho thép tích sau tích Sau 69 ủ cho ta tổ chức pectít hạt với độ cứng thấp tổ chức pectít khoảng 200 HB đảm bảo cắt gọt tốt Nhiệt độ ủ cho loại thép bon AC1 + 30 - 500C = 757 - 7770C Sau làm nguội với lò đến nhiệt độ 500 đến 6000C đưa ngồi khơng khí làm nguội đến nhiệt độ thường nhiệt độ chuyển biến tổ chức hoàn thành +ủ khuyếch tán: phương pháp ủ gồm nung nóng thép đến nhiệt độ cao 1100 1150oC giữ nhiệt (khoảng từ 10 đến 15h) cách ủ áp dụng cho thỏi đúc thép hợp kim cao thường có tượng khơng đồng thành phần hố học (thiên tích) điều kiện nhiệt độ cao thời gian dài nguyên tố hợp kim khuyếch tán đủ mạnh để đồng thành phần hoá học Nhược điểm cách ủ tạo hạt lớn áp dụng gia công áp lực Nếu không qua biến dạng dẻo để làm nhỏ hạt sau phải ủ lại cách ủ hoàn toàn để làm nhỏ hạt + ủ đẳng nhiệt: ủ đẳng nhiệt tiến hành sau: nung chi tiết đến nhiệt độ cần thiết AC 3+30500C Giữ nhiệt thời gian , chi tiết chuyển sang lò khác làm nguội với lò đến nhiệt độ 680-700 0C nhiệt độ 680-7000C chi tiết giữ thời gian cần thiết thường từ đến sau chi tiết làm nguội ngồi khơng khí Phạm vi áp dụng cho thép tích thép trước tích 8.1.2.2 Thường hố a Định nghĩa: thường hoá phương pháp nhiệt lượng bao gồm nung thép đến trạng thái hồn tồn austenít (cao AC ACm+ (30500C) giữ nhiệt độ thời gian Sau cho làm nguội khơng khí tĩnh xuống nhiệt độ bình thường 70 Hình 8-3 t c 1147 ủ khuếchtán ủ hoàn toàn 910 Th ờng hoá ủ K hônghoàn toàn 727 đ kÕt tinh l¹ i  F+P đ thÊp P 300 P  XªII 0,8 2,14 %C° b Mục đích: Khử ứng xuất bên chi tiết, đạt độ cứng thích hợp để gia cơng căt gọt cho thép bon thấp  0.25 % Làm nhỏ hạt xêmemtit chuẩn bị cho nhiệt luyện kết thúc Làm lứơi xêmemtit thép sau tích Cũng khâu nhiệt luyện cuối để đạt tính định c Phương pháp: để thường hố ta tiến hành nung thép trước tích lên nhiệt độ AC3 + (30500C); thép sau tích đến nhiệt độ ACm+ (30500C) giữ nhiệt độ thời gian cho nhiệt nguội xuống nhiệt độ thường ngồi khơng khí tĩnh (Hình 8-3 Khoảng nhiệt độ ủ thường hoá cho loại thép bon giản đồ Fe-C) Tốc độ nguội thường hoá nhanh gấp lần ủ, kinh tế ủ thời gian ngắn Tuy nhiên loại thép thường hố mà có thép sau thường hố độ cứng tăng lên Đối với thép bon thấp , áp dụng thường hố Thép có thành phần lớn 0.4% sau thường hoá độ cứng tăng cao, muốn giảm độ cứng, sau thường hoá phải ram cao nhiệt độ 65 - 700 o C 8.1.2.3 Tơi thép: Có hai hình thức tơi xun tâm tơi mặt ngồi a Tơi xun tâm - Định nghĩa: xuyên tâm phương pháp nhiệt luyện: nung thép lên cao nhiệt độ tới hạn (AC 1) để làm xuất tổ chức Austenít, giữ nhiệt thời gian làm nguội nhanh nước dầu hay dung dịch hố chất để Austenít chuyển biến 71 thành mactenxit hay tổ chức không ổn định khác với độ cứng cao (như bainit ,trỗxit ) - Mục đích: Tăng độ cứng, độ bền tồn chi tiết - Phương pháp: Sau tổ chức thu Mactenxit khơng ổn định cộng với Austenít dư có độ cứng cao, dịn lớn dễ nứt vỡ Do q trình