Bài giảng Vật liệu học: Chương 5 Thép và gang, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Khái niệm về thép C và thép hợp kim; Thép xây dựng; Thép chế tạo máy; Thép dụng cụ; Thép và hợp kim đặc biệt; Gang. Mời các bạn cùng tham khảo!
Chương Thép gang 20-June-12 Chương Thép gang 5.1 Khái niệm thép C 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 Gang 20-June-12 5.1 Khái niệm thép C thép hợp kim 5.1.1 Thép cacbon a) Thành phần hóa học Hợp kim Fe-C: C (< 2,14%), Mn (< 0,8%), Si (< 0,4%) tạp chất có lợi; P, S (< 0,05%) tạp chất có hại b) Ảnh hưởng nguyên tố C - Ảnh hưởng đến tổ chức: + %C < 0,02%: F + 0,02% < %C < 0,8%: F + P + %C = 0,8%: 100% P + %C > 0,8%: P + XeII Ảnh hưởng đến tính: + Tăng %C, độ cứng tăng giảm độ dẻo, độ dai va đập + Tăng độ bền, đạt cực đại %C = 0,8-1,0% 20-June-12 5.1 Khái niệm thép C thép hợp kim 5.1.1 Thép cacbon b) Ảnh hưởng nguyên tố C - Công dụng thép theo %C: + Thép C thấp (%C < 0,25%): độ dẻo, độ dai cao; độ bền, độ cứng thấp Kết cấu xây dựng, dập sâu + Thép C trung bình (0,3-0,5%C): tính tổng hợp cao, làm chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh va đập cao + Thép C cao (0,55-0,65%C): giới hạn đàn hồi cao nhất, chi tiết đàn hồi + Thép C cao (%C > 0,7%): độ cứng cao, chịu mài mịn tốt; làm dụng cụ cắt, khn dập, dụng cụ đo 20-June-12 5.1 Khái niệm thép C thép hợp kim 5.1.1 Thép cacbon c) Ảnh hưởng nguyên tố tạp chất - Mn (0,5-0,8%): khử oxy, hòa tan vào F hóa bền pha F: Mn + FeO Fe + MnO - Si (0,2-0,4%): khử oxy triệt để nâng cao độ bền F: Si + FeO Fe + SiO2 - P (< 0,05%): kết hợp với Fe tạo Fe3P cứng giịn, gây bở ngi - S (0,05%): kết hợp với Fe tạo hỗn hợp tinh (Fe2S + Fe) có nhiệt độ nóng chảy thấp, bở nóng - Phân loại theo độ tạp chất: + Chất lượng thường: %(P,S) < 0,05% + Chất lượng tốt: %(P,S) < 0,04% + Chất lượng cao: %(P,S) < 0,03% + Chất lượng cao: %(P,S) < 0,02% 20-June-12 5.1 Khái niệm thép C thép hợp kim 5.1.1 Thép cacbon c) + + + + + Ảnh hưởng nguyên tố tạp chất Phân loại theo phương pháp khử oxy: Thép sôi (khử oxy không triệt để), sử dụng FeMn Thép lặng (khử oxy triệt để), sử dụng FeMn, FeSi, Al Thép nửa lặng khử FeMn Al Theo công dụng: Thép kết cấu: gồm thép xây dựng thép chế tạo máy Thép dụng cụ: dùng chế tạo công cụ chuyên dùng 20-June-12 5.1 Khái niệm thép C thép hợp kim 5.1.1 Thép cacbon e) Tiêu chuẩn thép (TCVN) - Thép kết cấu chất lượng thường để làm kết cấu xây dựng %P (0,040,07%), %S (0,05-0,06%): + + + - Phân nhóm A: CTxx Phân nhóm B: BCTxx, quy định thành phần hóa học Phân nhóm C: CCTxx, quy định thành phần tính Thép kết cấu chất lượng tốt để chế tạo chi tiết máy P, S < 0,04% Cxx (A): xx = C trung bình phần vạn, A - chất lượng tốt Thép dụng cụ: CDxx (A): xx = C trung bình phần vạn Các tiêu chuẩn khác: Nga (OCT), Mỹ (ASTM, AISI, SAE), Nhật (JIS) 20-June-12 5.1 Khái niệm thép C thép hợp kim 5.1.1 Thép cacbon f) + + + + + + Ưu, nhược điểm thép C: Ưu điểm: Rẻ, dễ kiếm không dùng nguyên tố hợp kim đắt tiền Có tính phù hợp với điều kiện thơng dụng Có tính cơng nghệ tốt: dễ đúc, cán, rèn, cắt thép hợp kim Nhược điểm: Độ thấm tối thấm nên hiệu hóa bền khơng cao Tính chịu nhiệt độ cao Khơng có tính chất hóa lý đặc biệt: tính cứng nóng, chống ăn mịn 20-June-12 5.1 Khái niệm thép C thép hợp kim 5.1.2 Thép hợp kim a) K/n: Thép có chất lượng tốt trở lên (%P, S < 0,04%) số nguyên tố khác (Cr, Ni, W, Mo, Ti…) với hàm lượng đủ lớn làm thay đổi tổ chức, cải thiện tính chất thép b) Quy định hàm lượng nguyên tố hợp kim Mn 0,8-1,0% Si 0,5-0,8% Cr 0,5-0,8% Ni 0,5-0,8% W 0,1-0,5% Mo 0,05-0,2% Ti 0,01% Cu 0,3% B 0,002% 20-June-12 5.1 Khái niệm thép C thép hợp kim 5.1.2 Thép hợp kim c) + + + + + + Đặc tính thép hợp kim Cơ tính tính cơng nghệ: Độ bền cao hẳn thép C tương đương sau nhiệt luyện Trạng thái không nhiệt, độ bền khác không nhiều so với thép C Độ thấm lớn, tốc độ tới hạn nhỏ Tăng %hợp kim: tăng hiệu hóa bền, giảm dẻo dai Tính cơng nghệ thép C Tính chịu nhiệt độ cao: Cacbit nhiều nguyên tố hợp kim có tác dụng ngăn chặn phân hóa M, kết tụ cacbit giữ độ bền, độ cứng nhiệt độ cao + Có lớp oxyt đặc biệt, sít chặt chống oxy hóa nhiệt độ cao - Tính chất đặc biệt: + Bền ăn mịn nhiều mơi trường + Từ tính đặc biệt, tính giãn nở nhiệt đặc biệt 20-June-12 5.1 Khái niệm thép C thép hợp kim 5.1.2 Thép hợp kim d) Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến tổ chức thép - Hòa tan vào vào Fe tạo dung dịch rắn: Mn, Si, Cr, Ni, Co + Với hàm lượng nhỏ: + Với hàm lượng lớn (> 10%): Cr mở rộng vùng ; Mn, Ni mở rộng 20-June-12 5.1 Khái niệm thép C thép hợp kim 5.1.2 Thép hợp kim d) Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến tổ chức thép - Tạo thành cacbit: kết hợp với C tạo thành cacbit: Mn, Cr, Mo, W, Ti (khả tạo cacbit nguyên tố HK tăng) Fe(3d5), Mn(3d5), Cr(3d5), Mo(5d5), W(5d5), V(3d3), Ti(3d2), Zr(4d2), Nb(4d4) Tạo cacbit TB + Phân loại cacbit: Tạo cacbit mạnh Tạo cacbit Tạo cacbit mạnh mạnh Xemantit HK: Mn, Cr, Mo, W (1-2%): (Fe,Me)3C ổn định hơn, ↑ Ttôi Cacbit phức tạp: Cr, Mn > 10%: Cr7C3, Cr23C6, Mn3C, Ttôi > 1000 0C Cacbit kiểu Me6C: Cr, W, Mo, khó hịa tan vào , Ttơi ~ 1200-1300 0C Cacbit kiểu mạng đơn giản MeC (Me2C): V, Ti, Zr, Nb (0,1%) cứng, giịn, khơng hịa tan giữ nhỏ hạt, tăng mạnh tính chống mài mịn Cr7C3 TiC 20-June-12 5.1 Khái niệm thép C thép hợp kim 5.1.2 Thép hợp kim e) Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến trình nhiệt luyện - Chuyển biến nung nóng tơi + Cacbit HK khó hịa tan vào austenit Xe: ↑ Ttơi gn Thép C 1,00%C: Fe3C, Ttôi = 7800C Thép HK thấp 1,00%C + 1,5%Cr: (Fe, Cr)3C, Ttôi = 8300C Thép HK cao 1,00%C + 12%Cr: Cr23C6, Ttôi > 10000C + Giữ nhỏ hạt: TiC, ZrC, NbC, VC tác dụng mạnh; WC, MoC: trung bình; Cr, Si, Al: trung tính Riêng Mn làm to hạt 20-June-12 5.1 Khái niệm thép C thép hợp kim 5.1.2 Thép hợp kim e) Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến trình nhiệt luyện - Tăng tính ổn định austenit nguội tăng độ thấm + Các nguyên tố HK (trừ Co) tăng ổn định nguội, ↓ Vth, ↑ độ thấm tơi, ↑ hiệu hóa bền, ↓ cong vênh - Tăng lượng austenit dư: Các nguyên tố HK (trừ Co, Al, Si) giảm MS, ↑ dư Thép HK cao phải gia công lạnh, ram nhiều lần 20-June-12 5.1 Khái niệm thép C thép hợp kim 5.1.2 Thép hợp kim e) Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến trình nhiệt luyện - Chuyến biến