CHƯƠNG 5. THÉP GANG 184 5.1. Các khái niệm cơ bản về thép các bon và thép hợp kim 184 5.2.Thép xây dựng. 208 5.3.Thép chế tạo máy. 210 5.4. Thép dụng cụ 224 5.5. Thép hợp kim đặc biệt 236 5.6. Các khuyết tật của thép hợp kim và cách khắc phục 249 5.7.Gang 251
CHƯƠNG THÉP - GANG 5.1 Các khái niệm thép bon thép hợp kim 5.2.Thép xây dựng 5.3.Thép chế tạo máy 5.4 Thép dụng cụ 5.5 Thép hợp kim đặc biệt 5.6 Các khuyết tật thép hợp kim cách khắc phục 5.7.Gang CHƯƠNG THÉP - GANG Trong tất vật liệu mà ta thường sử dụng thép loại vật liệu có tính tổng hợp cao nhất, có tính cơng nghệ tốt (tạo hình, gia cơng khí, biến dạng, hàn ,nhiệt luyện) Thép dùng làm chi tiết chịu tải nặng điều kiện phức tạp Khơng cơng nghiệp khí, thép cịn đóng vai trị quan trọng giao thơng vận tải Phần lớn thép dùng chế tạo khí quy định với thành phần hố học tính chặt chẽ 5.1 Các khái niệm thép bon thép hợp kim 5.1.1 Thép bon Thép bon hay thép thường: chiếm tỷ trọng lớn (80 _ 90 %) tổng sản lượng thép 5.1.1.1.Thành phần hóa học: Hợp kim Fe – C với hàm lượng %C < 2.14%, Fe – C cịn có Mn, Si P & S, Mn≤ 0.8% , Si ≤ 0.4% ,P ≤ 0.05%, S ≤ 0.05% 5.1.1.2.Ảnh hưởng Các nguyên tố đến tổ chức, tính chất cơng dụng thép thường Ảnh hưởng Các bon: Các bon nguyên tố quan trọng nhất, định chủ yếu đến tính tổ chức thép Tổ chức tế vi: Giản đồ pha Fe – C, %C tăng lên %Xê pha giịn tăng lên tương ứng (thêm %C Xê tăng thêm 15 % làm thay đổi tổ chức tính chất thép) Hàm lượng C≤ 0.006% thép có tổ chức Ferit hình 3.19 a, coi Fe nguyên chất C= 0.1 ÷ 0.7% thép có tổ chức F +P, %C tăng lên %P tăng lên (hình 3.22a,b,c) thép trước tích C = 0.8% - Thép có tổ chức P (Hình 3.20a, b) thép tích C≥ 0.9% - thép có tổ chức P + Xê II (hình 3.23), %C tăng lên lượng XêII tăng Cơ tính: Tăng %C làm giảm độ dẻo (δ, ψ) độ dai va đập (ak) %Xê tăng Tăng %C δb tăng đạt cực đại khoảng 0.8 ÷ 1,0% C, sau giảm ban đầu %C tăng %Xê tăng làm tăng bền, sau vượt 0.8 ÷ 1,0% C ngồi Peclit (tấm) cịn XêII Theo %C có nhóm với tính cơng dụng khác sau: Thép có bon thấp (≤ 0,25%): độ dẻo, dai cao độ bền, độ cứng lại thấp, dùng nhiều nghành xây dựng Hình 5.1 Ảnh hưởng cacbon đến tính thép thường (ở trạng thái ủ) Thép có cacbon trung bon trung bình (0.3 ÷0.5%C): dùng cho chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh va đập cao Thép có cacsbon tương đối cao (0.55 ÷0.65%C): dùng cho chi tiết đàn hồi Thép có cacbon cao (≥ 0.7%C): dùng làm dụng cụ dao cắt, khuôn dập , dụng cụ đo Tính cơng nghệ: %C thấp dễ hàn dập %C cao thép cứng khó cắt, % C q thấp độ dẻo q cao lại khó gia cơng cắt Ảnh hưởng Mangan: Mn cho vào thép dạng Fe - Mn để khử oxy tức để loại trừ FeO có hại FeO + Mn MnO + Fe (MnO lên, vào xỉ cào khỏi lị) Ngồi Mn loại trừ tác dụng có hại lưu huỳnh (FeS) thép Mn nguyên tố ảnh hưởng tốt đến tính, hồ tan vào Fe nâng cao độ bền, độ cứng pha này, làm tăng tính thép Tuy nhiên, lượng Mn thép cacbon (cao, giới hạn 0,5 - 0,8%) nên ảnh hưởng không rõ rệt Ảnh hưởng tốt Mn thép cacbon chỗ khử oxy hạn chế tác dụng có hại lưu huỳnh Man gan có ảnh hưởng tốt đến tính , hịa tan vào ferit nâng cao độ bền độ cứng pha hình (5.2a) Ảnh hưởng Silic: Si cho vào nhiều loại thép để khử ôxy cách triệt để cho vào thép dạng ferosilic viết dạng sau: 2FeO + Si SiO2 + Fe (SiO2 lên, vào xỉ cao khỏi lị) Cũng giống Mn, Si hồ tan vào ferit nâng cao độ bền, độ cứng pha Song lượng Si thép cacbon thấp (cao giới hạn 0,17 - 0,37%) nên tác dụng hố bền khơng rõ rệt.Si hòa tan vào ferit nâng cao độ bền độ cứng pha (hình 5.2a) Ảnh hưởng Photpho: Ở nhiệt độ thường Fe() hoà tan lượng P cao tới 1,2% vượt giới hạn tạo nên Fe 3P dòn Song hợp kim Fe - C lượng P hoà tan Fe() giảm mãnh liệt, cịn vài phần nghìn, thép dễ xuất Fe3P nâng cao độ bền, đặc biệt độ dịn nhiệt độ thường Vì phốt nâng cao tính dịn nguội thép Giới hạn hồ tan P ferit gây dòn 0,1% ngun tố thiên tích mạnh q trình kết tinh nên thơng thường cho phép có đến 0,05% Mặt khác P ảnh hưởng tốt đến tính gia cơng cắt thép dễ cắt người ta đưa hàm lượng P cao tới 0,08 - 0,15% - Lưu huỳnh Lưu huỳnh không tan Fe() Fe(), tạo nên hợp chất FeS Cùng tinh (Fe + FeS) tạo thành nhiệt độ thấp (988 0C), nên kết tinh sau nằm bên hạt Khi nung nóng thể cán kéo hay rèn, tinh chảy có trình đứt bên hạt, làm cho thép bị dịn Vì lưu huỳnh nâng cao tính dịn nóng thép Cho Mn vào thép làm giảm tác dụng có hại lưu huỳnh so với sắt có lực với S mạnh hơn, tạo nên MnS MnS nóng chảy nhiệt độ cao đến 1620 0C, làm nguội kết tinh dạng hạt nhỏ phân bố rời rạc, khơng gây hiệu ứng (dịn nóng) gia cơng áp lực nóng Các sunfua dẻo biến dạng trạng thái nóng, thép cán bị kéo dài theo phương pháp biến dạng làm tính thép khác theo chiều dọc ngang vật cán Cũng giống P, S nguyên tố có ảnh hưởng tốt đến tính gia cơng cắt, thép dễ cắt chứa đến 0,15 - 0,30%S 5.1.1.3 Phân loại thép bon a Theo chất lượng tạp chất Trên giới ba phương pháp luyện thép luyện lị mactanh, lò điện hồ quang lò thổi oxy từ đỉnh (lị L- D),trong nước ta dùng có loại lị điện hồ quang Theo mức độ tạp chất từ thấp đến cao có mức chất lượng sau Thép có chất lượng thường chứa tới 0,06% S 0,07% P Thép có chất lượng tốt không cho phép 0,04%S 0,035% P Thép có chất lượng cao khơng cho phép chứa 0,025% nguyên tố Thép có chất lượng đặc biệt cao không cho phép chứa 0,015 % S 0,025 %P Trên thị trường thép cacbon bao gồm ba cấp chất lượng: thường, tốt cao Đối với thép hợp kim có cấp Tốt, cao cao Trong xây dựng dùng chất lượng thường, chế tạo máy phải dùng chất lượng từ tốt trở lên, riêng thép làm ổ lăn phải đạt cấp chất lượng cao b Theo phương pháp khử oxy Theo phương pháp khử oxy người ta phân chia thép làm thép sôi, thép lắng thép nửa lắng Q trình khử oxy làm giảm loại oxít thép Sử dụng FeMn; Fe-Si để tạo xỉ MnO; SiO2 - Thép sôi: Là thép không khử oxy triệt để, FeO thép lỏng, nên FeO tác dụng với cacbon (của thép lỏng) để thành khí CO: FeO + C Fe + CO Khi CO bay lên làm cho mặt thép lỏng chuyển động gây ấn tượng giống sôi, có tên thép sơi Do CO cịn tạo thành rót khn nên tạo thành số bọt khí thỏi thép đúc Trong q trình cán nóng tiếp theo, phần lớn bọt khí hàn lại, khơng ảnh hưởng nhiều đến tính Do khử oxy Fe - Mn nên ferit thép chứa Si ( < 0,07%) dẻo dai Thép sôi rẻ, người ta thường dùng chúng để sản xuất thép cacbon thấp, cán thành tấm, mỏng để rập nguội Ký hiệu: Có thêm chữ "s" với TCVN, Ví dụ: C8s: thép sơi có 0,08%C Đặc điểm thép sôi : + %Si thấp (≤ 0.05 ÷ 0,07 %), thép mềm dẻo, dễ dập nguội + Không dùng thép sôi để đúc định hìn, cho kết cấu hàn sinh bọt khí làm giảm chất lượng + Không dùng thép sôi để làm chi tiết thấm cacbon thép chất hạt lớn - Thép lắng: Thép lắng thép khử ơxy triệt để, tức ngồi feromangan cịn dùng chất khử mạnh Fe – Si ( ferosilic ) Al (nhôm nguyên chất), thép lỏng chứa FeO, mặt thép lỏng phẳng lặng khơng có tượng sủi khí thép sơi Thép lắng chứa bọt khí có tạo thành lõm co lớn, phải cắt bỏ trước đem cán Chất lượng thép lắng cao thép sôi không kinh tế phải cắt bỏ đoạn tới 10-15% trọng lượng thỏi, chi phí cho khử oxy cịn Do khử oxy Fe-Si, ferit thép lắng chứa nhiều Si (0,15 - 0,35%) nên cứng Thép lắng loại thép tốt để làm phần lớn chi tiết máy Đặc điểm thép lắng: + Hàm lượng Si cao mà ferit thép cứng bền hơn, khó dập nguội + Khơng có tượng bị rỗ khí đúc, nhiên lõm co lớn không kinh tế + Thép dùng cho kết cấu hàn, thấm Cacbon - Thép nửa lắng: Vừa khử buồng lò, vừa khử ngồi (Việt Nam khơng làm được) Theo mức độ khử oxy thép lửa lắng có vị trí trung gian thép sôi thép lắng, khử oxy feromangan nhơm ngun chất Ký hiệu: Có thêm chữ "n" với TCVN, Ví dụ: C10n: thép nửa lặng có 0,08%C Đối với thép nửa lặng dùng thay cho thép sơi Thép hợp kim có loại thép lặng, thép cacbon có ba loại c Phân loại theo công dụng * Thép cacbon chất lượng thường: loại thép dùng chế tạo kết cấu với liên kết hàn chủ yếu (Ví dụ: Giàn, khung, vỏ tàu) * Yêu cầu: - Tính hàn cao - Tính dẻo đảm bảo - Có tính đủ theo yêu cầu kết cấu Ký hiệu: - TCVN: CT -31; 33 kéo (kg/mm2) TC Nga: CT - 0; Được chia làm nhóm A: quy định tính mà khơng quy định thành phần hóa học B: quy định thành phần hóa học mà khơng quy định tính C: quy định tính thành phần hóa học * Ứng dụng: Chủ yếu làm kết cấu xây dựng nhà xưởng, cầu cống, cốt thép bê tơng Cũng sử dụng chế tạo máy để làm chi tiết không quan trọng TCVN5709-93 quy định mác chuyên dùng làm kết cấu thép xấy dựng gồm có: XCT34 XCT38 XCT42 XCT52 * Thép kết cấu: Được quy định chặt chẽ thành phần hóa học dùng để sản xuất chi tiết máy * u cầu: - Tính cơng nghệ cao (hàn, gia công áp lực, cắt, gọt) - Cơ tính phải đảm bảo * Thép kết cấu chia thành nhóm: - Thép thấm C: Thép kết cấu có %C < 0,25% dùng sản xuất chi tiết có độ cứng bề mặt cao (nhờ thấm cacbon) lõi giữ nguyên độ dẻo, dai + Công nghệ nhiệt luyện: Thấm C+ lần + ram thấp Ký hiệu: TCVN: dùng số: ** C trung bình Ví dụ: TCVN C08s, C08n Có 0,08%C - Thép hóa tốt: loại thép kết cấu mà %C từ ( 0,35 ~ 0,55)%C + Công dụng: Dùng để sản xuất hầu hết loại chi tiết máy mà có yêu cầu tính tổng hợp cao + Chế độ nhiệt luyện: Tôi + ram cao + (tôi bề mặt) Nhiệt luyện hóa tốt (Tổ chức thu Xoocbít ram) Ký hiệu: ** C trung bình - Thép lị xo cỡ nhỏ: Là thép kết cấu có %C từ 0,6 0,7% + Công dụng: dùng để sản xuất chi tiết đàn hồi cỡ nhỏ + Chế độ nhiệt luyện: tơi + ram TB trutxtít ram Ký hiệu: ** C trung bình Ví dụ: 60, 65, 70 0,6; 0,65; 0,7%C * Thép dụng cụ: Là loại thép có thành phần C từ 0,7 1,3% + Công dụng: Dùng sản xuất dụng cụ cắt, tốc độ thấp mà chủ yếu dụng cụ cầm tay + Chế độ nhiệt luyện: + ram thấp (để thu Mactenxít ram) Ký hiệu: -TCVN: C*** cacbon TB Ví dụ: CD70, 80, 100, 130 0,7%; 0,8%; 1%; 1,3% * Một số thép đặc biệt Thép dễ cắt (thép tự động) có hàm lượng (phốt pho) định phôi dễ gãy Ký hiệu: A30 d Phân loại theo phương pháp nấu luyện Có nhiều phương pháp luyện thép với đặc điểm khác khả loại bỏ tạp chất, chất lượng giá thành Phương pháp cổ điển luyện thép dùng lò Mactanh (hay gọi lò bằng) dùng đến ngày Dùng lị Mactanh với tường lị tính bazơ khử P, S luyện thép với chất lượng tương đối tốt Cũng có dùng lị Mactanh với tường lị tính axit để luyện thép với chất lượng cao, yêu cầu cao độ với nguyên vật liệu ban đầu Hiện áp dụng phổ biến phương pháp L-D (thổi oxy từ đỉnh) để sản xuất thép với chất lượng thông thường Đặc điểm phương pháp suất cao, không khử P S Để luyện thép chất lượng cao, thép hợp kim, người ta thường dùng lò điện (thường dùng loại hồ quang), có khả khử P S mạnh, giá thành cao Việc khử tạp chất phi kim loại nâng cao chất lượng thép, nâng cao khả làm việc thép tải trọng tĩnh thay đổi theo chu kỳ Để đạt mục đích người ta áp dụng phương pháp gia công kim loại chân không xỉ, nấu luyện lại chân không, nấu luyện lại tia điện tử, nấu luyện xỉ điện, nấu luyện cảm ứng - chân không, tinh luyện thép xỉ tổng hợp Ký hiệu: Thép Martanh (M), thép Besme (B), thép Thomas (T) Ví dụ: MCT - (Thép xây dựng; nấu luyện lò Mactanh) e Theo tổ chức tế vi (theo giản đồ trạng thái) Theo cách này, thép phân loại là: Thép trước tích (trong tổ chức có P + F) - Thép tích (trong tổ chức có P) - Thép sau tích (trong tổ chức có P + XeII) Trên sở ta thấy rằng, hàm lượng cacbon thép tăng lên thép chuyển từ loại trước tích > tích > sau tích Đồng thời thành phần cacbon tăng lên, độ bền độ cứng tăng song độ dẻo, độ dai giảm Đó tăng lượng cacbon, số lượng pha Xe cứng, dòn tăng lên lượng Pha F dẻo giảm đi, thép có độ cứng tăng lên, độ dẻo, độ dai giảm Song riêng với độ bền ảnh hưởng lượng pha Xe lai khác Khi tăng số lượng pha Xe với độ cứng cao có tác dụng cản trở trượt F làm tăng giới hạn bền thép Xe nhiều lại tạo nên Xe II dạng lưới lại làm giảm độ bền, lưới Xe làm dễ dàng cho tạo thành phát triển vết nứt Chỉ tiêu tính HB b (Phạt) b (Ptấm) ak %C Hình 5.2 Ảnh hưởng %C đến tiêu tính 5.1.1.4 Tiêu chuẩn thép bon a Tiêu chuẩn Việt Nam: TCVN 1765 -75: Thép ký hiệu CT Gồm phân nhóm A, B, C nhóm A chủ yếu Phân nhóm A: CTxx, bỏ chữ A Ví dụ CT38, CT38n, CT38s ba mác có b ≥ 38KG/mm2 hay 380 MPa, song với ba mức khử oxy khác Phân nhóm B: Quy định thành phần hóa học BCT38 Phân nhóm C: Quy định tính lẫn thành phần hóa học Ví dụ mác CCT38 TCVN 1766- 75: Quy định mác thép kết cấu cacbon chất lượng tốt để chế tạo máy Cxx Ví dụ: C40 mác có khoảng 0,4% C TCVN 1822 – 76 : Thép cacbon dụng cụ ký hiệu CDxx (C cacbon, D dụng cụ) với số lượng cacbon trung bình tính theo phần vạn Ví dụ: CD80 hay CD80A hai mác có khoảng 0,8% C song với chất lượng tốt cao b Tiêu chuẩn nước: * Nga: (OCT ) - Thép cacbon kết cấu chất lượng thường dùng xây dựng : CTxx với số từ 0,1,2,3,4,5,6 cấp độ bền ( số to độ bền cao) Cũng có phân nhóm theo thứ tự A, Ƃ, B tương ứng với phân nhóm A, B, C TCVN - Thép cacbon kết cấu chất lượng tốt ký hiệu : xx, số phần vạn C, Ví dụ mác 40 có khoảng 0,4%C - Thép cacsbon dụng cụ: Yxx , số lượng C tính theo phần nghìn Y12 có khoảng 1,2%C * Hoa kỳ: Sử dụng nhiều tiêu chuẩn cho thép cacbon, ASTM dùng cho thép xây dựng AISI SAE cho thép chế tạo máy dụng cụ AISI/ SAE : thép C ký hiệu 10xx, thép C có Mn cao 15xx xx C tính theo phần vạn * Nhật bản: JIS quy định: - Thép bon kết cấu chất lượng thường: ký hiệu SSxxx hay SMxxx xxx số giới hạn bền kéo tối thiểu tính Mpa - Thép bon kết cấu chất lượng tốt: SxxC xx số lượng cacbon tính theo phần vạn - Thép Cacbon dụng cụ : ký hiệu SKx với x số thứ tự từ đến 5.1.1.5.Ưu khuyết điểm thép bon Thép cacbon dùng rộng rãi kỹ thuật chế tạo máy : * Ưu điểm: - Rẻ, dùng nguyên tố hợp kim đắt tiền (khó kiếm), dễ luyện - Có tính định phù hợp với điều kiện thơng dụng - tính cơng nghệ tốt: dễ đúc, cán, rèn, kéo sợi gia công cắt rập so với thép hợp kim * Nhược điểm: - Độ thấm tơi thấp, hiệu hố bền nhiệt luyện khơng cao - Tính chịu nhiệt độ cao kém, nung nóng độ bền cao trạng thái tơi giảm nhanh 2000C, 5700C bị oxy hóa mạnh - Khơng có tính chất vật lý hóa học đặc biệt cứng nóng, chống ăn mịn Thép cacbon dùng làm chi tiết nhỏ, có hình dạng đơn giản , chịu tải trọng nhẹ vừa, việc nhiệt độ thường 5.1.2 Thép hợp kim: Trong kỹ thuật dùng ngày nhiều thép hợp kim vào mục đích quan trọng 5.1.2.1 Khái niệm nguyên tố hợp kim Nguyên tố hợp kim nguyên tố hố học ngồi sắt cacbon chúng đưa vào thép theo ý muốn người luyện kim nhằm tạo tổ chức ưu việt cho thép - Nguyên tố hợp kim người sản xuất chủ động cố ý đưa vào với hàm lượng xác định theo yêu cầu - Tạp chất vào thép cách ngẫu nhiên không theo ý muốn không định trước hàm lượng Thép hợp kim thép mà Fe – C, số tạp chất sẵn có thép người ta cịn cho thêm số nguyên tố hợp kim Mn, Si, Ti, B, Cr, Co, V đặc biệt hàm lượng tạp chất có hại P, S ≤ 0.04% 5.1.2.2 Các đặc tính thép hợp kim * Cơ tính: độ bền cao hẳn so với thép bon, sau + ram - trạng thái không + ram, độ bền thép hợp kim không cao hẳn thép cacbon - Ưu việt độ bền cao thép hợp kim cảng rõ tiết diện > 20mm thép hợp kim thường dùng để chế tạo chi tiết lớn - Có thể tơi dầu nên bị biến dạng nứt, ưu việt cho chi tiết có hình dạng phức tạp - Tăng % hợp kim hiệu hóa bền nhiệt luyện tăng song độ dẻo, dai tính cơng nghệ xấu trừ nhiệt luyện * Tính chất vật lý hóa học: Chống ăn mịn tính chất từ, giãn nở nhiệt, chịu nhiệt cao 5.1.2.3 Tác dụng nguyên tố hợp kim thép I Tác động nguyên tố hợp kim sắt Trong thép ln ln có sắt cacbon, để tiện khảo sát riêng rẽ tác dụng nguyên tố hợp kim với nguyên tố, sau tổng hợp lại trường hợp có đồng thời hai I.1 Cấu tạo nguyên tố hợp kim Cấu trúc mạng tinh thể, đường kính nguyên tử, cấu trúc lớp vỏ điện tử nguyên tố có ảnh hưởng định đến đặc tính tác dụng chúng sắt cacbon Về cấu trúc mạng tinh thể, thấy phần lớn nguyên tố hợp kim kim loại với cấu trúc mạng tinh thể lập phương thể tâm (Cr, V, W, Mo) lập phương diện tâm (Ni), lập phương phức tạp (Mn) lục giác xếp chặt (Ti) với đường kính nguyên tử khoảng 2,50 - 2,95 Do sắt có kiểu mạng tinh thể lập phương (thể tâm diện tâm) với đường kính ngun tử 2,54 nên nói chung nguyên tố hợp kim hoà tan vào sắt với lượng lớn, số Cr, Ni hồ tan vơ hạn Cấu trúc lớp vỏ điện tử định khả kết hợp nguyên tử nguyên tố cho với cacbon thành cacbit hợp kim Vì chế tác dụng chủ yếu nguyên tố hợp kim thép là: hoà tan vào sắt (Fe Fe) dạng dung dịch rắn thay kết hợp với cacbon thành cacbit hợp kim Các tính chất