tơi phức tạp + Chọn nhiệt độ tơi: Phụ thuộc lượng bon có thép, giới hạn nhiệt độ tơi xem hình 8-4 Đối với thép trước tích (C  0.8%), nhiệt độ lấy cao đường AC tức nung nóng thêp đến trạng thái hồn tồn Austenít Tn o = AC3 + (30 - 50 o C ) Đối với thép sau tích ( C  0.8% ) Nhiệt độ lấy cao AC 1, thấp AC m tấc nung thép tới trạng thái khơng hồn tồn austenít ,cách tơi gọi tơi khơng hồn tồn T no = AC + (30 – 50 o C ) Lý chọn nhiệt độ tơi giải thích sau : Đối với thép trước tích khơng thể tơi khơng hoàn toàn ,tức nung thép cao hon AC thấp AC tổ chức cho ta tổ chức Frit –austenít làm nguội t°C nhanh Ngồi Mactenxít vẩn cịn ferít pha mền độ cứng thép khơng 1200tiến hành tơi hồn tồn (tức nhiệt độ nung cao đạt Với thép sau tích khơng thể AC m ) 1130 1100 Bởi thép có lượng cac bon lớn 0.8% Khi nung quỏ ACm tt c Xờmentớt Ô tê nit 1000 hồ tan hết vào Austenít làm cho pha có lượng cácGií bon cao khiAcmlàm nguội i h¹n nhiệt đ ộ 911 nhanh thu c mactenxit v austenit dư 900 Tổ chức có độ cứng thấp austenít có tính mềm Hình 8- 800 nên cách không đạt độ cứng Mặt khác nhiệt độ thép bị nhiệt, thoát 723 bon dễ nứt vỡ, 700 + Thời gian giữ nhiệt : 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 %C 2,8 Thời gian giữ nhiệt đủ cho tồn chi tiết có có nhiệt độ nhau, tổ chức thu hồn tồn austenit Chiều dày đường kính chi tiết lớn thời gian giữ nhiệt lâu Nếu giữ lâu nhiệt độ cao hạt austenit thơ Ngồi cịn phụ thuộc vào thành phần hố học thép môi trường nung 72 + Làm nguội (Môi trường làm nguội ): Tốc độ làm nguội yếu tố định đến kết việc Đối với loại thép có tốc độ tơi tới hạn riêng, tốc độ định điều kiện làm nguội Tốc độ tới hạn tốc độ nguội nhỏ cần thiết để nguội austenít tới nhiệt độ chuyển biến mactenxít - Một số mơi trường thường dùng : + Nước: Là loại môi trường đơn giản sử dụng rộng rãi nhất, thường dùng để thép cac bon hay thép hộp kim thấp Ưu điểm : Lầm nguội nhanh vùng áustenít ổn định nên tránh phân huỷ trung gian Nhược điểm : Vì làm nguội nhanh vùng chuyển biến austenít thành Mác tenxít gây ứng xuất lớn dễ làm cong vênh ,nứt chi tiết + Dung dịch muối ăn (NaCl ) hay xút (NaOH ) nước Trong thưc tế người ta thường dùng dung dịch 5-15% NaCl hay NaOH khoảng khả làm nguội dung dịch tốt Khi hoà tan muối ăn hay xút vào nước lại tăng khả làm nguội dung dich muối nước có nhiệt độ cao nước ,ngồi cịn có tính dẫn nhiệt cao, thu nhiều nhiệt Kết làm nguội nhanh nước sau bề măt chi tiết + Dầu: môi trường thông dụng, tốc độ làm nguội vùng 500 – 600 oC, lớn tốc độ lầm nguội vùng 200 - 300 oC khoảng – lần Tuy tốc độ làm nguội dầu nhỏ nước nhiều lần nên dầu dùng để loại thép có austenít ổn định thép hợp kim thép bon cao thường dùng dầu CN20B b Tơi mặt ngồi - Định nghĩa: tơi mặt ngồi phương pháp nhiệt luyện băng cách nung nóng nhanh mặt đến nhiệt độ cần thiết làm nguội nhanh nước dung dịch hố chất - Mục đích: tăng độ cứng, độ bền