ram thép + Nguyên tố HK, đặc biệt W, Mo, Cr giữ C không tiết khỏi M, trì độ cứng nhiệt độ cao Nhiệt độ tiết cacbit khỏi M Xêmentít Fe3C ~ 2000C Xêmentít HK (Fe, Me)3C ~ 250-3000C Cacbít crơm Cr7C3, Cr23C6 ~ 400-4500C Cacbít Fe3W3C ~ 550-6000C VC, TiC, ZrC, NbC Khơng hịa tan Cacbit khơng hịa tan: Nâng cao tính chịu nhiệt độ cao, tính bền nóng, cứng nóng Tăng cứng, tính chống mài mịn (hóa cứng phân tán) Ram nhiệt độ cao (khử bỏ ứng suất, độ dai tốt) 20-June-12 5.1 Khái niệm thép C thép hợp kim 5.1.2 Thép hợp kim f) Các khuyết tật thép HK - Thiên tích: thép HK cao sau kết tinh có tổ chức khơng đồng nhất, cán tạo tổ chức thớ có tính khơng đồng - Đốm trắng: vết nứt nhỏ dạng đốm trắng bề mặt H2 hòa tan vào thép lỏng, nguội nhanh xuống 2000C H2 mạnh, gây nứt - Giịn ram loại I (280-3500C): M phân hủy không đồng nhất, tiết cacbit dạng làm thép bị giòn (tránh ram nhiệt độ này) - Giòn loại II (500-6000C): Thép HK Cr, Mn, Cr-Ni, Cr-Mn ram nhiệt 500-6000C nguội chậm thúc đẩy tiết pha giòn biên giới hạt Nguội nhanh, thêm 0,20,5%Mo hay 0,5-1%W 20-June-12 5.1 Khái niệm thép C thép hợp kim 5.1.2 Thép hợp kim g) + + + + + + Phân loại thép HK Theo tổ chức cân bằng: + Thép trước tích + Thép tích + Thép sau tích + + + Theo tổ chức thường hóa: Thép Peclit Austenit Mactenxit Thép Ledeburit Thép Ferit Thép austenit Theo tổng lượng ntHK: HK thấp: HK < 2,5% HK TB: 2,5% < HK < 10% HK cao: HK > 10% + + + Theo công dụng: Thép HK kết cấu Thép HK dụng cụ Thép HK đặc biệt - Theo ntHK chính: + Thép Cr, Mn, Si + Thép Cr-Ni, Cr-Ni-Mo 20-June-12 5.1 Khái niệm thép C thép hợp kim 5.1.2 Thép hợp kim h) Tiêu chuẩn thép HK - Tiêu chuẩn VN (TCVN 1759-75): - Tiêu chuẩn Nga (OCT): giống kí hiệu VN, sử dụng kí hiệu riêng cho nguyên tố HK, < 1% không hiển thị Cr Ni W Mo Ti Si Mn V X H B M T C Γ Φ 40Cr 35CrMnTi 90CrSi 14CrMnSi 40X 35XΓT 90XC 14XΓC 20-June-12 5.1 Khái niệm thép C thép hợp kim 5.1.2 Thép hợp kim h) Tiêu chuẩn thép HK - Tiêu chuẩn Hoa Kỳ: AISI, SAE (Society of Automotive Engineers + Thép kết cấu: AISI/SAE Một số loại thép HK quy ước theo số: 10xx – thép C 40xx, 44xx – thép Mo 15xx – thép C có Mn cao 92xx – thép Si-Mn 61xx – thép Cr-V 50xx, 51xx – thép Cr 72xx – thép W-Cr 3xxx – thép Ni-Cr + Thép dụng cụ AISI (American Iron and Steel Institute) W - nước (water) M - thép gió Mo-W (molydenium) O - tơi dầu (oil) H - thép DC biến dạng nóng (hot) S - thép DC chịu va đập (shock) D - thép DC biến dạng nguội (cold) T - thép gió W (tungsten) A - thép DC biến dạng nguội, khơng khí (air) 20-June-12 5.1 Khái niệm thép C thép hợp kim 5.1.2 Thép hợp kim h) Tiêu chuẩn thép HK - Tiêu chuẩn Nhật JIS (Japan Industrial Standards) SCr SMn SACM SUJ SUP SUH SKH - thép kết cấu Cr - thép Mn - thép Al-Cr-Mo - thép ổ lăn - thép đàn hồi - thép bền nóng - thép gió SNC - thép kết cấu Ni-Cr SCM - thép kết cấu Cr-Mo SNCM - thép kết cấu Ni-Cr-Mo SUM - thép dễ căt SUS - thép không gỉ SK - thép dụng cacbon SKS, SKD, SKT – thép dụng cụ HK 20-June-12 5.2 Thép xây dựng 5.2.1 Đặc điểm chung – phân loại Đặc điểm chung - Đủ độ bền, độ dẻo cao ( ~ 15-30%), độ dai tốt (a k ~ 500kJ/m2) - Dễ uốn, dễ cắt (%C < 0,22%), tính hàn tốt (Cđl < 0,55%) Phân loại - Theo thành phần hóa học hay độ bền: thép cacbon thông dụng, thép HK thấp độ bền cao - Theo công dụng: thép công dụng chung thép công dụng riêng 5.2.2 Thép thông dụng - Độ bền không cao (0,2 < 300-320MPa), rẻ, đa dạng bán thành phẩm cán nóng (thanh, ống, góc, hình, lá, tấm, sơi, dây…) - Theo TCVN 1765-75 chia thép XD thành ba nhóm: ACT(CT), BCT, CCT CT quy định tính, BCT quy định thành phần, CCT hai 20-June-12 5.2 Thép xây dựng 5.2.3 Thép HK thấp độ bền cao (HSLA) - Hợp kim (HK < 2,0-2,5%): làm hại tính hàn như: Mn, Si, Cr, Cu (Ni, B, N), V, Nb làm nhỏ hạt; 0,2-0,3%Cu bền ăn mịn khí Cu+Ni+V+Mo ~ 1,00% (Mn lên tới 1,00%) - Độ bền cao (0,2 > 300-320MPa) - Hiệu kinh tế cao - Nhược điểm: tính hàn kém, dễ bị phá hủy giòn nhiệt độ âm - Một số mác thép: 14Mn, 60Mn, 15CrSiNiCu (TCVN) 14 Γ, 15XCHД (OCT) 20-June-12 5.3 Thép chế tạo máy 5.3.1 Yêu cầu chung - Cơ tính: độ bền cao (giới hạn chảy), độ dai va đập lớn, giới hạn mỏi cao, chịu mài mịn - Tính cơng nghệ: dễ biến dạng nóng, dễ gia cơng cơ, nhiệt luyện cải thiện tính, tăng độ bền - Tính kinh tế - Thành phần hóa học: + C nguyên tố HK chính: Cr, Mn, Si, Ni; + Các nguyên tố HK phụ: Ti, Zr, Nb, V, Mo + Hợp kim hóa phúc tạp nhiều nguyên tố có hiệu hợp kim hóa đơn giản 20-June-12 5.3 Thép chế tạo máy 5.3.2 Thép thấm C Đặc điểm: - %C thấp (0,10-0,25%) (0,3%), chi tiết chịu tải trọng tĩnh va đập cao; bề mặt thấm C + va ram thấp chịu mài mòn mạnh - Thép C: C10, C15, C20, C25 cho chi tiết đơn giản d < (10-20), chịu mài mịn thấp, nhiệt độ thấm thấp (900-9200C), khơng tơi trực tiếp (sau thấm thường hóa + tơi ram thấp) - Thép HK: d > (30-50) hình dạng phức tạp, chịu mài mịn cao; HK hóa Cr kết hợp với Ni, Mn, Ti; không HK riêng Si hay Mn 20-June-12 5.3 Thép chế tạo máy 5.3.2 Thép thấm C Các mác thép điển hình: - Thép Cr: 15Cr, 15CrV, 20Cr, 20CrV Chi tiết nhỏ d = (20-40)mm, nhiệt độ thấm 900-9200C, tạo cacbit Cr nên dễ bão hòa C - Thép Cr-Ni, Cr-Ni-Mo: độ thấm tốt hơn, độ bền độ dai cao + Thép Cr-Ni thường: 20CrNi, chi tiết phức tạp (d = 50-75mm) chịu tải trọng va đập cao + Thép Cr-Ni cao: %Ni ~ 2-4%, Cr = 1%; 20CrNi3A, 20Cr2Ni4A, chi tiết quan trọng d > 100mm, chịu tải trọng nặng, chịu; mài mịn mạnh; đắt tiền, khó gia cơng cơ, nhiệt luyện phức tạp + Thép Cr-Ni-Mo: thêm 0,1-0,4%Mo tăng độ thấm tôi, 20CrNi2Mo, 18Cr2Ni4MoA thép thấm C tốt nhất, dùng cho chi tiết quan trọng có tiết diện lớn 20-June-12 5.3 Thép chế tạo máy 5.3.2 Thép thấm C Các mác thép điển hình: - Thép Cr-Mn-Ti: 18CrMnTi, 25CrMnTi, 30CrMnTi, 25CrMnMo, chi tiết bánh ô tô tải trọng nhẹ, tính tương đương thép Cr-Ni dễ cắt gọt, rẻ tiền hơn, có Mn nên bề mặt thép khơng bị q bão hịa C, Ti giữ cho nhỏ hạt nên nhiệt độ thấm 930-9500C, sau thấm trực tiếp nên biến dạng 20-June-12 5.3 Thép chế tạo máy 5.3.3 Thép hóa tốt Đặc điểm: - %C trung bình (0,3-0,5%), chi tiết chịu tải trọng tĩnh tương đối cao, bề mặt bị mài mịn mạnh - Cơ tính tổng hợp cao sau nhiệt luyện hóa tốt (tơi ram cao) - Ngun tố HK chính: Cr, Mn (1-2%), Ni (1-4%), Si < 1% - Nguyên tố HK phụ: Mo, W tránh giòn ram loại II - Nhiệt luyện: + Ủ hoàn toàn cải thiện tính cắt gọt (180-220HB) + Tơi + ram cao đạt tổ chức X ram, tính tổng hợp cao, độ cứng 25-30HRC; gia cơng tinh đạt kích thước độ bóng bề mặt + Tơi bề mặt + ram thấp đạt tổ chức M ram độ cứng (5258HRC) lớp bề mặt, lõi giữ tổ chức X ram có độ dẻo dai cao 20-June-12 5.3 Thép chế tạo máy 5.3.3 Thép hóa tốt Các mác thép: - Thép C: C30, C35, C40, C45, C50, chi tiết nhỏ d < (20-30mm) hình dạng đơn giản, độ bền tương đối thấp b = 750-850MPa - Thép Cr: %Cr = (0,5-1%) 40Cr, 40CrVA, cải thiện tính tơi (tơi dầu, tăng độ thấm tôi), chi tiết nhỏ tương đối phức tạp - Thép Cr-Mo: thêm 0,25%Mo chống giòn ram loại II, tăng độ thấm tơi, 38CrMoA, chi tiết trung bình d > 50mm tương đối phức tạp - Thép Cr-Mn, Cr-Mn-Si: Cr, Mn, Si ~ 1,00%, 40CrMn, 40CrMnSi, chi tiết trung bình d = (50-60); cứng giịn, phổ biến 20-June-12 5.3 Thép chế tạo máy 5.3.3 Thép hóa tốt Các mác thép: - Thép Cr-Ni, Cr-Ni-Mo: độ thấm cao, độ dẻo dai tốt + Thép Cr-Ni thấp: %Cr, Ni ~ 1%, 40CrNi, chi tiết phức tạp d = (50-60) bị giịn ram loại II, gia cơng cắt kém, dùng + Thép Cr-Ni cao: 1-2%Cr, 3-4%Ni, (Ni/Cr = 3-4), 30CrNi3A chi tiết quan trọng, d > 100mm (tôi thấu chi tiết bất kỳ), tính tổng hợp cao, dễ giịn ram II, tính gia cơng cắt + Thép Cr-Ni cao có thêm 0,15-0,4%Mo, tăng độ thấm tơi, tránh giòn ram II: 38Cr1Ni3MoA, 38Cr2Ni2MoA, thép chế tạo máy tốt nhất, tính tổng hợp cao - Thép chuyên dùng thấm N: 1,6%Cr, 0,3%Mo, 1%Al, 38CrMoAlA; nhiệt luyện hóa tốt đạt tính tổng hợp cao, thấm N tạo nitrit phân tán độ cứng cao 6372HRC 20-June-12 5.3 Thép chế tạo máy 5.3.4 Thép đàn hồi Đặc điểm làm việc yêu cầu tính: - Chịu tải trọng chu kỳ, chịu va đập cao, không cho phép biến dạng dẻo - Giới hạn đàn hồi cao: đh/b = 0,85-0,95 - Giới hạn mỏi cao - Độ cứng cao: 35-45HRC, độ dẻo dai thấp vừa phải Thép Cr-Ni, Cr-Ni-Mo: độ thấm cao, độ dẻo dai tốt Đặc điểm thành phần hóa học nhiệt luyện: - %C = 0,5-0,7%, tăng %HK lượng C giảm chút 0,55-0,65% - Nguyên tố HK: Mn, Si ↑đh độ cứng, Cr, Ni ↑độ thấm tôi; thường dùng: 1%Mn, 2%Si, 2%(Cr+Ni) - Nhiệt luyện: + ram trung bình đạt tổ chức T ram có đh cao - Cần chống thoát C nhiệt luyện, tăng giới hạn bền mỏi phun bi, cán, ép, kéo nguội sau nhiệt luyện nhằm nâng cao độ nhẵn bóng bề mặt 20-June-12 10 5.3 Thép chế tạo máy 5.3.4 Thép đàn hồi Các mác thép đặc điểm: - Thép C & thép Mn: C65, C70, 65Mn, đh < 800Mpa, độ thấm thấp ( < 15mm), cung cấp trạng thái tơi chì biến dạng nguội > 70%, quấn nguội làm lò xo, ủ 200-3000C để khử bỏ ứng suất - Thép Si & thép HK khác: 60Si2: đh cao hơn, thấm tốt (2030mm), dễ C nung tơi: thêm Cr, Mn, Ni, V để tăng độ thấm tơi, giảm C, 50CrMn, 60Si2CrVA, 60Si2Ni2A 20-June-12 5.3 Thép chế tạo máy 5.3.5 Thép kết cấu có cơng dụng riêng Thép dập sâu: - Tính dẻo cao: %C < 0,2%, %Si ( 0,05-0,07%) (thép sôi), hạt nhỏ đều: C5s, C8s, C10s, C15s Thép dễ cắt: thép để cắt tự động, phoi dễ gãy vụn: - Độ cứng 150 - 200 HB, khơng q dẻo - Thành phần hóa học %C = (0,10-0,40%), %P = (0,08-0,15%), %S = (0,15-0,35%), %Mn = (0,8-1,0%): MnS, P làm giòn F, dễ tạo phoi, bề mặt nhẵn bóng, dễ tạo ren nhỏ, thêm Pb (0,15-0,3%) dễ cắt hơn: 12s, 20s, 30s… Thép ổ lăn: chịu mài mịn điểm - tính đồng khơng có điểm mềm, độ cứng cao 64HRC, độ bền mỏi tiếp xúc cao - Thành phần hóa học: %C ~ 1%, + ram thấp, Cr ~ (0,5-1,5%) để tơi thấu; tạp chất P, S, khí thấp (chất lượng cao): OL100Cr1,5 - Ủ cầu hóa đạt tổ chức P hạt nhỏ mịn, + ram thấp (150-180 0C), gia công lạnh khử dư (HRC 65) 20-June-12 5.4 Thép dụng cụ 5.4.1 Yêu cầu chung Cơ tính: - Độ cứng cao (> độ cứng phoi) để chống mài mòn, độ dai va đập cao tránh gẫy vỡ - Có thể rèn cắt gọt Thành phần hóa học: - %C = 0,7-1,0% ( 1,0%), lên tới 2%; dụng cụ biến dạng nóng (0,3-0,5)%C - Nguyên tố HK: tăng tính thấm tơi Cr; W, Mo tăng tính cứng nóng Thành phần hóa học: - Dụng cụ dao cắt: tạo hình có sinh phoi dao tiện, phay, bào, tuốt… - Dụng cụ biến dạng: tạo hình không sinh phoi như: trục cán, khuôn dập, khuôn ép chảy - Dụng cụ đo: palme, thước cặp… 20-June-12 11 5.4 Thép dụng cụ 5.4.2 Thép dụng cắt Điều kiện làm việc yêu cầu tính: - Bề mặt chịu áp lực lớn, bị mài mịn nung nóng; chịu uốn, chịu xoắn chịu va đập mạnh - Độ cứng cao (HRC 60), tính chống mài mịn cao - Chịu nhiệt độ cao (200-3000C), tính cứng nóng Thép làm dao cắt tốc độ thấp (5-10m/s) - Thép C: CD70, CD80,…, CD130 có chất lượng tốt: + Tơi + ram thấp: 60HRC, + Dễ biến dạng nóng gia cơng cắt + Độ thấm tơi thấp, tính cứng nóng thấp (200-2500C) - Thép HK: + %C > 1%; Cr, Si ~ 1%, 90CrSi (9XC) tăng độ thấm tơi tính cứng nóng (3000C); Tt = 840-8600C, TR = 150-2000C, 62-64HRC + %C cao (> 1,3%), 0,4%Cr, 4,0-5,0%W, 140CrW5 (XB5), tính chống mài mịn mạnh Tt = 800-8200C, TR = 2500C, 66-68HRC 20-June-12 5.4 Thép dụng cụ 5.4.2 Thép dụng cắt Thép làm dao cắt tốc độ cao (35-80m/s)-thép gió: - Đặc điểm: tốc độ cắt cao, tính cứng nóng cao (6000C), tính chống mài mịn tuổi bền cao, thấu với chi tiết - Thành phần hóa học: + %C = 0,7-1,5%, tăng độ cứng tạo cacbit + Cr = 4% tăng mạnh độ thấm tơi + W = 6-18% tạo tính cứng nóng cao (2%W = 1%Mo) + V (đến 5%), tăng mạnh tính chống mài mịn giữ nhỏ hạt + Co > 5%, tăng tính cứng nóng - Nhiệt luyện: Tôi + ram lần, 64-65HRC - Mác thép: 80W18Cr4V, 85W6Mo5Cr4V (năng suất thường) 85W18Co5Cr4V, 155W12Co5V5Cr4 (năng suất cao) 20-June-12 5.4 Thép dụng cụ 5.4.3 Thép dụng đo Điều kiện làm việc yêu cầu tính: - Độ cứng tính chống mài mịn cao (63-65HRC) - Ổn định kích thước, hệ số giãn nở nhiệt bé, tổ chức ổn định - Độ nhẵn bóng bề mặt cao mài bị biến dạng nhiệt luyện Thép dụng cụ đo cấp xác cao: HK hóa Cr-Mn - Cr, Mn khoảng 1%, làm tăng độ thấm tôi, Mn cịn làm tăng dư (ổn định kích thước sau tơi) - Hóa già ổn định kích thước (120-1400C, 1-2 ngày): tổ chức M tơi ổn định, có độ cứng cao, chịu mài mòn tốt, hệ số giãn nở nhiệt nhỏ; - Mác thép thường dùng: 100Cr, 100CrWMn Thép dụng cụ đo cấp xác cao: HK hóa Cr-Mn - Dùng thép C15, C20 thấm C, + ram thấp - Thép C45, C50, C55 bề mặt + ram thấp; thép CD80, CD120, + ram thấp 20-June-12 12 5.4 Thép dụng cụ 5.4.3 Thép dụng cụ biến dạng nguội Điều kiện làm việc yêu cầu tính: - Độ cứng đủ cao: 58-62HRC (thấp dao cắt), phụ thuộc vào kích thước khn, độ cứng thép đem dập; - Tính chống mài mịn cao; - Độ bền độ dai cao: chịu tải trọng lớn va đập; - Khn dập lớn cần có độ thấm tơi cao thay đổi thể tích tơi; Thành phần