Vật liệu học tập 2

Trang 1

VU MINH BANG (Chủ biên) _— NGUYÊN ĐỨC VĂN |

w%w%%*%

Th JONG DANLC° Ẹ won mare kì TACO §u2 THe VEEN

VAT Liệp HỌC

TẬP2

NHÀ XUẤT BAN GIAO THONG VAN TAI

Trang 3

“2 »Ồ

S2 “ as ⁄

“> 2

MỤC LỤC

Trang

PHAN I VAT LIEU KIM LOAI

C — VAT LIEU KIM LOAI THONG DUNG

Chuong 9: GANG 9

9.1 Các đặc tính co-ban ctia cdc loai gang 11

9.1.1 Thanh phan hoa hoc 9.1.2 Tổ chức tế vi

9.1.3 cơ tính và tính cơng nghệ 12 9.2 Quá trình Graphit hoá trong gang và các yếu tố ảnh hưởng

9.2.1 Sự graphit hoa 13

9.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng 15 9.3 Cac loại gang 16

9.3.1 Gang trắng

9.3.2 Gang xam

9.3.3 Gang cau 19

_ 9.3.4 Gang déo 20

9.4 Nhiệt luyện gang 22 9.4.1 Nhiệt luyện gang trắng

9.4.2 Nhiệt luyện xám, gang cầu, gang dẻo 24

Chương 10: THÉP CÁC BON 28 10.1 Khái niệm về thép các bon

10.1.1 Định nghĩa >

10.1.2 Ảnh hưởng của các bon va’ tính chất của thép các bon 29 10.2 Phân loại và ký hiệu thép các bon

10.2.1 Phân loại thép các bon 10.2.2 Ký hiệu thép các bon :

Trang 4

Chuong 11: NGUYEN LY HOP KIM HOA

11.1 Định nghĩa và mục đích của hợp kim hố

11.1.1 Định nghĩa 11.1.2 Mục đích

11.9 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim trong thép hợp kim

11.2.1 Tác dụng của các NTHK với Fe trong thép hợp kim 11.2.2 Tác dụng của các NTHK với các bon trong thép hợp kim

11.3 Ảnh hưởng của các NTHK đến quá trình nhiệt luyện

11.3.1 Ảnh hưởng của các NTHK đến chuyển biến nung nóng 11.3.2 Anh hudng cua cac NTHK dén sự phân hố độ thấm tơi 11.3.3 Ảnh hưởng của các NTHR đến chuyển biến Máctenxit

11.3.4 Ảnh hưởng của các NTHK đến chuyển biến ram

11.4 Các khuyết tật trong thép hợp kim

11.4.1 Thiên tích nhánh cây

11.4.2 Đốm trắng

11.4.3 Dén ram

11.5 Phân loại và ký hiệu thép hợp kim 11.5.1 Phân loại thép hợp kim 11.5.2 Ký hiệu thép hợp kìm

Chương 193: CAC LOẠI THÉP

12.1 Thép kết cấu

12.1.1 Khái niệm chung về thép kết cấu

12.1.2 Các nhóm thép kết cấu và đặc điểm nhiệt luyện chúng

12.2 Thép dụng cụ , 12.2.1 Thép va hop kim lãm dao cắt

12.2.2 Thép làm khuôn rập 12.3 Thép có tính chất lý hố đặc biệt

12.3.1 Thép không gỉ có tính chống ăn mịn cao

12.3.2 Thép và hợp kim làm việc ở nhiệt độ cao

Chương 18: KIM LOAI VA HGP KIM MAU THONG DUNG

Trang 5

13.2

13.3,

13.4

13.1.2 Cac loai hop kim nhôm phổ biến

Déng va hop kim déng 13.2.1 Déng nguyén chat

13.2.2 Các loại hợp kim đồng phổ biến Hợp kim làm ổ trượt

13.3.1 Yêu cầu chung đối với hợp kim làm ổ trượt

13.3.2.Hợp kim làm ổ trượt có nhiệt độ nóng chảy thấp

18.3.3.Hợp kim làm ổ trượt có nhiệt độ nóng chảy cao

Ti tan va hop kim cua Ti tan 13.4.1 Ti tan nguyén chat 3.4.2 Hợp kim cua ti tan

PHAN II 101 108 110 115 116 118 120 121 _ VAT LIEU PHI KIM LOAI VA VAT LIEU KET HỢP

Chuong 14: VAT LIEU VO CO (CERAMIC)

14:1

14.2

14.3,

14.4

Khái niệm chung

14.1.1 Bản chất và phân loại

14.1.2 Liên kết nguyên tử 14.1:3 Trạng thái tỉnh thể

14.1.4 Trạng thái vơ định hình 14.1.5 Cơ tính

Gốm và vật liệu chịu lửa

14.2.1 Bản chất phân loại 14.2.2 Gốm Silicat 14.2.3 Gốm ôxyt Thuy tỉnh và gốm thuỷ tỉnh 14.3.1 Bản chất và phân loại 14.3.2 Thuỷ tỉnh thông dụng 14.3.3 Các thuy tỉnh khác 14.3.4.Gém thuy tinh Xi măng và bê tông

Trang 6

14.4.4 Bê tông cốt thép 14.5 Vật liệu cốt sợi cho compozit

14.5.1 Vật liệu các bon và sợi các bon

14.5.2 Sợi bo và các sợi khác 14.5.3 Râu đơn thuỷ tỉnh

Chương 1õ: VẬT LIỆU POLYME

15.1 Cấu trúc phân t tử Polyme

_ 16.1.1 Phan tử hyđrô các bon 15.1.2 Phan tử polyme _

15.1.3 Cấu trúc mạch của polyme 15.1.4 Cấu trúc tỉnh thể của polyme - 1ð.9 Tính chất cơ — lý — nhiệt của polyme

15.2.1 Quan hệ ứng suất — biến dạng 15.2.2 Cơ chế biến dạng

15.2.3 Nóng chảy và thuỷ tình hoá 15.2.4 Trang thai đàn hồi — nhớt

15.2.5 Phá huỷ

15.2.6 Hoá già (lão hoá) '15.3 Ứng dụng và gia công polyme

15.3.1 Phân loại polyme |

15.3.2 Cac phương pháp tổng hợp polyme 15.3.3 Phối liệu của polyme

15.3.4 Các loại polyme và ứng dụng

Chương 16: VẬT LIỆU COMPOZIT

16.1 Khái niệm về compozit

_16.1.1 Định nghĩa

16.1.2 Đặc điểm và phân loại

16.1.3 Liên kết nén— cot

16.2 Compozit hat

16.2.1 Compozit hat thé 16.2.2 Compozit hat min 16.3 Compozit cốt sợi

16.3.1 Ảnh hưởng yếu tố hình hợc của sợi

Trang 7

16.3,2 Compozit cốt sợi liên tục thẳng hàng | _ — 194

16.3.3 Comipozit cốt sợi gián đoạn thẳng hàng c 198

' 16.3.4 Cömpozit cốt sợi gián đoạn hỗn độn | 199

16.3.5 Kích thước và vật liệu lam cét sdi

`16.8.6.Vậạtlệulàmnền — - 201

16.3.7 Các loại compozit cốt sợi phổ biến có `Ị U02 16.4 Compozl cấu trúc _ : ` 908

16.4.1 Compozi cấu trúc dạng lớp TS

16.4.2 Compozi cấu trúc dạng tấm ba lớp 204

Trang 8

C - VẬT LIỆU KIM LOẠI THÔNG DỤNG -

Trang 9

Chương 9

_ GANG

Gang là loại vật liệu kim loại đen được sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp vì giá thành rẻ và.có một số tính chất quí báu Gang có thể thay

thế thép trong một số điều kiện cho phép

9.1 CÁC ĐẶC TINH CO BAN CUA CAC LOAI GANG

9.1.1 Thành phần hoá học |

Gang là hợp-kim của sắt với các bon (hàm lượng các bon lớn hơn

2,14%)

Thành phần của các bon trong gang cao hơn thép, nên nhiệt độ nóng chảy gang thấp hơn thép, do đó gang dễ nấu chảy hơn thép,

-Trong thực tế hay dùng gang có thành phần hoá học từ (2,14 — 4%)

các bon, Trong gang thường chứa hàm lượng măng gan và silie khá lớn (0,ð —2%) Hai nguyên tố này có tác dụng điểu chỉnh sự tạo thành graphit và cơ tính của gang

Trong gang cịn chứa hàm lượng nhỏ phốt pho và lưu huỳnh trong khoảng (0,05 — 0,õ%) Lưu huỳnh là nguyên tố có hại đối với gang lượng

chứa lưu huỳnh trong gang càng thấp càng tốt -

Ngoài ra trong gang còn chứa một số nguyên tố khác như: Crơm,

niken, mélipden, magié, xêri có tác dụng hợp kim hoá hoặc biến tính cho gang

9.1.9 Tổ chức tế vi

Theo tổ chức tế vi gang được chia làm các loại: Gang trang, gang xam

gang cầu, gang dẻo

- Gang trắng: Là loại gang mà trong tổ chức của nó các bon đều ở,

trong trạng thái liên kết, trong dung dịch rắn hoặc pha xen kẽ Do đó tổ

chức tế vi của gang trắng phù hợp với giản đề giả ổn định Fe —“Fe,C va

luôn ln có chứa hỗn hợp cơ học cùng tình lêđê bur it

- Gang xam, gang cầu, gang dẻo: là loại gang mà phần lớn các bon Ö

trạng thái tự do (graphit) Hình dạng graphit quyết định tên gọi các loại gang này

Trang 10

Graphit dạng tấm phiến: Gang xám Graphit dang cum: Gang dẻo

Graphit dạng cầu: Gang cầu

Tổ chức tế vi của các loại gang trên không phù hợp với tổ chức trong giản đồ trạng thái giả ổn định Fe — Fe;C nên khơng có tổ chức cùng tình

lêđêburit

Trong tổ chức của các loại gang này phụ thuộc vào tỷ lệ grapit và

.xêmentit mà chia chúng làm hai phần:

+ Phi kim loại: Graphit

+ Nền kim loại: gồm có pherit và xêmentit Theo mức độ các bon liên kết tăng mà nền lần lượt có các tổ chức pherit, pherit + Péclit, Péclit,

Péclit — xêmentit thứ hai

Do đó theo tổ chức tế vi của nền và hình dạng graphft sé qui định co tính của từng loại gang

9.1.3 Co tinh va tinh cong nghé

- Co tinh: Gang trang tổn tại một số lugng lớn xêmentit là pha cứng

dịn do đó dễ sinh ra vết nứt dưới tác dụng của trọng tải kéo, do đó gang trắng có độ bền kéo thấp nhất, độ dòn cao -

Gang xám, gang cầu, gang dẻo có mặt của graphit là pha mềm làm gang kém bền hơn so với thép Graphit trong nền thép là nơi dé tập trung ứng suất (theo mức độ ứng suất tăng phụ thuộc vào hình dáng graphit:

hình cầu, hình cụm, hình tấm phiến) Do đó gang cầu có độ bền cao nhất

phối hợp với tính dẻo tốt nhất trong các loại gang Sự có mặt của graphit

trong gang có tác dụng chống mài mòn do ma sát (bôi trơn) làm tắt đao

động cộng hưởng và các rung động khác

- Tính cơng nghệ: Do thành phần của gang gần với cùng tỉnh nên nhiệt độ nóng chảy thấp, tính chảy lỗng cao do đó tính đúc của gang tốt Ngoài ra khả năng của gang chịu gia công bằng cắt gọt tốt có tính hàn trung bình Gang thường được chế tạo các chi tiết chịu tải trọng tĩnh, chịu nén, ít chịu va đập: vỏ máy, bệ máy, các chị tiết ít di chuyển Một số loại

gang có cơ tính cao có thể thay thế thép trong một số trường hợp: Dùng

gang cầu thay thế thép làm trục khuýu cho loại ôtô tải trọng nhỏ và vừa _ 9.2 QUÁ TRÌNH GRAPHIT HỐ TRONG GANG VA CAC YẾU TỔ

ẢNH HUONG

Đặt uấn đề: Trong các loại gang có thành ph: in các bon giống nhau

(> 2,14%C) cé loại chỉ tạo ra xêmentit như gang tr ang có loai tao graphit

Trang 11

_ như gang xám, gang cầu, gang dẻo, trong các loại gang có graphit tự do

việc tạo graphit dạng tấm phiến xẩy ra một cách tự nhiên, tạo ra graphit dạng cầu phải cầu hoá graphit và tạo ra graphit dạng cụm phải thông qua công nghệ ủ gang trắng thành gang đẻo Tức là quá trình tạo ra graphit _ dạng cầu và dạng cụm là quá trình nhân tạo

Vì thế phải nghiên cứu quá trình tạo graphit dạng tấm phiến trong

gang xám Quá trình tạo graphit này gọi là q trình graphit hố

9.2.1 Sự graphit hoá

- Graphit: graphit có mạng lục giác xếp lớp (xem hình 9-1) trong đó

các nguyên tử các bon được xếp thành từng lớp một, khoảng cách giữa các

nguyên tử trong một lớp rất gần nhau (1,42A") còn giữa hai lớp liên tiếp

lại rất xa nhau (3,40A°) Cấu trúc xếp lớp này làm cho graphit hình thành ở trạng thái lỏng sẽ phát triển rất nhanh theo các lớp tạo nên dạng tấm phiến cong Graphit tấm là dạng tự nhiên của graphit trong gang

7 — + =| ° 3 mt - - a 2 Fy + Xé ee xt ® SS _“ = 1 | N ao 3 | | | | L} 224" „ — IHÍ 1188 Nhiệt độ CC)

_ Hình 9.1 Mang tinh thé _ Hình 9.2 Sơ đồ thay đổi năng lượng của graphit - tu do cua gang long, hon hop y + Ga,

hỗn hợp y + Xê theo nhiệt độ của gang có thành phần cùng tỉnh (4,3%C) °

- Sự tạo thành graphit trong hợp kim Fe — € nguyên chất

Trong hợp kim Fe — C nguyên chất khơng có graphit vì sự tạo thành

graphit rất khó khăn Để xét sự tạo thành graphit trong gang phải nghiên

cứu công tạo mầm và điều kiện năng lượng tự do

+ Xét năng lượng tự do: (xem hình 9-2) qua sơ dé hinh 9-2 cho thay rằng ở mọi nhiệt độ năng lượng tự do của pha Ôstenit + graphit luôn luôn

nhỏ hơn năng lượng tự do của pha Ôstenit + xêmentit Về phương diện

này khả năng tạo graphit có lợi hơn đó là chiều hướng của quá trình Nhưng trên thực tế tạo ra xêmentit chứ không tạo ra graphit phải xét