mặt chi tiết để chịu ma sát mài mòn, lõi khơng thay đổi - Phương pháp: có nhiều phương pháp tơi mặt ngồi +Tơi mặt ngồi dịng điện tần số +Tơi mặt ngồi lửa 02 C2H2 (ơxy axêtylen) 73 +Tơi mặt ngồi dịng điện tiếp xúc + Tơi mặt ngồi dung dịch điện phân * Tơi mặt ngồi dịng điện tần số cao: ứng dụng tượng cảm ứng dòng điện đốt nóng bề mặt chi tiết làm nguội nhanh gọi tơi dịng điện tần số cao Ngun lý: tượng nung kim loại dòng điện tần số cao Khi vật dẫn có dịng điện xoay chiều chạy qua xung quanh xuất từ trường biến thiên đặt từ trường chi tiêt kim loại, biến thiên từ trưòng sinh sức điện động cảm ứng, chi tiết k im loại có dịng điện cảm ứng tần số Trong thực tế người ta dùng dịng điện có tần số cao 2500 đến 250.000 HZ dịng điện cảm ứng có tần số cao đặc điểm bật dòng điện cảm ứng tần số cao có mật độ lớn bề mặt giảm nhanh phía lõi vật dẫn, nhờ có khả nung nóng nhanh bề mặt lên đến nhiệt độ Như tần số dòng điện cao, chiều sâu lớp nung nóng lớp tơi mỏng Vịng cảm ứng phương pháp nung nóng Bộ phận dùng để thực nung nóng bề mặt chi tiết vịng cảm ứng làm đồng đỏ rỗng bên ( có nước chảy vào làm nguội, tránh cho vịng cảm ứng khỏi bị chảy nung nóng chi tiết) thường dạng bao ôm lấy bề mặt chi tiết cần nung Nối với nguồn điện phát dòng tần số cao N íc Mỗi vịng cảm ứng thích hợp với loại chi tiết với kiểu nung Khe hở bề mặt chi tiết vòng cảm ứng khoảng 1,5 đến mm để tránh tổn thất từ Diện tích bề mặt vịng cảm ứng diện tích bề mặt nung nóng chi tiết chọn phụ thuộc vào công suất thiết bị tính theo mức 0,5 đến KW/cm2 + Ưu điểm: Thời gian nung nhanh tính giây Khơng có tượng q nhiệt thời gian nung nhanh Chi tiết bị biến dạng oxy hố Điều chỉnh chiều sâu lớp tơi dễ dàng, dễ tự động hố khí hố, suất cao, nhiên c ó số nhược điểm sau + Nhược điểm : Thiết bị đắt, tiêu hao điện lớn * Tơi mặt ngồi lửa oxy axêtylen Là nung bề mặt chi tiết lửa O2 C2 H2 lên nhiệt độ AC3 Rồi làm nguội nhanh nước dung dịch hoá chất Trong trình nung lửa phát 74 từ mỏ đốt tập trung bề mặt chi tiết không thấm sâu vào lõi kim loại Như sơ hỡnh 8- Mỏ đốt Vòi phun n c Vßng phun n í c a) a- Tơi mặt phẳng b) Hình 8- Má ®èt b- Tơi mặt trụ Như sau nung làm nguội bề mặt chi tiết có độ cứng cao, cịn phần lõi không thay đổi tổ chức độ cứng Phương pháp áp dụng cho sản xuất đơn chiếc, loại nhỏ Ứng dụng trục khuỷu, bánh răng, mặt băng máy … Phương pháp khó đạt chất lượng ổn định, địi hỏi cơng nhân có tay nghề cao, dễ bị nhiệt 8.1.2.4 Ram a Định nghĩa: Ram q trình nung thép tơi đến nhiệt độ AC từ 150 6500C, giữ nhiệt độ thời gian Rồi cho nguội ngồi khơng khí dầu b Mục đính: Ram nhằm khử ứng suất bên chi tiết sau tơi giảm tính giịn, ổn định lại tổ chức, làm cho chi tiết đạt tính tổng hợp cao c Các phương pháp Ram  Ram thấp: ( 1502700C ) Ram thấp phương pháp nung nóng thép tơi khỏang 1502700C Tổ chưc đạt mactẽnxít ram Khi ram thấp độ cứng khơng thay đổi giảm giảm (khỏang – HRC ) ứng suất bên giảm chút Các sản phẩm ram thấp sau chi tiết dụng cụ cần độ cứng tính chụi mài mịn cao : dao cắt kim loại ,khuôn dập nguội ,dụng cụ đo ,vòng bi ,các chi tiết thấm bon , tơi bề mặt có u cầu độ cứng :59 – 64 HRC  Ram trung bình: (3004500C ) Là phương pháp nung nóng thép tơi k hoảng 300 đến 4500C Tổ chức thu Trôxtit ram Khi ram trung bình độ cứng thép tơi có giảm cịn cao, khoảng 40 đến 45 HRC, ứng suất bên giảm mạnh, giới hạn đàn hồi đạt giá trị cao nhất, độ dẻo, độ dai tăng lên Các sản phẩm cần ram trung bình sau tơi thường chi tiết u cầu tính đàn hồi cao lị xo, nhíp, dụng cụ cần độ dai cao khn dập nóng, khn rèn 75  Ram cao: (5006500C) Là phương pháp nung nóng thép tơi khoảng 500 đến 650 0C tổ chức đạt xoocbit ram Khi ram cao độ cứng thép giảm mạnh đạt khoảng 15 – 25 HRC, ứng suất bên bị thủ tiêu, độ bền giảm đi, độ dẻo, độ dai tăng lên mạnh Do tạo tính tổng hợp tốt nên áp dụng rộng rãi cho chi tiết máy cần có giới hạn độ bền cao, chịu va đập loại trục, trục khuỷu, trục truyền lực, truyền, supáp nạp động cơ, bánh làm việc với tốc độ khơng cao 8.2 HỐ NHIỆT LUYỆN 8.2.1 Khái niệm 8.2.1 Định nghĩa : Hố nhiệt luyện phương pháp nhiệt làm bảo hồ (khuếch tán ) vào bề mặt thép hay nhiều nguyên tố kim loại ắ kim để làm thay đổi thành phần hố học làm thay đổi tổ chức tính chất lớp bề mặt theo mục đích định 8.2.1.1 Tác dụng - Tăng độ cứng, tính chống mài mịn độ bền mỏi chi tiết - Nâng cao tính chống ăn mịn điện hố hố học (chống xy hố nhiệt độ cao ) ,chịu axít lớp bề mặt chi tiết thép Các phương pháp thấm : cr ,Al , Si , nhằm mục đích 8.2.2 Các hình thức hố nhiệt luyện Các hình thức hố nhiệt luyện thường áp dụng sản xuất :Thấm bon ,thấm ni tơ xi a nua hố 8.2.2.1 Thấm bon a Mục đích :Làm bảo hoà nguyên tử bon vào bề mặt chi tiết thép cịn lõi khơng thay đổi b Phương pháp :Có ba phương pháp thấm bon thể lỏng ,thể khí thể rắn phương pháp phương pháp thấm bon thể rắn đươc sử dụng nhiều - Thấm bon thể rắn Phương pháp áp dụng từ lâu giới dùng nước ta thấm bon thể rắn vẳn sử dụng phổ biến - + Các loại chất thấm : Muối bô nát (Na2 CO3 ,Ca CO ,BaCO từ 10-30%cịn lại than củi có độ hạt từ 2-3 mm (thấm bon cổ truyền dùng khỏang 76 40% than gỗ ,30% than xương động vật ,30% sừng trâu bồ hoá than ) Trộn với + Cách đóng hộp thấm : Chi tiết cần thấm phải ,khơng bị õy hố Xếp thành lớp Khoảng cách chi tiết 20-25 mm Các chi tiết cách thành  10 mm để đặt mẫu thử Năp thùng thắm 40 - 50 chi tiết phải đầm chặt Trên nắp khoan lỗ 20 - 25 hộp 20- 40 mm Sau lớp thấm lớp phải gắn chặt đất sét chịu nhiệt để thuốc Nhiệt độ thấm thường 920- 950 oc Thời 30 - 40 thấm khơng ngồi (hinh 8-7 ) gian thấm phụ thuộc vào chiều sâu lớp thấm Hình 8- Trong thực tế chiều sâu lớp thấm sau 1- MÉu thư Ø10 2- N¾ p hép 3- Đ ất chịu nhiệt 4- Thâ n hộp 5- Thuốc thÊm 6- Chi tiÕt 20 - 25 khoảng 0.1- 0.15mm kiểm tra mẫu thử Sau chiều sâu lớp