hóa học nhiệt luyện: - %C ~ 1%, đảm bảo độ cứng, tính chịu mài mịn; chịu va đập cao: 0,40,6%C; chịu mài mòn cao: 1,5-2%C; - Cr, Mn, Si, W với lượng (~ 1%) tăng độ thấm tôi; - Cr đến 12%, %C 1,5-2,0%, tăng tính chịu mài mịn; - Tơi + ram thấp đảm bảo độ cứng cao; 20-June-12 5.4 Thép dụng cụ 5.4.3 Thép dụng cụ biến dạng nguội Thép làm khn bé - Khn nhỏ, hình dạng đơn giản, chịu tải nhỏ; - CD100, CD120… Thép làm khn trung bình - Kích thước (75-100mm), khn bé có hình dạng phức tạp, chịu tải cao; - 110Cr, 100CrWMn, 100CrWSiMn - Tôi phân cấp (khuôn nhỏ), hai môi trường; - Dễ bị thiên tích cacbit, cacbit lớn cần qua rèn phôi thép; 20-June-12 5.4 Thép dụng cụ 5.4.3 Thép dụng cụ biến dạng nguội Thép làm khuôn lớn - Kích thước (200-300mm), chịu tải trọng nặng, mài mịn mạnh; - 210Cr12, 160Cr12Mo, 130Cr12V; - Tính chịu mài mịn cao: 30% cacbit Cr - Độ thấm lớn: thấu d = 150-200mm dầu, đảm bảo độ cứng; - Có nhiều chế độ tơi + ram: + Tơi nhiệt độ thấp: 1050-10750C, dư, 64-65HRC, ram 150-2000C + Tơi nhiệt độ cao: 1125-11500C (60% dư), tính cứng nóng tăng, 5456HRC, ram 500-5300C (nhiều lần 58-60HRC) + Tôi nhiệt độ trung bình: 1100-11250C (40% dư), ram 150-2000C + Tránh nhiệt độ giịn ram loại I (300-3750C) Thép làm khn chịu tải trọng va đập - 40CrSi, 60CrSi, 40CrW 2Si, 50CrW2Si, 60CrW2Si 60CrWMn, sau ram nhiệt độ cao (tránh nhiệt độ giòn ram loại I 240-2700C) 20-June-12 13 5.4 Thép dụng cụ 5.4.3 Thép dụng cụ biến dạng nóng Điều kiện làm việc & yêu cầu tính - Dụng cụ bị nung nóng (500-7000C), khơng liên tục - Phôi thép nhiệt độ cao mềm, độ cứng khơng cần cao khn dập nguội - Dụng cụ biến dạng nóng có kích thước lớn, chịu tải trọng lớn Yêu cầu tính: - Độ bền độ dai cao, độ cứng vừa phải (35-45HRC) - Tính chịu nhiệt độ cao (tính cứng nóng), chống mỏi nhiệt gây nứt vỡ - Tính chống mài mịn cao Thành phần hóa học - %C trung bình (0,3-0,5%) - Hợp kim hóa: Cr, Ni – đảm bảo độ thấm độ dai, W (8-10%) – cứng nóng - Nhiệt luyện: tơi + ram trung bình, đạt tổ chức T ram, tránh giòn ram loại II 20-June-12 5.4 Thép dụng cụ 5.4.3 Thép dụng cụ biến dạng nóng Thép làm khn rèn (thép Cr-Ni, Cr-Mn) - 0,5%Mo, W: 50CrNiMo, 50CrNiW, 50CrNiSiW, 50CrMnMo - Tính thấm tơi cao (d = 300mm), phân cấp, hay tơi đẳng nhiệt - Tôi + ram (500-6000C), khuôn lớn cần độ dai cao: ↑nhiệt độ ram - Khi nhiệt luyện thời gian nung dài nên tránh oxy hóa Thép làm khn ép chảy - Kích thước nhỏ khn rèn, chịu nhiệt độ áp suất cao hơn; tải trọng ổn định khơng có va đập - Hợp kim hóa cao: Cr+W (10%) – tính cứng nóng cao, C (0,3-0,4%), V(1%) - chống mài mòn giữ hạt nhỏ, Mo (1%) tăng độ thấm - 30Cr2W8V, 40Cr5W2VSi: (11000C), ram: T ram (600-6500C) 20-June-12 5.5 Thép hợp kim đặc biệt 5.5.1 Đặc điểm chung phân loại - %C thấp (0,1-0,15%) cao (> 1%) - Hợp kim hóa cao (> 10%) cao (> 20%), thường hợp kim hóa đơn giản - Tổ chức: đơn pha A, F, M trạng thái cung cấp - Tính chất: tính chống mài mịn, bền ăn mịn cao; tính chất điện, từ đặc biệt; tính chịu nhiệt độ cao, tính giãn nở nhiệt, đàn hồi đặc biệt Phân loại: - Thép không gỉ, - Thép bền nóng, - Thép có tính chống mài mịn đặc biệt 20-June-12 14 5.5 Thép hợp kim đặc biệt 5.5.2 Thép khơng