thường gặp thép hợp kim thông dụng định chế tác dụng I.2 Về hoà tan nguyên tố hợp kim vào sắt Để hiểu kỹ hoà tan nguyên tố hợp kim vào sắt khảo sát khả hoà tan chúng vào Fe Fe khả mở rộng vùng , ảnh hưởng đến khu vực giản đồ trạng thái Fe - O quan trọng ảnh hưởng đến tính ferit Sự hoà tan nguyên tố hợp kim vào Fe Fe (sự mở rộng vùng hay thay đổi nhiệt độ chuyển biến thù hình sắt) Trước tiên xét tác dụng riêng rẽ nguyên tố hợp kim sắt A4 Nhiệ t độ Nhiệ t độ A4 A3 A3 Fe N Fe % NTHK (Ni, Mn) % NTHK (C, K, Cu) (a) (b) Hình 5.3 Giản đồ trạng thái sắt - nguyên tố hợp kim Do sắt nguyên tố với hai dạng thù hình, nên khả hồ tan ngun tố hợp kim vào Fe Fe không giống nhau: số nguyên tố hoà tan vào sắt làm mở rộng khoảng nhiệt độ tồn mạng lập phương điện tâm (Fe) số nguyên tố khác lại thu hẹp Giản đồ trạng thái sắt - nguyên tố hợp kim, loại mở rộng vùng auxtenit (thu hẹp vùng ferit) người ta phân biệt hai trường hợp Các nguyên tố bao gồm niken mănggan có khả hồ tan vơ hạn vào Fe (hình a) với thành phần hợp kim đủ dung dịch rắn (tức auxtenit) tồn nhiệt độ thường mở rộng vùng γ, nung nóng hay làm nguội hợp kim khơng có chuyển biến pha, hợp kim gọi hợp kim auxtenit Các nguyên tố bao gồm cacbon, nitơ đồng có khả hồ tan nhiều vào Fe Fe mở rộng vùng đến thành phần hợp kim định lại đóng kín lại (hình b) mà khơng có khả tạo nên dung dịch rắn vô hạn tồn nhiệt độ thường A4 A4 A3 Fe %NTHK (Cr, ) A3 Fe (a) %NTHK (Al, Sn, Pb, Zn ) (b) Hình 5.4 Giản đồ trạng thái sắt - nguyên tố hợp kim Giản đồ trạng thái sắt nguyên tố hợp kim, loại thu hẹp vùng auxtenit (mở rộng vùng ferit) Các nguyên tố bao gồm crôm, vanadi có khả hồ tan vơ hạn vào Fe (hình a) với thành phần hợp kim đủ lớn, dung dịch rắn (tức ferit) tồn từ nhiệt độ thường đến nhiệt độ sắt đường đặc, nung nóng hay làm nguội hợp kim khơng có chuyển biến pha, hợp kim gọi 10 + Phải bề mặt tiếp xúc + Phải có chuyển động tương đối + Phải có áp lực để tạo ma sát Lực ma sát phụ thuộc vào tải trọng: F ms p.f (đ/l Culông) f: hệ số ma sát; p: tải trọng vng góc mặt h III I = bề II II h Hình 5.21 Phụ thuộc tốc độ mài mòn vào thời gian * Các giai đoạn mài mòn h: lượng mài mòn Giai đoạn 1: Tốc độ mài mòn giảm dần Chủ yếu san phẳng nhấp nhô bề mặt Giai đoạn 2: Tốc độ mài mịn khơng đổi: h =const làm việc ổn định II: thời gian làm việc ổn định chi tiết Giai đoạn 3: Tốc độ mài mòn tăng dần phá huỷ * Một số dạng mài mịn + Mài mịn đều: q trình mài mịn diễn toàn bề mặt tiếp xúc cách tương đối + Pittong: diễn lựa chọn số vị trí bề mặt tiếp xúc 5.5.4.2 Yêu cầu với thép hợp kim chịu mài mòn + Có độ cứng bề mặt cao + Có tính dính bám lớp hố bền cao + Độ bền học đủ lớn + Có khả chống ăn mịn để chứa dầu bơi trơn 5.5.4.3 Các loại thép chịu mài mịn * Nhóm thép có khả hố bền bề mặt Thép thấm C thép hoá tốt; tính lõi dẻo dai, bề mặt cứng dùng sản xuất chi tiết chịu tải trọng động mài mịn * Nhóm đạt độ cứng cao tồn thể tích nhờ bề mặt + Thép ổ lăn + Thép khn dập nguội + Thép gió * Thép có tổ chức mềm chịu ma sát chuyển biến M hố bền (thép hapfind) Thành phần thép: C ~1,3%; Tỉ lệ Mn/C = 10 %Mn = 13% Với %Mn = 13% sau đúc thép có 100% pha mềm chịu tác dụng tải trọng, lớp bề mặt có chuyển biến M Thép hapfind: không gia công cắt gọt được, dùng trạng thái đúc (không nhiệt luyện) 64 Mactenxit thép hapfind M biến dạng Kí hiệu: theo tiêu chuẩn Nga: 13 + Công dụng: Sản xuất chi tiết chịu mài mịn mãnh liệt, hình dáng phức tạp, kích thước lớn, khơng u cầu độ xác q cao * Thép có khả tự bôi trơn Thép graphit: sau nấu luyện phải thực ủ graphit hoá tạo Gr thép Gr thấm dầu bôi trơn Khi chịu áp lực tiết dầu bôi trơn bề mặt giảm hệ số ma sát dẫn đến giảm mài mòn 5.6 Các khuyết tật thép hợp kim cách khắc phục Các thép hợp kim có tính cao hẳn thép cacbon, dùng vào mục đích quan trọng, nhiên q trình gia cơng chúng thường gặp số khuyết tật ảnh hưởng xấu đến tính khơng có biện pháp ngăn ngừa khắc phục Các khuyết tật gặp thép hợp kim thiên tích nhánh cây, đốm trắng dịn ram 5.6.1 Thiên tích nhánh Thép hợp kim cao chứa lượng lớn nguyên tố khác loại, làm nguội từ trạng thái lỏng, trước tiên kết tính dung dịch rắn chứa cacbon nguyên tố hợp kim (vì dung dịch rắn có nhiệt độ nóng chảy cao) tạo nên nhánh cây, sau kết tinh dung dịch rắn giầu cacbon nguyên tố hợp kim loại dung dịch rắn có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn) tạo nên vùng nhánh Vì có sai khác thành phần hố học phần nhánh - thiên tích nhánh Lượng nguyên tố hợp kim cao, thiên tích nhánh thể rõ, ảnh hưởng xấu thiên tích nhánh chỗ thỏi thép hợp kim đem cán tạo thành tổ chức thớ, gây tính khác theo phương độ dai va đập dọc theo phương thớ thấp theo phương vng góc với thớ khoảng 50 - 70% Hơn thỏi thép hợp kim với tổ chức nhánh dễ nứt gia công áp lực (cán, rèn) liên kết tinh thể nhánh thân nhánh có tính dẻo thấp Để ngăn ngừa thiên tích nhánh thỏi thép hợp kim, đúc phải tiến hành làm nguội chậm để trình khuếch tán làm thành phần kịp xảy Tuy nhiên, biện pháp không đem lại hiệu kinh tế - kỹ thuật xưởng luyện thép địi hỏi quay vịng khn đúc nhanh Để khắc phục thiên tích nhánh cần phải tiến hành ủ khuếch tán thỏi đúc trước đem cán, rèn ủ khuếch tán nguyên công nhiệt luyện có giá thành cao, áp dụng thật cần thiết cho thép hợp kim yêu cầu cao 5.6.2 Đốm trắng Đốm trắng dạng khuyết tật nguy hiểm thép hợp kim, vết nứt nhỏ có dạng lốm đốm trắng, thấy rõ mặt gẫy vật, thỏi cán