thấm đạt yêu cầu tiến hành sau thấm Nhưng phải đảm bảo nhiệt độ 780800oc tiến hành ram thấp nhiệt độ : 250o C Chất thấm thu hồi lại trộn thêm khoảng 20 - 25 % chất thấm để dùng tiếp nhiệt độ thấm thép có tổ chức hồn tồn austenít điều kiện thiếu oxy C + O2 = 2CO gặp bề mặt thép tác dụng xúc tác , khí CO bị phân hố tạo thành bon nguyên tử 2CO = CO + C Các muối bơ nát đóng vai trị quan trọng phân hố nhiệt độ cao thành khí CO Ba CO = CO BaO + CO + C = CO Sau CO gặp bề mặt thép bị phân hố 2CO = CO + C Mặt thép hấp thụ bon nguyên tử hoạt bon nguyêntử hoạt thấm sâu vào thép nhờ khuyết tán 77 Phân tử CO lại tiếp tục lập lại chu kỳ kết thúc trình thấm Nhược điểm : Thời gian thấm dài , không thuận lợi cho việc khí hố tự động hố ,điều kiện đóng hộp bụi bẩn Năng xuất thấp , áp dụng cho sản xuất đơn , loạt nhỏ 8.2.2.2 a Thấm ni tơ Mục đích :Thấm nitơ tăng độ bền lớp bề mặt kim loại ,nâng cao tính chống mài mịn ăn mịn hố học chi tiết b Phương pháp : Thấm ni tơ áp dụng cho gang thép hiệu vẩn thép hợp kim có chứa nhôm : 35CrAlA , 35CrAlCuA -Thép gang trước thấm phải tiến hành ram nhiệt độ thấm thiệt độ ram -Chất thấm khí a mô ni ắc (NH3 ) tác dụng nhiệt độ khí NH3 phân giải theo phản ứng sau 2NH 2N + H Độ phân hoá NH phụ thuộc vào nhiệt độ lượng NH Khi nguyên tử ni tơ tiếp xúc với bề mặt thép ngấm vào thép Trước thấm phải đánh chi tiết 8.2.2.3 a Xi anua hố Mục đích :Xyanua hố tạo nên bảo hoà lúc ni tơ bon bề mặt thép Do tăng tính chống ăn mịn chi tiết b Phương pháp :Có hai phương pháp ,xyanua hoá nhiệt độ thấp xianua hoá ổ nhiệt độ cao - Xyanua hoá nhiệt độ thấp : 540 - 560 o C Được ứng dụng cho loại dụng cụ cắt gọt ,chế tạo thép gió Trước thấm phải tơi ram Sau thấm cần đánh bóng -Xianua hoá nhiệt độ cao : 830 - 870 oC ứng dụng cho chi tiết máy cần có tính cao Sau thấm phải tiến hành tơi và ram bình thường 78 Câu hỏi ơn tập So sánh khác ủ thường hố : mục đích yếu tố nhiệt luyện ?vẽ hình minh hoạ ? So sánh khác xuyên tâm bề măt ? Trinh bày phương pháp xuyên tâm ? Nêu định nghĩa, mục đích ram ?Trình bày hình thức ram ? Nêu đinh nghĩa, tác dụng hoá nhiệt luyện ? Trình bày phương pháp thấm bon thể rắn ( vẽ hình minh hoạ ) Trình bày định nghĩa ,mục đích phương pháp thường hố ( vẽ hình minh hoạ ) 79 ... 1.2.1.1- Định nghĩa kim loại: Kim loại vật thể sáng rèn được, có tính dẫn nhiệt dẫn điện cao Bất kim loại bề mặt nhẵn bóng chưa bị ơxy hố có ánh kim, phần lớn kim loại dẻo gia cơng kim loại áp lực Cá... vật liệu cơng nghiệp chế tạo, nhơm Titan hợp kim loại vật liệu sử dụng ngày nhiều vật liệu ngành công nghiệp đại tương lai 1.2 CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 1.2.1 Cấu tạo nguyên tử kim loại 1.2.1.1-... cao khơng thể thay hồn tồn kim loại hợp kim Do song song với việc nghiêm cứu loại vật liệu phi kim loại để thay kim loại, người ta tiến hành nghiên cứu kim loại hợp kim có nhiều tính ưu việt như: