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; Nhóm thép xây dựng; Nhóm thép chế tạo máy; Đặc điểm chung của các loại gang chế tạo máy; Hợp kim màu và bột. Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng dưới đây để nắm được nội dung chi tiết nhé!
Chương 5: Thép Gang Khái niệm thép C thép hợp kim Thép C Là hợp kim Fe-C với %C < 2,14, có tính dẻo nên cán nóng nhiệt độ cao (> Ac3, Acm) 14990C Thành phần hoá học - Fe, C (< 2,14%) Tạp chất có lợi - Mn (< 0,8%) Tạp chất có hại - P (< 0,05%) - Si (< 0,4%) - S (< 0,05%) 0.8 Các nguyên tố khác có: Cr, Ni, Cu, W, Mo… Thép C Gang Thép C (…… ) Ảnh hưởng C đến tổ chức tính • Ảnh hưởng đến tổ chức tế vi - %C < 0,05% ferit - 0,05% < C < 0,8% F + P - %C = 0,8% P - %C > 0,8% P + XeII • Ảnh hưởng đến tính - tăng độ cứng %C tăng (0,1%C/25HB) - làm giảm độ dẻo, độ dai va đập - làm tăng độ bền đạt cực đại khoảng 0,8-1,0%C sau ………… giảm Thép C (…… ) Vai trịn C công dụng thép * Thép C thấp (%C < 0,25%) chủ yếu dùng kết cấu xây dựng Có thể sử dụng để chế tạo số chi tiết máy sau hoá nhiệt luyện * Thép C trung bình (0,3-0,5%C ) thường dùng chế tạo chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh va đập cao * Thép C cao (0,55-0,65%C ) thường dùng chế tạo chi tiết cần có tính đàn hồi tốt * Thép C cao (%C > 0,7% ) thường dùng chế tạo chi tiết làm dụng cụ cắt, khuôn dập, dụng cụ đo có độ cứng cao, chống mài mịn tốt Thép C (…… ) Ảnh hưởng nguyên tố tạp chất • Mangan: Mn có thép dùng fero Mn khử O2 + quặng Mn + FeO Fe + MnO (nhẹ vào xỉ) Tác dụng: hố bền Ferit (%Mn: 0,5-0,8%) • Silic: Si có thép dùng fero Si khử O2 + quặng Si + FeO Fe + SiO (nhẹ vào xỉ) Tác dụng: hoá bền Ferit (%Mn: 0,2-0,4%) • Phốtpho: P có thép lẫn quặng, kết hợp với Fe tạo …………….Fe3P cứng giòn Ảnh hưởng: gây tượng bở nguội (%P < 0,05%) • Lưu huỳnh: S có thép lẫn quặng, kết hợp với Fe ……………….tạo tinh (Fe3S + Fe) có nhiệt độ nóng chảy thấp Ảnh hưởng: gây tượng bở nóng (%S < 0,05%) Thép C (…… ) Phân loại thép C • Phân loại theo độ sách tạp chất có hại (P, S) - Chất lượng thường: %P < 0,05% %S < 0,05% - Chất lượng tốt: %P < 0,04% %S < 0,04% (lò hồ quang điện) - Chất lượng cao: %P < 0,03% %S < 0,03% (lò hồ quang điện) - Chất lượng cao: %P < 0,02% %S < 0,02% (lò hồ quang điện + điện xỉ ) • Phân loại theo phương pháp khử Oxy - Thép sơi (khử Oxy chưa triệt để): có nhiều rỗ khí bên sử dụng FeMn - Thép lặng (khử Oxy triệt để): thường khử FeMn, FeSi Al - Thép nửa lặng (là dạng trung gian loại thép trên): thường khử Al, FeMn Thép C (…… ) Phân loại thép C (… ) • Phân loại theo công dụng - Thép kết cấu: kết cấu, chi tiết máy chịu tải… - Thép xây dựng: dùng xây dựng, kết cấu thép… - Thép chế tạo máy: đòi hỏi chất lượng cao thép xây dựng… - Thép dụng cụ: dùng chế tạo cơng cụ chun dùng có u cầu độ cứng ………………….chống mài mòn cao Thép C (…… ) Ưu điểm thép C • Rẻ, dễ kiếm khơng địi hỏi thành phần phức tạp • Có tính phù hợp với số trường hợp định • Có tính cơng nghệ tốt: dễ đúc, cán, rèn………so với thép hợp kim Nhược điểm thép C • Độ thấm tơi thấp hiệu hố bền nhiệt luyện khơng cao • Tính chịu nhiệt độ cao • Khơng có tính chất lý, hố đặc biêt: chống ăn mịn, tính cứng nóng… Làm để khắc phục nhược điểm trên? Thép hợp kim Là thép đưa vào thêm số nguyên tố khác C (Ni, Cr, Ti… ) với lượng đủ lớn làm thay đổi tổ chức cải thiện tính chất vật liệu * Các nguyên tố với lượng đủ lớn làm thay đổi tổ chức 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% Thép hợp kim (…) * Các đặc tính thép hợp kim - Cơ tính: - Trạng thái khơng nhiệt luyện, độ bền khác không nhiều so với thép C tương đương - Độ thấm tơi lớn chiều sâu lớp hố bền lớn so với thép C - Tốc độ nguội tới hạn nhỏ giảm cong vênh chi tiết - Độ bền cao hẳn thép C sau nhiệt luyện - Tính cơng nghệ thép C - Tính chịu nhiệt độ cao: - Cácbit nhiều nguyên tố HK có tác dụng ngăn cản kết tụ cácbit, phân hố M - Tính chất đặc biệt: - Bền ăn mịn nhiều mơi trường - Có từ tình đặc biệt, có giãn nở nhiệt đặc biệt… Thép hợp kim (…) Tác dụng nguyên tố hợp kim đến tổ chức thép Đồng HK đồng Đồng (Cu) Đặc tính: - Có độ bền chống ăn mịn tốt điều kiện thường (khí quyển) - Độ dẫn điện, dẫn nhiệt cao - Tính dẻo tốt - Tính hàn tốt điều kiện oxy Nhược điểm: - Khối lượng riêng lớn ( ~ 8,94g/cm3) - Khó gia cơng cắt gọt (rất dẻo) - Tính đúc Cải thiện độ bền, độ cứng: hợp kim hóa., biến dạng… Phân loại: - Cu-Zn Latông - Cu-Nguyên tố khác Brông + tên nguyên tố Latông (Cu-Zn): - Đặc điểm: + Sự kết hợp Cu với Zn hàm lượng Zn thay đổi xuất pha + - dung dịch rắn thay Zn Cu nâng cao độ bền, độ dẻo pha + - pha điện tử CuZn cứng, giòn xuất %Zn khoảng 46-50% - Các ứng dụng: - Latông pha () + Zn (5-12%): làm đồ dùng, chi tiết: tiền xu, vỏ bút…… + Zn (20%): làm vàng giả + Zn (30%): độ dẻo cao vỏ đạn Với Latông pha thêm Pb cải thiện tính gia cơng khí - Latơng pha ( + ) + Zn (40%): làm chi tiết cần độ bền cao so với latông pha: van hơi, bulông đai ốc…… Với Latơng pha thêm Pb cải thiện tính gia cơng khí Brơng: a) Brơng thiếc (Cu-Sn) - Đặc điểm: + Các pha hóa bền: , , … + %Sn < 8% tổ chức gần pha đồng có tính dẻo biến dạng tốt - Brông thiếc biến dạng: + %Sn < 8% + Ứng dụng làm chi tiết chống ăn mịn mơi trường nước biển - Brơng thiếc đúc: + %Sn > 10% + Ứng dụng làm chi tiết chống ăn mịn mơi trường khí quyển, đúc tượng, tác phẩm nghệ thuật b) Brông nhôm (Cu-Al) - Đặc điểm: + %Al < 9,4% tổ chức gần pha đồng có tính dẻo bền + Chống ăn mịn tốt mơi trường nước biển khí thường - Brơng pha: + %Al 5-9% + Ứng dụng làm chi tiết hệ thống trao đổi nhiệt, ngưng tụ hơi…… - Brông hai pha: + %Al > 9,4% + Ứng dụng làm chi tiết hệ thống kết cấu máy bay, dụng cụ thể thao… c) Brông Berili (Cu-Be) + %Be ~ 2% có độ đàn hồi cao sau tơi + hóa già + Ứng dụng làm chi tiết hệ thống đàn hồi HK ổ trượt Đặc điểm vật liệu: - Phải có hệ số ma sát nhỏ - Chịu áp lực cao làm mịn cổ trục - Tính cơng nghệ tốt - Giá thành thấp + Babit thiếc: Sn-Sb-Cu + Babit chì: Pb-Sn-Sb (Cu) + Với hợp kim ổ trượt làm việc môi trường nhiệt độ cao: sử dụng HK nhôm: Al-Sn HK bột Phương pháp chế tạo: - Tạo bột kim loại (hợp kim) - Tạo hình chi tiết từ bột vật liệu chế tạo từ - Thiêu kết Ưu điểm: - Hiệu sử dụng vật liệu chế tạo cao - Đảm bảo đồng chất lượng, tổ chức, kích thước hạt… Nhược điểm: - Cấu trúc khơng xít chặt tính không cao ... (28 0- 350 0C) Giòn ram loại II (50 0-6 000C) Phân loại thép HK Theo tổ chức cân bằng: Theo tổ chức thường hố: - thép trước tích - thép họ Peclít - thép tích - thép họ máctenxit - thép sau tích - thép. .. austenit - thép Lêđêburit - thép Ferit - thép Austenit Thép hợp kim (…) Phân loại thép HK (…) Theo tổng lượng nguyên tố HK: - thép HK thấp: < 2 ,5% - thép HK trung bình: 2 ,5% < < 10% - thép HK... 0,0 6-0 ,20 0, 0 5- 0,20 G Xám 3, 0-3 ,7 1, 2-2 ,5 0, 2 5- 1,00 < 0,12 0, 0 5- 1,00 G Cầu 3, 0-4 ,0 1, 8-3 ,0 0,1 0-0 ,80 < 0,03 < 0,10 G Dẻo 2, 0-2 ,6 1, 0-1 ,6 0,2 0-1 ,00 0,0 4-0 ,20 < 0,20 • Gang xám: - Đặc điểm: + Có độ bền