Trang 12

+ Công tạo mầm: Công tạo mầm ra xêmentit nhỏ hơn công tạo mầm

ra graphit rất nhiều do các nguyên nhân sau:

Về thành phần hoá học: graphit chứa 100%C còn xêmentit chỉ chứa

6,67%C ở nhiệt độ cùng tỉnh Ôstenit chứa 2,14%C so với thành phần của

gang lỏng là 4,3% thì graphit có sai khác thành phần lớn hơn nhiều so

với xêmentit, quá trình khuyếch tấn các bon tạo xêmentit (6,67 — 4,3%C) nhanh hơn tạo graphit (100 — 4,3%Ó) °

Về cấu trúc tính thể:

Ơstenit có mạng lập phương

diện tâm gần với xêmentit có

dạng khối 8 mặt hơn là graphit có mạng lục giác xếp lớp

Do đó kết hợp hai nhân tế

năng lượng tự do và cơng tạo

mầm thì khả năng tạo graphit tt’ gang long trong hop kim Fe- _C nguyên chất theo hình 9-2 chi

xẩy ra trong khoảng nhiệt độtừ : ¬

(1153 — 1147°C) con duéi 1147°C Hình 9-3 Sơ đồ thuy đơi

tiết ra Ơstenit + xêmentit năng lượng tự do

Tuong ty nhu ở thể lỏng, sự graphit ở thể rắn khi xét quá trình phân ' loại Ôstenit ra hỗn hợp cùng tích: pherit + xêmentit và pherit + graphit thì khả năng tạo graphit từ Ôstenit chỉ xây ra trong khoảng nhiệt độ (738 — 727°C) xem hinh 9-3 -

Két ludn: Qua trinh graphit hoa ở thé ran va thé lỏng xây ra trong một phạm vi nhiệt độ rất hẹp giữa hai đường ổn định và giả ổn định, tốc

độ làm nguội phải rất chậm mới có thể graphit hố được vì cơng tạo mầm ra graphit rất lớn cần phải có q trình khuyếch tán các bon

Fat Ga Năng lượng tự do F I Ị I | | 1 t2Ì-————————-|-—— 7 738 Nhiệt độ (C):

° Hop kim Fe — C nguyén’ chất ngay cả hàm lượng các bon

cao cũng khơng có graphit

Hình 9-4 trình bày giản đồ trang thai Fe — C với cả hai hệ

thống giả én dinh (Fe — Fe,C)

đường liển và ổn định (Fe - Ga) đường đứt đoạn Các đường của hệ ổn định đều cao hơn và dịch sang trái so với đường tương ứng của hệ giả ổn định _ Hình 9.4 Giản đồ trạng thái Fe - Cổn định (đường đút đoạn) uù giỏ ổn định (đường liên)

Trang 13

9.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình graphit hoá

- Ảnh hưởng của thành phần hố học: Gang ngồi sắt và các bon còn

chứa nhiều nguyên tố như Mn, 5i, P, S; Các nguyên tế này có ảnh hưởng

khác nhau đến sự tạo thành graphit

Các bon là nguyên tố thúc đẩy quá trình tạo graphit, hàm lượng các

bon càng nhiều thì khả năng tạo graphit càng lớn

Silic 1A nguyén to thúc đẩy mạnh sự tạo thành graphit, né lam giảm

khả năng hoà tan của các bon trong gang lỏng vào Ôstenit, lượng S1 trong gang graphit hoá khoảng (1 — 3%)

Mang gan là nguyên tế ngăn cản sự tạo thành gr aphit, Mn nhiéu dé

lam hoa trang cho gang Nhung Mn lai là nguyên tố làm tang độ bền cho gang Hàm lượng Mn chiếm (0,3 — 1 %) trong gang

Lưu huỳnh là nguyên tố làm cần trở quá trình graphit hố, nó làm

giảm tính chảy lỗng (xấu tính đúc) do đó hàm lượng S trong gang hạn chế càng nhỏ càng tốt

'Phốt pho là nguyên tố không làm ảnh hưởng đến q trình graphit

hố, làm tăng tính chảy lỗng trong gang (tính đúc tốt) Khi hàm lượng P nhiều sẽ tạo trong gang cung tích ba nguyên là [pherit (giầu phốt pho) +

xémentit + Fe,P] lam tang độ cứng và tính chống mài mịn cho gang, nhược điểm làm dòn gang Do đó hàm lượng phốt pho cỡ (0,1 — 0,2%) trong

gang

Các nguyên tố khác như Si, Al, Ni, Co khơng có khả năng kết hợp với

các bon thành các bít mà chỉ hoà tan vào pha pherit sẽ thúc đẩy quá trình tao graphit (dac biét Si va

Co còn ngăn cản các bon tạo các bít) Các nguyên tố

Mn, Cr, W, V tao cac bit

mạnh với các bon lầm

cham qua trinh graphit 6 hoa | 50 Ww or ~ %(C+Si) - Tốc độ làm nguội: jaan „ 5 272

Trong quá trình đúc gang

tốc độ làm nguội càng © I | a 2) II

LL

‘cham càng thúc đẩy quá - 4 Drm

trinh graphit hoá Đúc 7 Chiều dày thành vật đúc (mm)

trong khuôn cát dễ tạo: S

graphit hơn trong khn Hình 9-5 Giản đồ tổ chức gang xứm

kim loại, bể mặt vật đúc -_ đúc trong bhuôn cát

thường dễ bị biển trắng J Gong trắng, II Gang xám Pécli,

hon trong lõI THỊ Gang xám Pherit

Trang 14

Hình 9-5 nêu lên ảnh hưởng tổng hợp của thành phần hoá hoe (%C + %Si) và tốc độ nguội biểu thị qua chiều dày thành vật đúc đến mức độ tạo thành graphit

- Nhiệt độ nấu gang lỏng: Nếu nhiệt độ nấu gang lỏng càng cao sinh

ra hiện tượng quá nhiệt làm tan các trung tâm kết tỉnh sẽ làm giảm quá trình graphit hoá ˆ

- Các trung tâm kết tỉnh: sử dụng tâm mầm ký sinh như bụi tường

lò, bụi quặng, bụi than đóng vai trị làm giảm cơng hình thành mầm graphit sẽ thúc đẩy quá trình graphit hoá

9.3 CÁC LOẠI GANG

9.3.1 Gang trang

- Gang trang là hợp kim của Fe với C trong dé ham lượng các bon từ 2,14 đến 6,67% Các bon trong gang trắng ở-trạng thái liên kết

- Có ba loại gang trắng phân theo tổ chức tế vi

Gang trắng trước cùng tỉnh có tổ chức tế vi là Péclit + xêmentit thứ 2

+ Lédéburit

Gang trắng cùng tỉnh tổ chức tế vị là lêđêburit

Gang trắng sau cùng tinh có tổ chức tế vi là Lêđêburit + xêmentit thứ 1

- Thành phần hoá học của gang trắng: Ngoài Fe và các bon chiếm hàm lượng (2,8 - 3,8%) còn các nguyên tế khác như Sĩ, Co, AI, Cu và các

tap chat P, S

- Co tinh cua gang trắng: có độ cứng cao không thể cắt gọt được, khả năng chống mài mòn cao

- Ký hiệu: Gang trắng khơng có ký hiệu

- Cơng dụng: Gang trắng dùng để luyện “thép, ngoài ra dùng để chế tạo một số chi tiết máy như trục cán thô, mép lưỡi cày máy, bánh răng tời chuyển động với tốc độ chậm, chế độ chống ăn mòn tốt

9.3.2 Gang xám

- Gang xám là gang trong đó các bon ở trạng thái tự do la graphit, graphit có dạng: vảy, vạch, đường nhọn hai đầu

- Phân loại gang xám theo mức độ graphIt hoá

Gang xám pherit: Các bon ở trạng thái graphit hoá hồn Í tồn có dạng

hình tấm, nền pherit

Gang xám pherit + Péclit: Mức độ graphit hoá trong gang mạnh các bon liên kết chiếm khoảng (0,1 — 0 16%) nén kim loai ting với thép trước cùng tích là pherit + Péclit và graphit ở dạng tấm

Trang 15

Gang xam Péclit: mức độ gr aphit hoá bình thường, lượng các › bọn hén

két chiém khoang (0,6 — 0,8%), nén kim loại ‹ -có tổ chức thép cùng tích Péclit và graphit ở dạng tấm

Ngoại lệ khi mức độ graphit | hoá yếu sẽ Số, Joai gang xám 'Pếclit te xêmentit có nền giống như tổ chức của a thép sau cùng tích và graphit ở ` dạng tấm nà nó TƯ

- Thành phần hoá học của gang xắm `

+ Các bon: là nguyên tố thúc đẩy quá trình, graphit hoá, hàm lượng các bon càng cao làm nhiệt độ nóng chảy của gang càng thấp do: đó làm tăng tính đúc cho gang Hàm lượng các bon trong gang xám chiếm khoảng (2,8 - 3,5%) nếu vượt quá hàm lượng này sẽ tạo ra nhiều graphit làm giảm cơ tính của gang ị

+'Silic: Với hàm lượng (1,5 — ` 88) + thúc đẩy quá trình graphit hoa ngồi ra silic cịn hoà tan vào: pherit làm tăng độ cứng và độ bền cho pha này Lo

+ Măng gan: là nguyên tố cản trở quá trình graphit hoá làm hoá trắng cho gang, vì vậy khống chế tỷ lệ giữa măng gan và silic cho phù

hợp Hàm lượng măng gan chiếm (0, 5 — 1%) tr ong gang

+ Phét pho: Không ảnh hưởng dénqua trinh graphit hoa nhung có lợi

là làm tăng tính chảy lỗng Phốt pho tạo ra cùng tỉnh (Fe + Fe;P) hoặc (Fe + Fe,C + Fe,P) ở dưới dạng đứt đoạn phân bố đều, tính chất thường địn, làm tăng tính chống mài: mòn Hàm tượng phốt pho» khống chế (0,1 - 0,2%)

+ Lưu huỳnh: Là nguyên tố cần trở Hiạnh ‹ quá trình graphit hố trong gang, nó cịn làm xấu tính đúc do làm giảm tính chảy lỗng Thường khống chế hàm lượng lưu huỳnh có 0, 08% với vật đúc nhỏ hoặc (0,1 — 1,2%) đối với vật đúc lớn os

+ Trong gang xám cịn có các nguyên tố khác n nhứử Crôm, Molipđen, niken, đồng chúng ảnh hưởng khơng lớn lắm đến tính chất của gang

- Cơ tính: Do có mặt graphit ở dạng tấm nên cơ tính của gang kém so

với thép vì graphit là pha mềm trong nền cứng do đó nó như những lỗ

trống, vết nứt làm mất sự liên tục của nền kim loại, làm giảm mạch độ

bền kéo Hình dạng tấm nhọn hai đầu của graphit tạo nên sự tập trung ứng suất cũng ảnh hưởng xấu đến độ bền kéo -:

Đối với gang xám độ bền kéo chỉ đạt được giới hạn a ~ s) độ bền nén Cờn độ bền nén của gang không bị ảnh hưởng bởi graphIt nên gần giống thép

Graphit ảnh hướng rõ rệt đến cơ tính ga gang xám: Số lượng, độ-lón, sự phân bố của graphit ˆ` TRƯỜNG ĐẠI Học

GIAO T RONG VẬN T AN - CƠ SỞ 2

Trang 16

Graphit càng nhiều thì lỗ rỗng càng lớn, cơ tính giảm Muốn giảm số

lượng graphit phải giảm hàm lượng các bon hoặc tăng lượng các bon liên kết 9

Kích thứơc graphit tấm càng dài thì sự chia cắt nền càng lớn, cơ tính _ sẽ giảm Để nâng cao cơ tính phải có biện pháp làm nhỏ hạt graphít

Sự phân bố graphít càng đồng đều càng nâng cao cơ tính chung vì nếu phân bố khơng đồng đều có chỗ nhiều graphít cơ tính thấp chỗ ít graphít

CƠ tính Cao

Ảnh hưởng của nền kim loại đến cơ tính của gang Nền kim loại có cơ tính càng cao thì cơ tính của gang càng cao do đó nền Péclit có cơ tính éao

hơn nền pherit + Péclit và cơ tính thấp nhất là nền pherit Do đó nếu chất lượng graphít như nhau thì gang xám Péclit có cơ tính cao nhất và gang xám pherit có cơ tính thấp nhất Nói cách khác nếu lượng các bon

liên kết trong nền kim loại mà tăng sẽ tăng cơ tính của gang

Để nâng cao cơ tính của gang xám trong thực tế thường dùng các biện

pháp sau:

+ Giảm lượng các bon của gang: Nâng cao được nhiệt độ nóng chảy của gang làm khó tính đúc Trong trường hợp này sử dụng gang có hàm ©

lượng các bon (2,2 — 2,5%) Biện pháp này ít dùng

+ Biến tính: Đây là biện pháp có hiệu quả để nâng cao cơ tính của, gang bằng cách cho vào gang lỏng trước khi rót hỗn hợp có nồng độ là 65% pherôsilic + 35% nhôm Hỗn hợp này chiếm tỷ lệ (0,3 — 0,5%) trong gang

lỏng Nhờ có biến tính nên tạo ra trong gang lỏng các ôxyt, nitrIt nhỏ mịn phân tán làm cho sự tạo mầm graphít thuận lợi Gang x4m biến tích có graphít nhỏ mịn phân bố đều làm tăng cơ tính

+ Hợp kim hố: Đưa thêm các nguyên tố hợp kim vào gang có tác dụng nâng cao cơ tính, cải thiện một số tính chất lý hoá đặc biệt là tính chống ăn mịn, chống mài mòn và chịu nhiệt

+ Nhiệt luyện: Tôi và ram gang xám biến nền kim loại thành các tổ

chức xc bít, trustit, Máctenxit ram để đạt được độ bền cao - Ký hiệu gang xám và ứng dụng

6 Nga ký hiệu gang xám bằng chữ CHÍ với hai số tiếp theo chỉ giới hạn bền kéo và giới hạn bền uốn tính ra kG/mm? Ở Việt Nam ký hiệu gang

xám hai chữ GX và phần số giống như ký hiệu của Nga

Ví dụ: C5 — 32 ứng với GX 15 — 32 -

^ x A ^Z Z “SA QQ

Sau đây là một số mac gang tiêu biểu:

Trang 17

CH12 —- 18 là gang xám có cơ tính thấp loại pherit + péclit với tấm

gr aphit thé dtng dé làm chi tiết chịu tải nhẹ và khơng chịu mài mịn như

VỎ 6 nap may :

C15 — 32, CU18 — 38 1a gang xám có cơ tính trung bình nền kim loại

là pherit + péclit, tấm graphít hơi thô dùng để làm chỉ tiết chịu tai trọng

trung bình, chịu mài mịn ít như vỏ hộp giảm tốc, thân máy bơm, các te,

mặt bích

CU21 — 40, CH24-44, CH28-48 là gang xám có cơ tính tương đối cao nền kim loại là péclit, tấm graphít nhỏ mịn dùng để làm các chỉ tiết chịu

tai trong tĩnh cao, chịu mài mòn như: bánh đà, bánh răng, sơ mi, piston, x1 lanh, máy nén khí, máy hơi nước, hệ máy công cụ

- (432-52, CU36-56, CU40-60 là gang xám có cơ tính cao có nền kim loại là peclit và graphít tấm phân tán nhỏ mịn dùng để làm các chỉ tiết chịu tải trọng tĩnh cao, tải trọng động cao, chịu mài mồn như bánh răng chữ V, trục chính, vỏ bơm thuỷ lực, van trượt áp suất cao

- Gang xám biến trắng: Trong sản xuất cơ khí khơng sử dụng gang

trắng vì khó gia cơng cắt gọt và dòn Dé sử dụng vào mục đích chống mài

mòn người ta sử dụng gang xám biến trắng bề mặt Khi đúc gang xám có bộ phận cần cứng và chống mài mòn được làm nguội nhanh hơn kết quả

nhận được chi tiết đúc có lõi là gang xám và bề mặt là gang trắng Gang

xám biến trắng được sử dụng trong quá trình chế tạo bị nghiền, truc can, ludi may cay

9.3.3 Gang cau

- Gang cầu còn được gọi là gang có độ bền cao với graphít ở dạng hình

cầu Đây là loại gang có độ bền cao nhất đồng thời có thể chịu được tại trọng va đập

Muốn được graphít dạng hình cầu cần phải có chất biến tính đặc biệt

cho vào gang lỏng khi nấu luyện để cầu hố graphít

- Tuỳ theo mức độ graphít hố phân ra làm ba loại gang cầu: gang cầu pherit nền kim loại là pherit và graphít hình cầu, gang cầu pherit + Péclit, nền kim loại là pherit + Péclit và graphít hình cầu

Gang cầu Péclit có nền kim loại là Péclit và graphít hình cầu

- Thành phần hóa học của gang cầu: Giống như gang xám, chỉ khác là trong gang cầu có thêm lượng biến chất biến tính với mục đích để cầu hố

graphit

Người ta sử dụng hai nguyên tố Magié (Mg) va eri (Xe) lam chat

biến tính Mức độ cầu hoá của Xêri mạnh hơn Magiê nhưng giá thành lại

đắt hơn nên ít sử dụng xêri Sử dụng phổ biến vẫn là Magiê Hàm lượng magiê khống chế trong khoảng (0,04 — 0,08%)

Trang 18

Thành phần hoá học của gang cầu sau khi biến tinh (3,0 — 3,6%C)

tá — 3,0% Si) (0,5 — 1%Mn) ~ 2%Ni (0,04 — 0 ,08%Mg và < 0,15%P;

< 0,03%S :

- Ởơ tính: gang cầu có graphít ở dạng hình cầu là dạng thu gọn nhất, ít chia cắt nền kim loại nhất, ít tập trung ứng suất Do đó làm tang co |

tính của nền kim loại so với gang xám và có thể đạt được (70 — 90%) cơ

tỉnh của thép Ngoài ra gang cầu cịn có độ dẻo dai nhất định làm cho nó

có cơ tính tổng hợp cao gần với thép các bon

Cơ tính của gang cầu phụ thuộc vào tổ chức của nền kim loại: Nền kim loại là pherit có tính dẻo dai cao Nền kim loại là Péclit nhỏ mịn hoặc xoóc bít ram sẽ có độ bền cao Sau khi tôi đẳng nhiệt nền kim loại có tổ

chức là Bainit sẽ làm cho nền có độ dai cao và có cơ tính tổng hợp cao - Do đó để tăng cơ tính của gang cầu người ta tiến hành nhiệt luyện các ‘chi tiết bằng gang cầu:

: Cơ tính của gang cầu cũng phụ thuộc vào số lượng, kích thước và sự ` phân bố graphít hình cầu Graphit hình cầu càng trịn càng nhỏ, càng it,

phân bố càng đều thì cơ tính của gang cầu càng cao - Ký hiệu và ứng dụng gang cầu

6 Nga ký hiệu của gang cầu bởi hai chữ BU VỚI hai chỉ số tiếp théo

chỉ giới hạn bền kéo tính bằng kG/mm? và độ dan dài tính bằng %

Ỏ Việt Nam ký hiêu gang cầu bằng hai chữ GC va hai chi số tiếp theo

như của Nga

Ví dụ: B160 — 02 tương ting vdi GC 60 — 02

Trong ché tao may thudng dùng các số hiệu gang cầu: BHW88-17, BH45-5, BH60-2 tương ứng với các nền kim loại là pherit, pherit + Péclit,

Péclit Do có cơ tính tổng hợp cao tính đúc tốt gang cầu được dùng để chế tạo các chi tiết quan trọng thay cho thép như : trục cán, thân tuốc bin hơi, - làm trục khuỷu ô tô các chỉ tiết quan trọng khác

9.3.4 Gang dẻo

_—- Gang dẻo: là gang tó -graphít ở dạng cạm Dơ graphit ở dang cum làm cho gang dẻo có khả năng công nghệ rèn tốt cho nên còn cố tên gọi khác của gang dẻo là gang rèn

- Phân loại gang dẻo: Cũng như gang xám và gang cầu, theo tổ chức _ tế vi của nền kim loại gang dẻo được phân làm ba loại: '

` Gang đẻo pherit: nén kim loại là pherit và graphít ở dạng cụm gang do pherit + Péclit nền kim loại là pherit + Pecht va graphít ở dạng cụm

Trang 19

- Thanh phần hoá học:

Khác với gang cầu và gang xám, graphít của gang dẻo hình cụm

không phải tạo nên khi đúc mà hình thành trong quá trình ủ gang trắng thành gang dẻo Vì vậy thành phần hoá học của gang dẻo phải đảm bảo

sao cho q trình graphít hố khơng được xẩy ra ở bất kỳ bộ phận nào khi kết tỉnh mà chỉ được xẩy ra khi ủ

Do đó tổng lượng các bon và silic là hai nguyên tố graphít hố khơng được nhiều q để khơng có q trình graphít hố làm nguội vật đúc Nhưng lượng này phải đủ để có quá trình graphít hố xẩy ra khi ủ, tổng lượng các bon và Silic khoảng 3,5% là vừa phải

Để đúc thành gang trắng: Hàm lượng gang đúc phải ít các bon va silic và làm nguội nhanh khi đúc

Lượng các bon trong gang dẻo càng thấp càng tốt góp phần làm tăng

tinh déo cua gang sau khi ủ, tuy nhiên nấu luyện sẽ khó và tính đúc cũng

xấu ởi ;

Các loai gang dẻo thông thường có thành phần hố học khi đúc:

(2,2 — 2,8%C), (0,8 —1%)Si, <1%Mn, <0,1%S; va <0,2%P

Chú ý: Dé đạt được tổ chức gang trắng sau khi đúc thì chiều dày chi tiết đúc cũng vừa phải, khơng lớn lắm, kích thước khoảng (10 — 20mm)

- Cơ tính của gang dẻo: Do cụm graphít tương đối tập trung nên gang

dẻo có độ bền kéo cao hơn gang xám nhưng lại nhỏ hơn gang cầu Giới hạn bền kéo của gang dẻo trong khoảng (300 — 600)N/mnẺ

Độ dẻo của gang dẻo kha cao (5 — 10%) có khi vượt quá độ dẻo của

gang cầu Nguyên nhân có độ dẻo cao trong gang dẻo phải kế đến hàm lượng các bon trong gang dẻo là nhỏ

- Ký hiệu và ứng dụng gang dẻo

O Nga ký hiệu gang dẻo, bởi hai chữ K và hai chỉ số tiếp theo chỉ

giới hạn bền kéo tinh bang kG/mm? va độ dãn dài tính bằng %

O Việt Nam ký hiêu gang dẻo bởi hai chữ GZ và hai chỉ số tiếp theo như cách ký hiệu của Nga

Vi du: KU33 — 08 tương ting GZ 33 — 08

Hiện nay hay sử dụng hai loại gang dẻo là:

Gang dẻo pherit con goi la gang déo lối đen và gang déo Péclit gol la gang déo 16i trắng: Hai loại này khác nhau đôi chút về thành phần các bon và phương pháp ủ

Gang dẻo pherit.chế tạo từ gang trắng có các thành phần các bon thấp

với giới hạn dưới cố (2,2— 2,3%C) Nung nóng va ủ gang này trong môi

Trang 20

trường trung tính được tổ chức pherit va graphit dang cum, do graphit hoá triệt để làm mặt gãy có màu đen gọi lag gang dẻo lõi đen Nó có tính

dẻo cao nên được sử dụng làm các chi tiết chịu va đập cao Nấu đúc gang trắng để ủ ra gang dẻo pherit này rất khá khăn phức tạp Các mác gang dẻo lõi đen hay dùng là K30 — 6; KH838 - 8, K35 - 10; KH837-— 12

Gang dẻo Peclit là loại gang dẻo chế tạo từ gang trắng có thành phần

các bon cao hơn (cận trên) vào khoảng (2,6 — 2,8%C) Do ham lugng cac bon cao không ủ ra nền pherít vì lúc đó quá nhiều graphít Để giảm bớt lượng graphít dùng phương pháp ủ trong môi trường ôxy hoá làm các bon sẽ bị cháy đi một phần trong quá trình ủ Nhận được nền kim loại là Péclit, it gr aphit mặt gãy sáng hơn gọi là gang dẻo lõi trắng Về cơ tính gang dẻo lỗi trã ang có độ bền cao hơn gang dẻo lõi đen và độ dếp thấp hơn Công nghệ nấu gang trắng để ủ thành gang dẻo lõi trắng dé dang hon

Cac mac ‘gang dẻo jo trắng hay dùng: KH45 — 6, KHð0- 4; KH60- 3; KU63- 2 ¬

Gang dẻo có cơ tính tổng hợp cao hơn gang xám nhưng lại đắt hơn về 'giá thành cho nên chỉ sử dụng chế tạo các chi tiết thoả mãn ba điều kiện

sau: hình dáng phức tạp, tiết diện thành mỏng và chịu va đập

Gang dẻo hay được sử dụng để chế tạo các chị tiết trong máy nông nghiệp, ôtô, máy kéo, máy dệt ,

944 NHIỆT LUYEN GANG, 9.4.1 Nhiét luyện gang trắng

Ủ gang trắng thành gang déo Phôi liệu để ủ gang trắng thành gang dẻo là vật đúc bằng gang trắng trước ` cùng tình có hàm lượng các bon

(2,1 - 2,8%) -

Chế độ nhiệt và qui trình công nghệ ủ gang trắng thành gang dẻo được trình bày ở hình 9-6

Các chuyển biến của gang trắng trong q trình nung nóng tn theo

giản đồ trạng thái Fe — ö bên trái của hình 9-6 và mọi q trình graphít

hố đều xây ra bang su phan hoa xémentit

Ee,C —P”?° › Ôstenit+ Graphit Fe,C —®# “=> Pherit + Graphit

Qua trình Ủ u diễn ra theo sơ đồ quan hệ T= f ©) cua 2 hinh 9- 6 phia bén phải,

+ Gang trắng trước cùng tỉnh có tổ chức P + Xên + Lê v với Lê = (P+Xâu)

được nung nóng đến 1000°C, tại nhiệt độ này tổ chức gang trắng là y + Xêu

+ Lê với Lê = g + Xê,) Vì vậy tổ chức thực chất có hai pha là y và Xe

Trang 21

-Ơstenit có thành phần cắc bon tương ứng với đường bão hoà SE là 1,8%€Œ

còn gọi là y¡; Thời gian nung đến nhiệt độ 1000°C dai 20 gid

`“ | P | y9tXé ai > | MetXÊV lọpo Ý n t Sun, 1I mm a

910}, T+ si! @- H(y+Ke, Xê — 1 +G

xe Hy an +G + 1" N | 727 al of yee i | | 70.77 7 1 4 N I pl! N Í LIIN tỊ Lê ra .› | P†G œ+P+G Gœ+P! P+Xã \ eV P+Xêrr(P+Xê 0# œ+G L1! Ñ | 11 NY¡ : LIIÑ- + 1 ` ` 1 + > 081891 | 4,3 ” H to a Thoi gian (h) =<

Hinh 9-6 Chế độ nhiệt qui trình cơng nghệ _—— gơng trăng thành gang déo

+ Giữ nhiệt lâu ở 1000°C trong thời gian khoảng 1ỗ giờ có quá trình

“phan hố Xêmentit (chủ yếu là Xêy, ¢ cịn rất ít Xên) theo phản ứng

Fe,C —“*, the + Graphit (G)

Sau khi giữ tổ chức nhận được là ys + uy, Gia1 đoạn này được gọi là giai đoạn graphít hố lần thứ nhất chủ yếu xẩy ra q trình graphít hố

xêmentit cùng tình

+ Làm nguội chậm từ 1000°C xuống 700° khoảng 10h có các quá

trình xẩy ra là:

Từ 1000” xuống 727°C:

Tis —* Yx„ † Xêu

GO day: y có X%C và 0,8<X<1,8

| Xêu —> „ + Gym

O727C: y, là yes @=0,8) tổ chức là Yo.¢+ Geum

Khi làm nguội.xuống đưới nhiệt độ 727°C thì: yọ„ —> P

Đến 700°C tổ chức đạt được sau thời gian làm nguội 10h là: P+ Geum !

Trang 22

+ Giữ nhiệt lâu ở 700°C trong khoảng thời gian 30h thì xêmentit trong cùng tích Péclit bị phân hố theo phản ứng:

Xêu —“““—>.œ+Gcụm

Giai đoạn này gọi là giai đoạn graphít hố lần hai, xẩy ra q trình graphít hố xêmentit cùng tích Tổ chức nhận được sau thời giữ 30h là -œ + Gcụm ta được gang đèo pherit

+ Nếu thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ 700°C chua đủ lớn chựa phân hoá

hết xêmentit trong cùng tích, gang sẽ có tổ chức lä:

Pherít + Péclit + Ggraphít dạng cụm Đây chính là gang dẻo pherít + Péclit

+ Khi đạt được tổ chức của loại gang dẻo mong muốn, chi tiết được làm nguội ngồi khơng khí

9.4.2 Nhiệt luyện gang xám, gang cầu, gang dẻo Các loại gang có graphít đều chia tổ chức làm hai phần:

- Phần cứng: nền kim loại có tổ chức giống tổ chức của thép các bon

pherít hoặc pherit + Péc]It hoặc Péclit

Phần mềm là graphít có dạng tấm phiến hoặc cầu hoặc cụm .-= Do đó ap dung cac nhiét luyén cho gang dé lam thay doi tổ chức x và

tính chất của nền kim loại có tổ chức là thép các bon là cần thiết và có

hiệu quả hố bền cao

- 9.4.2.1, Nhiét luyén gang xam

Khi nhiệt luyện gang xám chỉ làm biến đổi tổ chức cuả nền kim loại _hoặc biến đổi lớp vỏ biến trắng thành gang xám Nhiệt luyện không làm

biến đổi được dạng tấm của graphít cũng như kích thước của nó Gang xAm hay áp dụng các dạng nhiệt luyện sau:

a) U khủ ứng suất bên trong

Khi kết tinh do làm nguội và chuyển biến tổ chức vật đúc sẽ suất hiện

ứng suất nhiệt và ứng suất tổ chức, các trạng thái ứng suất này gây ra: biến dạng thậm chí làm nứt vật đúc do đó cần phải khử bỏ ứng suất dư -

- Để giảm ứng suất bên trồng người ta tiến hành bảo quản vật đúc

sau khi đúc ở nhiệt độ thường trong thời gian (6-12) tháng, Sau mới gia cơng cơ khí phương pháp này gọi là hoá gia, tự nhiên

Trang 23

- hoặc lâu hơn, rổi làm nguội chậm cùng lò với tốc độ làm nguội

(20 — 50°C)/h dén nhiét d6 200°C, sau đó làm nguội vật đúc ngồi khơng

khi - ,

Nhiệt độ ủ khử ứng suất khơng nên cao q, vì ở nhiệt độ cao dễ sinh ra hiện tượng graphít hoá làm mềm gang

b) Ủ khử lớp uô biến trắng — _

Do làm nguội nhanh bề mặt vật đúc bằng gang xám bị biến đổi tổ

chức thành gang trắng có cơ tính rất cứng, làm khó cho q trình gia công

bằng cắt gọt tiếp theo

Để khắc phục lớp vỏ biến trắng này tiến hành công nghệ ủ Vật đúc sẽ

được nung lên nhiệt d6 (800 — 850°) giữ nhiệt ở nhiệt độ này trong khoảng thời gian (1-2)h sẽ có q trình phân hoá xêmentit

Xê > y+G |

Quá trình làm nguội chậm tiếp theo sẽ tiếp tục phân hoá tiếp xêmentit theo phản ứng

Xê >> atG

Kết quả cuối cùng sau khi ủ lớp biến trắng của gang xám sẽ có tổ chữ”

nền kim loại là Péclit hoặc Péclit + pherít hoặc pherít, tuỳ thuộc vào mức độ graphít ít hay nhiều

c) Ủ để thay đổi nên him logi

- Ủ để giảm lượng các bon liên kết

Lượng các bon liên kết của nền có ảnh hưởng lớn đến cơ tính làm thay đổi hàm lượng các bon của nền kim loại sẽ thay đổi cơ tính của gang

Giảm lượng các bon liên kết trong nền có nghĩa là làm biến đổi tổ

chức nền theo chiều hướng từ Péclit sang Péclit + pherít hoặc từ Péclit + pherit sang pherit

Về co tinh sé làm giảm độ cứng và tăng độ dẻo dai của nền tiến hành

ủ ở nhiệt độ 700°C (nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ A) trong khi giữ nhiệt có

q trình graphít hố xấy ra đối với Xê trong cùng tích -

Xê — “=> ơ+G

- Ủ để tăng lượng các bon liên kết

Tăng lượng các bon liên kết có nghĩa là biến đổi tổ chức của nền theo

chiều hướng từ pherít sang pherít + Péclit hoặc từ pherít + Péclit sang

Trang 24

Tiến hành ủ bằng cách nung vật đúc lên nhiệt độ chuyển biến lớn hơn A, hoặc A; để nền kim loại có tổ chức là Ôstenit Giữ nhiệt lâu lúc đó

graphít hồ tan vào Ôstenit cho tới giới hạn bão hoà SE ở nhiệt độ đã chọn Phải tính tốn thời gian giữ nhiệt thích hợp sao cho lượng các bon trong Ostenit đạt được cỡ (0,6 — 0,8%) Khi lam nguội với tốc độ vừa phải ' để hạn chế sự graphít hố sẽ nhận được tổ chức nền là Péclit hoặc Péclit _ + pherít

d) Téi va ram

Mục đích của tơi và ram đối với gang xám là tăng độ cứng, tăng độ bền tăng tính chống mài mòn Nhưng hiệu quả hố bền khơng cao bằng

thép các bon vì trong gang xám có graphít mà nhiệt luyện không biến đổi được kích thước và hình dang graphit

Khi nung nóng nền kim loại của gang sẽ thay đổi tổ chức theo giản đồ

trạng thái Fe - C Nhiệt độ tôi được chọn và tính tốn theo tổ chức của

nền kim loại tương ứng, để nền kim loại có tổ chức là y tai nhiệt độ nung - Tổ chức của gang xám tại nhiệt độ nung để tôi là y+G Giữ nhiệt một thời ,

gian thích hợp để graphít hồ tan vào trong Ơstenit, tính tốn lượng hoà ˆ tan để hàm lượng các bon của nền đạt được nồng độ (0,6 — 0 ,8%) trong

Ostenit

_ Sau đố gang xám được làm nguội nhanh để nhận được tổ chức MáctenxIt có độ cứng cao và graphít dạng tấm

Độ cứng đạt được saư khi tôi của gang kém thép có cùng hàm lượng

các bon với nền gang là (5 — 10)HRC

Trong quá trình ram, Máctenxit của gang xám sau khi tôi cùng chuyển biến giống Máctenxit của thép cịn graphít vẫn giữ nguyên

Có các phương pháp ram sau:

- Ram thấp: ở nhiệt độ (150 —:.200°C) nhận được tổ chức sau khi ram là

Máctenxit ram + graphít dạng tấm

- Ram trung bình: ở nhiệt độ (300 - — 450°C) nhận được tổ chức là Trustit ram+ graphít dạng tấm '

- Ram cao: ở nhiệt độ (500 — 600°C) nhận được tổ chức sau khi ram Xc bít ram+ graphít dạng tấm

e) Hoá bền bê mặt

Đối với gang xám hoá bền bề mặt bằng cách tôi bể mặt hoặc hoá nhiệt

luyện, ít áp oad các công nghệ hoá bề mat bằng phương pháp cơ học như:

phun bị, lăn, ép

- Tôi bề mặt gang xám tiến hành bằng cách nung nóng nhờ dịng điện

cảm ứng có tần số cao Nhiệt độ tôi tần số cao cỡ (850 — 950°C) Tôi cao tần

Trang 25

cần phải khống chế tốc độ cung cho gang xám không được quá lớn vì nhiệt độ nóng chảy và tính dẫn nhiệt của gang thấp dễ sinh nứt và nóng chảy

Tơi cao tần có tác dụng làm tăng cơ tính như độ cứng, tính chống mài

mịn, độ bền mỏi và tuổi thọ của chỉ tiết

Tổ chức trước khi tôi bề mặt của Eang xám là Péclit nhỏ mịn + graphít phân tán

Các chỉ tiết áp dụng để tôi cao, tần thường là: Sơml, sống trượt của thân máy

- Phương pháp hoá nhiệt luyện ap dung cho gang xam thường là thấm nitơ và thấm xianua để tăng độ cứng, tính chống mài mòn và giới hạn chịú mỏi của gang xám