Đốm trắng nguồn gốc phát sinh phá huỷ dòn Dạng khuyết tật xảy thỏi cán thép hợp kim có độ thấm cao thép crôm - niken, crôm - niken - vônfram (môlipđen) không xảy thỏi đúc loại thép thỏi cán thép cácbon, thép hợp kim auxtenit ferit 65 Nguyên nhân gây đốm trắng hyđrô Hyđrô khí lị luyện hồ tan vào thép lỏng cố định lại thép rắn Độ hoà tan hyđrô thép rắn giảm dần hạ nhiệt độ, đặc biệt từ 200 0C độ hồ tan hyđrơ thép bị giảm đột ngột, hyđrơ bắt buộc phải Trong thép cán, rèn với mật độ lớn (do khơng cịn rỗ xốp), hyđrơ khơng kịp ngồi thép rắn, bị tích tụ lại với áp suất lớn đến mức phá huỷ phận tạo nên nứt tế vi Chính thép đúc khơng có đốm trắng có rỗ xốp nơi chứa hyđrơ Ngồi hyđrơ ra, chuyển biến pha ( M) không đồng thời gian nhiệt độ vùng tinh thể có thành phần hố học khác (chủ yếu nhánh vùng nhánh cây) gây nên ứng suất bên trong, góp phần tạo nên đốm trắng Có thể mà thép cacbon thép hợp kim thấp không tạo đốm trắng Biện pháp tốt ngăn ngừa để không tạo thành đốm trắng Muốn phải giảm bớt lượng hyđrơ hồ tan vào thép lỏng cách sấy khơ tồn mẻ liệu (sắt, thép vụn) nhiên liệu chất trợ dung trước cho vào lò luyện Đây biện pháp tốn kém, mang lại hiệu tốt Người ta dùng biện pháp khác, sau biến dạng nóng làm nguội thép xuống nhiệt độ A1 khoảng 50 - 1000C giữ nhiệt thời gian dài Biện pháp ủ khử bỏ đốm trắng đòi hỏi thời gian dài tốn 5.6.3 Giòn ram Khi tăng nhiệt độ ram, độ dai đập luôn tăng lên đạt đến giá trị lớn nhiệt độ 600 - 6500C giảm Nhưng số loại thép kết cấu hợp kim quan hệ độ dai va đập nhiệt độ ram khơng hồn tồn có hai giá trị cực tiểu độ dai tương ứng với hai khoảng nhiệt độ, thấy thép bị dịn mức bình thường nhiều, tượng gọi giịn ram giịn ram loại (dịn ram khơng thuận nghịch hay khơng chữa được) Loại giòn thể rõ thép hợp kim, không rõ thép cacbon, tiến hành ram thép khoảng nhiệt độ 280 - 350 0C Đối với số thép hợp kim, ram khoảng nhiệt độ đó, khơng độ dai khơng cao mà cịn trạng thái tơi Ngun nhân giịn ram loại I chưa rõ ràng, ram nhiệt độ cacbit dạng tiết khỏi macntenxit biên giới pha dẫn tới phá huỷ giòn auxtenit dư chuyển biến thành mactenxit ram pha giòn hơn, làm độ dai va đập giảm đột ngột Hiện chưa có biện pháp có hiệu để ngăn ngừa giịn ram loại I, cịn có tên gọi giịn ram khơng thuận nghịch hay khơng chữa Biện pháp hợp lý không ram khoảng nhiệt độ xảy loại giòn ram này, tức theo yêu cầu kỹ thuật phải ram khoảng nhiệt độ người ta tránh ra, ram nhiệt độ cao thấp chút Giịn ram loại II (giịn ram thuận nghịch hay chữa được) Loại giịn ram không xảy thép cacbon, xảy thép kết cấu hợp kim: crôm, mănggan, crôm - niken, crôm - mănggan ram chúng nhiệt độ cao 500 - 600 0C, sau làm nguội chậm sau ram Nếu sau ram cao người ta làm nguội nhanh thép cách nhúng vào nước hay dầu (khơng để nguội ngồi khơng khí cách ram thơng thường) 66 khơng thấy có cực tiểu thứ hai độ dai này, tức giịn ram khơng xảy Song sau lại tiến hành ram lại lâu khoảng nhiệt độ nguy hiểm (500 - 6000C) tính giịn lại xuất hiện, giịn ram mang tính chất thuận nghịch, tức bị trở lại Cũng giống giòn ram loại I, nguyên nhân giòn ram loại II chưa xác định rõ ràng Có thể làm nguội chậm từ nhiệt độ ram cao tạo điều kiện thuận lợi cho tiết pha dịn có kích thước nhỏ biên giới hạt Bản chất pha (nitrit, oxyt hay phơtpho phân bố chúng chưa khẳng định) Biện pháp ngăn ngừa dòn ram loại II xảy là: - Làm nguội nhanh sau ram cao cách nhúng chi tiết thép vào dầu hay nước Đây biện pháp có hiệu để chống giịn ram loại II thường áp dụng, nhiên với chi tiết lớn cách làm nguội chậm xảy dịn - Với chi tiết lớn biện pháp chống giòn ram nhiệt độ cao có hiệu dùng thép hợp kim hố thêm 1%W 0,5%Mo Hai biện pháp kể áp dụng rộng rãi thực tế Trong năm gần việc áp dụng - nhiệt luyện có tác dụng ngăn cản giịn ram loại II 5.7.Gang 5.7.1 Giới thiệu chung gang 5.7.1.1 - Thành phần hóa học Như biết từ trước, gang hợp kim Fe - C với lượng cacbon vượt 2% (đúng 2,14%, ứng với bên phải điểm Etector giản đồ trạng thái Fe C) Cacbon nguyên tố quan trọng gang, từ giản đồ trạng thái Fe - C thấy rõ ràng lượng cacbon cao, nhiệt độ nóng chảy gang thấp đáng kể so với thép, thực tế nấu chảy gang dễ thực so với thép> Thường không dùng gang > 4%C Hai nguyên tố khác thường gặp gang với lượng lớn (từ 0,5 đến 2%) Mn Si Đó hai nguyên tố có tác dụng điều chỉnh tạo thành graphit, tính gang Trong loại gang giới hạn hai nguyên tố thay đổi phạm vi tương đối rộng Photpho với hàm lượng < 0,7% lưu huỳnh với hàm lượng < 0,15% hai nguyên tố có hại gang, lưu huỳnh nguyên tố đặc biệt có hại gang tốt Ngồi gang cịn có chứa số nguyên tố khác nguyên tố hợp kim (Cr, Ni, Mo ), nguyên tố biến tính (Mg, Ce ) 5.7.1.2 Đặc điểm chung loại gang khí chế tạo máy a.Tổ chức tế vi - Theo tổ chức tế vi người ta phân chia gồm loại gang: gang trắng gang xám + Gang trắng loại gang tất cacbon nằm dạng liên kết hợp chất Xementit Fe3C khơng có graphit tự Như tổ chức tế vi gang trắng hoàn toàn phù hợp với giản đồ trạng thái Fe - C ln có chứa hỗn hợp tinh Ledeburit 67 + Các gang xám: loại gang phần lớn hay tồn cacbon dạng graphit tự hình phiến dùng phổ biến chế tạo máy Trong tổ chức khơng có Ledeburit, tổ chức tế vi không phù hợp với giản đồ trạng thái Fe - C Tổ chức tế vi gang có graphit cịn phụ thuộc tỷ lệ phân bố cacbon pha graphit Xementit Người ta chia tổ chức tế vi gang xám hai phần: phần phi kim loại - graphit kim loại gồm ferit xementit (Ferit + graphit; F+P+ graphit ; P + graphit) Tùy theo hình dạng graphit ta chia gang xám bao gồm loại gang sau: Gang cầu có graphit hình cầu; gang dẻo có graphit hình cụm (hình 5.18a, b,c).Hình dạng graphit định đến tính chất gang Hình 5.22 Dạng graphit gang.a, gang xám, b Gang cầu, c Gang dẻo Chính đặc điểm tổ chức mà loại gang có tính cơng dụng khác Để đạt tổ chức tế vi quy định loại gang lại có thành phần nguyên tố khác b Cơ tính cơng nghệ - Về tính: Nhìn chung gang loại vật liệu có độ bền kéo thấp, độ dòn cao Xementit pha cứng dòn, tồn với lượng lớn tập trung gang trắng làm dễ dàng cho tạo vết nứt tác dụng tải trọng kéo Do gang trắng có độ bền kéo thấp độ dòn cao Trong gang xám, gang dẻo, gang cầu tổ chức graphit lỗ hổng có sẵn gang, nơi tập trung ứng suất lớn, làm gang bền Mức độ tập trung ứng suất phụ thuộc vào hình dạng graphit, lớn gang xám với graphit dạng bé gang cầu với graphit dạng cầu trịn gang cầu có độ bền cao phối hợp với tính dẻo tốt loại gang Ngồi có mặt graphit gang có số ảnh hưởng tốt đến tính tăng khả chống mài mịn ma sát (vì thân graphit có tính bơi trơn, thêm vào có "lỗ hổng" graphit nơi chứa dầu bôi trơn dùng làm ổ trượt), làm tắt rung động dao động cộng hưởng - Về tính cơng nghệ: Gang có tính đúc tính gia cơng cắt tốt: loại gang thường dùng có thành phần gần tinh nên nhiệt độ chảy thấp, độ chảy lỗng cao yếu tố quan trọng tính đúc, graphit gang xám, dẻo cầu làm phoi dễ gãy vụn gia công cắt (tiện phay bào ) 68 c Cơng dụng Nói chung gang có tính tổng hợp khơng cao thép, có tính đúc tốt, gia công cắt dễ, chế tạo đơn giản (do nhiệt độ chảy thấp, nấu chảy đúc gang dễ thép) rẻ Vì loại gang có graphit dùng nhiều chế tạo khí Người ta dùng gang để làm nhiều chi tiết máy Ví dụ, tơ chi tiết gang chiếm tới 40% khối lượng kim loại, thiết bị máy tĩnh tại, tỷ lệ cịn cao hơn, tới 50 - 80% Có nhiều loại sản phẩm dùng với khối lượng lớn, làm gang ống dẫn nước cỡ lớn Nói chung, gang dùng để chế tạo loại chi tiết chịu tải trọng tĩnh chịu va đập bệ máy, vỏ nắp, phận phải di chuyển Hiện xuất loại gang tốt với tính cao, dùng để thay cho thép số trường hợp gang cầu để làm trục khuỷu d Sự hình thành graphit gang Các loại gang có thành phần cacbon giống (>2%) có loại tạo nên Xe gang trắng, có loại lại tạo nên Graphit Trong gang, graphit có dạng chủ yếu: tấm, cầu, cụm bông, dạng graphit gang xám dạng tự nhiên * Graphit Graphit có mạng lục giác xếp lớp, nguyên tử cacbon xếp thành lớp một: khoảng cách nguyên tử lớp gần 1,42A0, lớp lại xa 3,4A0 Do cấu trúc nên tạo thành từ trạng thái lỏng, graphit phát triển nhanh (theo phương mặt có mật độ nguyên tử lớn), làm lớp dài, rộng nhanh để có dạng (phiến) cong Chính vậy, graphit dạng tự nhiên graphit gang * Sự tạo thành graphit gang Để xét khả tạo thành graphit gang xét yếu tố lượng tự công tạo mầm graphit Xe * Điều kiện lượng: Năng lượng tự Graphit luôn nhỏ Xe khoảng nhiệt độ Như vậy, phương diện tạo thành Graphit có lợi Nhưng lượng tự yếu tố định chiều hướng q trình, kết tính Graphit có thực hay khơng cịn phụ thuộc vào cơng tạo mầm 69 G L4,3 L4,3 2,14 + Fe3C6,67 L4,3 2,14 + Gr100 1147 1153 T(0C) Hình 5.23 Sự phụ thuộc lượng ∆G vào nhiệt độ hình thành graphit * Công tạo mầm: Công tạo mầm Xe nhỏ Graphit nhiều Do phương diện này, tạo thành Xe có lợi công tạo mầm Graphit lớn Xe do: - Về thành phần hố học: Graphit có 100%C, cịn Xe có 6,67%C cịn gang lỏng khoảng 34%C, < 2,14%C Từ thấy từ gang lỏng từ để tạo nên Xe, cacbon phải khuếch tán - Về cấu tạo mạng tinh thể: có mạng lập phương gần với Xe với Graphit có mạng lục giác +) Sự tạo thành Graphit từ gang lỏng từ làm nguội xảy phạm vi nhiệt độ hẹp, muốn xảy phải làm nguội với tốc độ chậm +) Sự tạo thành graphit từ gang lỏng từ trình chậm chạp cơng tạo mầm graphit lớn cần khuếch tán nhiều cacbon * Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hình thành Graphit kết tinh - Thành phần hoá học: thành phần hoá học gang ảnh hưởng lớn đến tạo thành graphit Gang hợp kim ngồi Fe, C cịn chứa nhiều nguyên tố khác Mn, Si, P, S chúng có ảnh hưởng khác đến tạo thành Graphit + Si nguyên tố thúc đẩy mạnh tạo thành Graphit làm giảm khả hồ tan cacbon gang lỏng Để điều chỉnh mức độ tạo thành graphit, lượng Si loại gang thay đổi phạm vi từ 0,3 0,5% gang trắng từ 3% loại gang lại 70 + Mn nguyên tố ngăn cản tạo thành Graphit, Mn nhiều dễ làm gang, hoá trắng Tuy nhiên, Mn ngun tố có lợi mặt tính %C F+Gr I II P+Gr P+Xe III P+F+Gr 1 %Si P+Xe+Gr Hình 5.24 : Ảnh hưởng C Si đến hình thành graphit - Tốc độ nguội Tốc độ nguội kết tinh lúc đúc gang có ảnh hưởng mạnh đến tạo thành Graphit Tốc độ nguội chậm thúc đẩy trình tạo Graphit Vì vậy, đúc khn cát dễ tạo thành gang xám đúc khuôn kim loại Ảnh hưởng tổng hợp thành phần hoá học (%C + %Si) tốc độ nguội đến mức độ tạo thành Graphit biểu thị sau: (%C+%Si) I III II 25 50 71 (mm) (Chiều dày vật đúc) Hình 5.25 Ảnh hưởng tổng thành phần C+Si tốc độ nguội đến trình tạo Gr I- Gang trắng (vùng khơng có Gr) II- Gang xám Peclit (vùng Gr hoá phận) III- Gang xám Ferit (vùng Gr hố hồn tồn) - Sự phân hố Xe Ngoại tạo thành Graphit từ trạng thái lỏng từ kết tinh, cịn có tạo thành Graphit từ Xe trạng thái rắn Xe pha khơng hồn tồn ổn định, điều kiện nhiệt độ định, bị phân hố thành hỗn hợp + Gr F + Gr Ở nhiệt độ cao 7270C, lúc giữ nhiệt lâu Xe phân hố thành Gr cịn nhiệt độ thấp 7270C, lúc Xe phân hố thành F Gr Q trình