gỉ Ngun lý chống ăn mịn - Tạo lớp thụ động hóa học bề mặt thép - Anod: F (-0,44V), cathod Cathod Xe (+0,20V): tăng điện điện cực F; thêm 12,5%Cr: EFe = +0,20V 20-June-12 5.5 Thép hợp kim đặc biệt 5.5.2 Thép không gỉ Thép không gỉ hai pha - 0,10-0,40%C 13%Cr: 12Cr13, 20Cr13, 30Cr13 40Cr13; có tổ chức hai pha F (hòa tan Cr cao) cacbit Cr; - Điểm tích (0,3%C), nguội KK nhận tổ chức M; - Ổn định khí quyển, nước ngọt, thụ động hóa dd HNO3; - 30Cr13, 40Cr13 sau tơi + ram (150-2000C) – độ cứng 40-55HRC; 20-June-12 5.5 Thép hợp kim đặc biệt 5.5.2 Thép không gỉ Thép không gỉ pha ferit - %Cr tăng, %C giảm: 08Cr13, 12Cr17, 15Cr25Ti - Khơng thể hóa bền nhiệt luyện, hóa bền biến dạng thấp - Thép 08Cr13 dùng cho kết cấu hàn, 15Cr25Ti dùng làm thép chịu nhiệt 20-June-12 15 5.5 Thép hợp kim đặc biệt 5.5.2 Thép không gỉ Thép không gỉ pha austenit - %Cr > 16-18%, %Ni 6-8% - Tổ chức nhiệt độ thường gọi họ 18-8 - Độ dẻo cao ( = 50%), độ bền thép ferit, khơng thể hóa bền nhiệt luyện, khả hóa bền biến dạng mạnh: khó biến dạng nguội - Bền ăn mịn HNO3, H2SO4 HCl lỗng nhiệt độ thường - Mác thông dụng 12Cr18Ni9, 08Cr18Ni11, 08Cr18Ni10Ti, 12Cr18Ni9Ti 20-June-12 5.5 Thép hợp kim đặc biệt 5.5.3 Thép có tính chống mài mịn đặc biệt (Hadfield) - Thép Hadfield (thế kỷ 19): 110Mn13Đ (0,9-1,3%C, 11,4-14,5%) thép đúc với tổ chức austenit + lượng lớn Mn3C hay (Fe, Mn)3C tập trung biên hạt: giảm độ bền, độ dai - Nung 1050-11000C, giữ nhiệt lâu, nguội nước: độ dẻo cao - Chỉ có tính chịu mài mịn cao làm việc điều kiện chịu va đập - Tính gi cơng kém, đúc tạo hình 20-June-12 5.6 Gang 5.6.1 Giới thiệu chung - + + + + + 0,2%C > 2%, Si (0,5-4%), Mn (0,2-1,5%), P < 0,7%, S < 0,15% Gang: dùng CTM có tổ chức gồm thép cacbon tồn dạng graphit, khơng có Xe tự do: mềm, dễ cắt gọt Tổ chức gang xác định C+Si tốc độ nguội Gang xám: G dạng Gang dẻo: G dạng cụm Gang cầu: G dạng cầu Nâng cao độ bền: giảm lượng G (%C) Tạo G nhỏ mịn Tạo P (C+Si = 4,2-5%) Hợp kim hóa cho Nhiệt luyện: + ram 20-June-12 16 5.6 Gang 5.6.2 Gang xám - (C+Si) = (4,2-6,2)% - Độ bền, độ dai thấp: N > K - Dễ gia công cắt, chịu mài mòn cao thép - Giảm chấn tốt: làm thân máy, bệ máy - Gang xám: F, F+P, P - Kí hiệu GX xx-xx 5.6.3 Gang cầu - (C+Si) = (4,8-7)% - Độ bền cao thép, cao GX - Chế tạo: trục khủy, trục cán - Gang cầu: F, F+P, P - Kí hiệu GC xx-xx 5.6.3 Gang dẻo - (C+Si) = (3-4,2)% - Độ bền cao GX thấp GC - Chế tạo chi tiết: hình dạng phức tạp, thành mỏng, chịu va đập - Gang dẻo: F, F+P, P - Kí20-June-12 hiệu GZ xx-xx 17 ... 6 4-6 5HRC, ram 150 -2 000C + Tơi nhiệt độ cao: 11 2 5- 1 150 0C (60% dư), tính cứng nóng tăng, 54 56HRC, ram 50 0 -5 3 00C (nhiều lần 58 -6 0HRC) + Tơi nhiệt độ trung bình: 110 0-1 1 250 C (40% dư), ram 150 -2 000C... 5% , tăng tính cứng nóng - Nhiệt luyện: Tôi + ram lần, 6 4-6 5HRC - Mác thép: 80W18Cr4V, 85W6Mo5Cr4V (năng suất thường) 85W18Co5Cr4V, 155 W12Co5V5Cr4 (năng suất cao) 20-June-12 5. 4 Thép dụng cụ 5. 4.3... - thép Mn - thép Al-Cr-Mo - thép ổ lăn - thép đàn hồi - thép bền nóng - thép gió SNC - thép kết cấu Ni-Cr SCM - thép kết cấu Cr-Mo SNCM - thép kết cấu Ni-Cr-Mo SUM - thép dễ căt SUS - thép không