phân hố Xe trạng thái rắn sử dụng để nhiệt luyện gang đạt đến mức độ tạo thành lượng graphit mong muốn 5.7.2 Các loại gang 5.7.2.1 Gang xám a Tổ chức tế vi Hình 5.26 Tổ chức tế vi gang xám a.Gang xám ferit; b Gang xám ferit – Peclit; c Gang xám peclit Gang xám loại gang mà phần lớn hay tồn cacbon nằm dạng tự – Graphit, Graphit dạng tấm, phiến, chuỗi hay khơng có cacbon dạng liên kết với sắt - Xe (lượng cacbon liên kết 72 khoảng 1% cacbon tổng lượng cacbon gang thường 34%) Do tổ chức có nhiều Gr, mặt gẫy gang có màu xám tối Đây loại gang phổ biến sử dụng rộng rãi kỹ thuật, thơng thường nói tới gang người ta hiểu gang xám Tổ chức tế vi gồm phần: phần graphit * Phần nền: phụ thuộc mức độ Gr hố mà có loại khác - Nền Peclit - gang xám peclit: Có mức độ tạo thành Graphit bình thường, lượng cacbon liên kết khoảng 0,6 0,8% tạo peclit tương ứng với thép tích Khi đó, tổ chức gang gồm Graphit kim loại Peclit - Nền peclit - Ferit - gang xám P-F có mức độ tạo thành Graphit mạnh lượng cacbon liên kết khoảng 0,1 0,6% tạo nên kim loại F-P, tương ứng với thép trước tích Tổ chức gang gồm: Graphit kim loại F-P - Nền Ferit - gang xám Ferit: có mức độ tạo thành Graphit mạnh nhất, tất cácbon dạng tự - Graphit lượng cacbon liên kết khơng có, tức khơng có Xe Gang có hai pha Graphit kim loại F hay tổ chức gồm kim loại sắt nguyên chất (ferit), loại gang có độ bền thấp * Graphit: Graphit gang xám có dạng cong (đó dạng tự nhiên thường gặp gang) chia cắt toàn gang khơng có chuyển biến nhiệt luyện b.Thành phần hoá học: Thành phần nguyên tố gang xám phải đảm bảo mức độ tạo thành Graphit tính theo yêu cầu Cacbon: Cacbon nhiều, khả tạo thành Graphit mạnh, nhiệt độ chảy thấp, dễ đúc Tuy nhiên, dùng gang với hàm lượng cacbon q cao lúc có nhiều Graphit làm giảm tính gang Xu hướng dùng gang với lượng cacbon thấp tốt Thông thường, hàm lượng cacbon từ 2,8 3,5% Silic: Silic nguyên tố thúc đẩy mạnh tạo thành graphit, nguyên tố quan trọng gang xám Theo mức độ tạo thành graphit nên người ta không chế lượng silic gang xám khoảng 1,5% 3% Ngoài ra, gang silic hoà tan vào Ferit làm tăng mạnh độ cứng độ bền pha Mangan: Mangan nguyên tố cản trở tạo thành graphit tức làm hoá trắng gang có tác dụng nâng cao tính Để đảm bảo yêu cầu tạo thành graphit, Mn Si cần phải có tỉ lệ tương ứng, thường dùng gang xám với lượng 0,5 1%Mn Lưu huỳnh: Là nguyên tố cản trở mạnh tạo thành graphit gang, ngồi cịn làm xấu tính đúc gang làm giảm độ chảy loãng Do vậy, phải hạn chế lượng lưu huỳnh loại gang, hàm lượng lưu huỳnh dao động khoảng từ 0,08 ÷ 0,12% 73 Photpho: Là ngun tố khơng ảnh hưởng đến tạo thành graphit photpho có ích trường hợp sau: - Làm tăng tính chảy lỗng - Làm tăng tính chống mài mịn tạo nên tinh Fe + Fe 3P Fe + Fe3P + Fe3C Lượng Phốt từ 0,1 ÷ 0,2%, cần tính chống mài mịn cao đến 0,5%, sử dụng tỷ lệ cao gang bị dịn c Cơ tính Do ảnh hưởng graphit dạng mà gang xám có tính thép nhiều - Chịu nén tốt - Chịu kéo uốn graphit pha có độ bền thấp nên gang vết rỗng, nứt làm liên tục kim loại làm giảm mạnh độ bền kéo, giới hạn bền kéo < 350 ÷ 400MPa (thường khoảng 150 ÷ 350MPa) - Có khả dập tắt dao động tác dụng hấp thụ graphit - Độ dẻo độ dai thấp (δ ≈ 0,5%, ak < 100KJ/m2), xem vật liệu giòn - Độ cứng thấp dao động khoảng 150 ÷ 250HB Các yếu tố ảnh hưởng đến tính gang: * Ảnh hưởng graphit - Cơ tính gang xám phụ thuộc vào số lượng, độ lớn phân bố graphit Graphit nhiều tức số vết rỗng nhiều tính gang - Độ lớn hay kích thước graphit ảnh hưởng lớn đến tính gang xám Graphit dài tức chia cắt kim loại lớn, tính gang xám thấp Để nâng cao tính gang xám phải dùng biện pháp làm nhỏ mịn graphit làm graphit ngắn, nhỏ, cong tốt *Ảnh hưởng kim loại Nền kim loại gang có tính cao yếu tố quan trọng giúp tạo nên gang có tính cao Do với chất lượng graphit nhau, gang xám với kim loại Peclit có độ bền cao so với ferit - peclit, ferit peclit có độ bền cao so với ferit Độ cứng gang xám phụ thuộc nhiều vào lượng cacbon liên kết, tức vào kim loại, lượng cacbon liên kết nhiều độ cứng cao Độ dẻo gang xám không bị ảnh hưởng kim loại ảnh hưởng kim loại tơi tính gang trình bày bảng sau: Loại gang xám Giới hạn bền kéo σ b, N/mm2 Độ cứng HB kG/mm2 Độ giãn dài tương đối δ, % Ferit ferit – peclit Peclit < 150 150 – 200 210 – 400 150 200 220 – 250 0,5 0,5 0,5 Bảng 5.16 Cơ tính loại gang xám * Các biện pháp nâng cao tính gang xám - Giảm lượng cacbon gang: Thực biện pháp gặp khó khăn nâng cao nhiệt độ nóng chảy gang 74 - Biến tính: Thường áp dụng cách rộng rãi để nâng cao tính Gang xám biến tính có graphit nhỏ mịn, phân bố đều, có tính tốt hơn, biến tính gang lỏng FeSi - Tạo Peclit có độ bền cao - Hợp kim hoá: Đưa thêm nguyên tố hợp kim vào gang, ngồi tác dụng nâng cao tính, cải thiện lý tính, tác dụng chủ yếu hóa bền kim loại tạo xoocbit, nâng cao độ cứng, tính chịu nhiệt, tính chống mài mịn hiệu nhiệt luyện - Nhiệt luyện: Tôi ram gang xám, biến kim loại thành tổ chức Troxtit, Xoocbit, Mactenxit ram d Tính cơng nghệ: graphit gang xám nằm dạng phiến - Dễ gia công cắt gọt - Tính đúc cao tác dụng Si nên tính chảy lỗng cao - Khơng có tính hàn gia công áp lực e.Ký hiệu: - Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1659 – 75 Quy định ký hiệu mác gang GX xx-yy xx : giới hạn bền kéo KG/mm2 yy: giới hạn bền uốn KG/mm2 Ví dụ: GX12 – 24 g Cơng dụng: Gang xám chủ yếu dùng làm thân máy, bệ máy, bích ống nước cỡ lớn Gang xám biến trắng: Gang xám biến trắng bề mặt có tính chống mài mịn cao với bề mặt có độ cứng HB 400 ÷ 600, để làm bi, trục nghiền, trục cán , bánh xe goong 5.7.2.2.Gang dẻo a.Tổ chức tế vi : gang dẻo giống gang xám gang cầu song khác chỗ: graphit dạng hoa bơng xù xì phân bố Hình 5.27 Tổ chức tế vi gang dẻo b Thành phần hố học quy trình ủ gang dẻo * Thành phần hóa học: Trong gang dẻo, graphit tạo q trình ủ thành phần hố học gang dẻo phải đảm bảo cho trình Graphit hố khơng xảy phận kết tinh mà xảy ủ vậy, lượng 75 C Si khơng nhiều q để khơng có Graphit hố kết tinh vật đúc phải đủ để xảy Graphit hoá ủ - Lượng cácbon gang dẻo thấp tốt, lượng cacbon thấp tính dẻo gang sau ủ cao nhiên lại gây khó khăn mặt cơng nghệ Tổ chức tế vi gang dẻo giống gang xám gang cầu, song khác hai điểm: graphit dạng cụm (là dạng tương đối thu gọn) graphit cụm tạo nên đúc mà ủ Muốn gang dẻo phải nấu gang có thành phần xác định đúc thành vật đúc có tổ chức gang trắng rối tiến hành ủ graphit hóa Cũng giống gang xám gang cầu, theo tổ chức tế vi kim loại có ba loại gang dẻo: ferit, ferit - peclit peclit Hình bên trình bày tổ chức tế vi gang dẻo * Quy trình ủ gang trắng thành gang dẻo T0 A 1000 B D 700 E C 10 20 10 30 t (giờ) Hình 5.28 Quy trình ủ gang trắng thành gang dẻo Gang đem ủ gang trắng trước tinh - Đầu tiên gang trắng trước tinh với tổ chức P + Xe II nung nóng tới 10000C, nhiệt độ này, gang trắng có tổ chức + (α+Xe) - Giữ lâu 10000C từ A > B có q trình phân hố Xe q trình Gr hố nhiệt độ cao Fe3C 0 + Gr Giai đoạn gọi giai đoạn Gr hố lần thứ nhất, xảy q trình Gr hố Xe tinh - Làm nguội chậm từ 1000C xuống 7000C từ B > C có q trình xảy Graphit giữ ngun, 2,14 P0,8 + Xe6,67 Nếu trình ủ dừng lại C nhận gang dẻo P Để gang dẻo F phải tiếp tục ủ - Giữ lâu nhiệt độ 7000C từ C E, Xe tích P bị phân hố theo phản ứng Fe3C6,67 0,02 + G100 Sau Xe tích phân hố hết, gang có tổ chức F + G tức gang dẻo F 76 (Nếu từ E làm nguội nhanh thu gang dẻo F; dừng D sau nguội nhanh thu gang dẻo P - F) c Cơ tính gang dẻo - Do Gr dạng tương đối tập trung nên gang dẻo có độ bền kéo cao gang xám gang cầu - Có độ cứng độ bền tương đối cao gần thép - Tính đúc cao thép nên dùng để sản xuất chi tiết lớn, phức tạp chịu tải trọng cao thay cho thép sản xuất hàng loạt d Ký hiệu Theo TCVN: GZa-b a: ứng suất kéo (KG/mm2) b: độ dãn dài tương đối (%) 5.7.2.3 Gang cầu Gang cầu hay cịn gọi gang có độ bền cao với Gr cầu, loại gang có độ bền cao nhất, đồng thời chịu tải trọng va đập a Tổ chức tế vi Tổ chức tế vi gang cầu giống gang xám, song khác graphit có dạng thu gọn – hình cầu – khơng phải dạng Chính điều định độ bền kéo cao gang cầu so với gang xám Muốn gang cầu phải tiến hành biến tính gang xám chất biến tính đặc biệt Giống gang xám, theo tổ chức tế vi kim loại có ba loại gang cầu: ferit, ferit – peclit peclit Hình vẽ sau trình bày tổ chức tế vi gang cầu ferit – peclit Hình 5.29 Tổ chức tế vi gang cầu ferit – peclit b Thành phần hoá học cách sản xuất vật đúc gang cầu * Thành phần hoá học: - Về bản, thành phần hoá học gang cầu giống gang xám song khác Mg Ce với lượng nhỏ Quá trình biến tính gang lỏng để nhân gang có Gr cầu trình tương đối phức tạp Mg nguyên tố có lực mạnh với oxi nên dễ bị cháy Trong q trình Mg chưa đủ tác dụng cầu hố Gr cịn nhiều Mg lại làm gang hoá trắng 77 - Thành phần hố học gang cầu sau biến tính gồm: 3,6% C; 3% Si; 0,5 1% Mn, gần % Ni; 0,04 0,08 % M lượng P, S nhỏ * Cách sản xuất vật đúc gang cầu: Gang cầu thu trực tiếp từ trình đúc Để đảm bảo trình gang đem cầu hố phải đáp ứng yêu cầu sau: - Phải có đủ hàm lượng Si để Gr hố - Phải có ngun tố cầu hoá làm thúc đẩy tạo Gr dạng cầu phân tán (sử dụng Mg dạng hợp kim Mg - Ni để tránh bị cháy Mg) c Cơ tính gang cầu Gang cầu dạng gọn nhất, chia cắt kim loại tập trung ứng suất cả, làm giảm tính kim loại Cơ tính gang cầu phụ thuộc chủ yếu vào tổ chức kim loại - Có độ bền định, độ cứng cao (tương đương với thép) - Có độ dẻo dai tương đối cao nên chịu trọng chu kỳ tốt - Tính đúc cao, có tính chất nên gang cầu sử dụng để sản xuất chi tiết phức tạp thay cho thép d Ký hiệu Theo TCVN: GCa-b a: Giới hạn bền kéo k [KG/mm2] b: Độ giãn dài tương đối (%) Ví dụ: GC45 – 12 Theo TCVN gang cầu có giới hạn bền kéo 45 KG/mm2, Độ giãn dài tương đối 12% e.Công dụng: Gang cầu dùng làm chi tiết vừa chịu tải trọng kéo va đập cao đồng thời lại dễ tạo hình phương pháp đúc dùng để thay thép số trường hợp chế tạo trục khuỷu, bánh răng, dùng để làm đường ray cỡ nhỏ Câu hỏi ôn tập Câu 1: Tổ chức tế vi, tính, ký hiệu theo TCVN, cơng dụng cách chế tạo gang dẻo Câu 2: Tổ chức tế vi, tính, ký hiệu theo TCVN, cơng dụng cách chế tạo gang cầu Câu 3: Tổ chức tế vi, tính, ký hiệu theo TCVN, cơng dụng cách chế tạo gang xám Câu 4: Đọc ký hiệu gang 78 ... độ cứng thép đem dập, biến dạng Các khuôn dập cắt thép cứng (như thép biến thế, tôn silic chiều dày lớn, phải yêu cầu độ cứng cao 60 ÷ 62HRC Khi dập uốn thép mỏng hay có độ cứng thấp, độ cứng... C10n: thép nửa lặng có 0,08%C Đối với thép nửa lặng dùng thay cho thép sôi Thép hợp kim có loại thép lặng, thép cacbon có ba loại c Phân loại theo công dụng * Thép cacbon chất lượng thường: loại thép. .. dụng thép bao gồm: Thép crôm, thép mangan, thép niken, thép vonfram, thép crôm - niken c Theo cơng dụng Mục đích phương pháp nói rõ lĩnh vực tác dụng thép hợp kim kỹ thuật bao gồm có loại: - Thép