(94.2.2 Nhiệt luyện gang cầu ud gang déo

"Các phương pháp nhiệt luyện gang xám cũng áp dụng cho gang cầu

và gang dẻo Cần chú ý một vài điểm sau:

Vật đúc bằng gang cầu có nhiều magiê nên tác dụng hoá trắng mạnh

thành vật đúc và tiết diện mỏng có thể biến trắng, tăng độ cứng và dòn Do đó nhiệt độ ủ cần phải cao hơn cỡ (850 — 900°C) Đối với gang cầu ngồi

tác dụng graphít hố xêmentit việc graphít tạo thành được cầu hoá cũng

là góp phần làm tăng cơ tính

- Ủ để thay đổi lượng các bon liên kết đối với gang cầu thường chọn nền kim loại của gang có tổ chức Péclit hạt cho cơ tính tổng hợp cao

+ Sử dụng tôi đẳng nhiệt gang cầu để nhận được tổ chức Bainit dưới là chủ yếu, TigOài ra còn tổ chức Ostenit dư, Máctenxit và graphít hình cầu Tổ chức này tạo ra cơ tính tổng hợp cao, độ bền cao, độ dai cao:

6, = 850N/mm’,

6 = 2%,

a, = 200kj/m’,

Trang 26

Chuong 10

THEP CAC BON

Trong tất cả các vật liệu sử dụng, thép là vật liệu kim loại có cơ tính tổng hợp cao, nó được dùng làm các chi tiết chịu tải trọng nặng và làm

việc trong các điều kiện phức tạp Thép đóng vai trị quan trọng trong mọi lĩnh vực linh tế: cơ khí, giao thơng, xây dựng, quốc phòng

Thép được cung cấp ở dạng hình: trịn, vng, tấm, ống có thành phần hoá học và cơ tính xác định, có ký hiệu chủng loại Do đó phải nắm

vững cách phân loại, đặc tính cơ bản của từng nhóm thép, các mác thép điển hình khi sử dụng

10.1 KHÁI NIỆM VỀ THÉP CÁCBON

10.1.1 Định nghĩa

Thép các bon là hợp kim của sắt với các bon trong đó hàm lượng

cácbon nhỏ hơn 2,14% Ngoài ra trong thép cồn có một số nguyên tố khác

ở giới hạn cho phép gọi là các tạp chất

Nguyên tố Manggan và Silic do lẫn vào quặng sắt, nó được tổn tại ở gang khi luyện gang sau đó đi vào thép trong gúa trình luyện thép, hoặc khi luyện thép người ta cho pheromanggan hoặc pherosilIc để khử ơxy do đó manggan và silíc cũng tổn tại trong thép Manggan và Silic 14 hai tap

chất có lợi vì chúng nâng cao cơ tính cho thép, do đó khơng đặt vấn đề loại bỏ chúng trong khi nấu luyện Luyện thép cho phép lượng chưá của

Manggan nhỏ hơn 0,8% và của Silie nhỏ hơn 0,5%

Phốt pho và lưu huỳnh có mặt trong thép do lẫn trong quặng sắt và

„nhiên liệu, đây là hai tạp chất có hại, do đó phải khử bỏ chúng khi nấu

luyện Mức độ tồn tại của chúng trong thép mà không gây tác hại cho

thép được khống chế hàm lượng mỗi nguyên tố không quá 0,05%

Hiện nay trong công nghiệp luyện kim sử dụng thép vụn có loại thép vụn là thép hợp kim Nên thép các bon thông thường vẫn chứa một lượng

nhỏ các nguyên tố như Crôm, Niken, Vanadi các nguyên tố này là các tạp chất ngẫu nhiên của thép các bon

Trong thép các bon thông thường cịn hồ tan một số khí như nitơ, hyđrơ và ôxy với lượng rất ít, việc xác định chúng rất khó khăn nên được gọ1 là các tạp chất ẩn Chúng là các tạp chất có hại

Trang 27

10.1.2 Anh hưởng của các bon và các tạp chất đến tổ chức và tính

chất của thép các bon 1

.10 1.2 I Cac bon

La nguyén tố quan trọng nhất + quyết định chủ yếu đến tổ chức và cơ tính của thép các bon

Trên giản đồ trạng thái - Fe C khí lượng các bon tăng thì lượng Xémentit tăng lên: tương ứng làm thay đổi tổ chức tế vi của thép Ỏ trạng -_ thái ủ tổ chức tế vi của thép các bon phụ thuộc vào thành phần các bon |

_ nhự sau:

_ Ham lượng các bon nhỏ hơn 0,8% tổ chức pherit + Péclít ˆ Hàm lượng các bon bằng Ó,8% tổ chức là Péclít

Hàm lượng các bon lớn hơn 0,8% tổ chức Péclit + Xêmentít thứ hai Khi thay- đổi hàm lượng các bon làm cho cơ tính của thép thay đổi: Nếu hàm lượng các bon tăng thì độ bền và độ cứng tăng lên, độ dẻo và độ dai giảm đi Riêng độ bền chỉ tăng khi hàm lượng các bon tăng lên trong °

gidi han nhỏ hơn 1 ,8%, hàm lượng các bon vượt quá 1,3% trong thép thì độ

bền giảm xuống, xem đồ thị hình 10.1

HB O,(MN/m’) 9,8 a, HB - ] 8 860 | 1200 60+ 2400 L® (KJ/m3 K/L] + —| » 200 |800 SS 401600 V4 A ` XOX | 100 { 400 Z ` ¬ —|— 20+ 800 ° Lax] T—¡ ‘ olo [Pr olo 0 0,4 * 0,8 % ——*

Hình 10.1 Ảnh hưởng của cóc bon đến cơ tính của thép các bon

-_ Qui luật trên có thể giải thích là: Khi tăng lượng các bon, số lượng

pha xêmentít tăng lên tương ứng độ cứng và dòn tăng, ngược lại số lượng

pha pherit giảm tương ứng độ dẻo và độ dai giảm Riêng độ bền có qui luật khác một chút: Nếu số lượng pha xêmentít tăng thì khả năng làm cân trở trượt của pha pherit tăng làm độ bền tăng, nhưng khi số lượng của

pha xêmentít đủ lớn chúng tạo nên xêmentít thứ hai ở dạng lưới dễ cho

Trang 28

pha xêmentít đủ lớn chúng tạo nên xêmentít thứ hai ở dạng lưới dễ cho

quá trình phát triển các vết nứt khi phá huỷ, do đó độ bền giảm xuống Các bon có ảnh hưởng lớn tới tổ chức và tính chất của thép, nên thép

có thành phần các bon khác nhau có cơ tính khác nhau Vì thế theo thành phần các bon trong thép mà chúng được sử dụng vào các mục đích khác nhau -

Ngồi ra các bon cịn ảnh hưởng đến một số tính chất vật lý, hố học của thép: Khi hàm lượng các bon tăng thì khối lượng riêng và độ từ thẩm

giảm còn điện trở và lực khử từ tăng khả năng chống ăn mòn giảm 10.1.2.2 Mang gan (Mn)

Măng gan được cho vào thép dưới dạng pherô măng gan để khử ôxy

cho thép loại trừ sự có mặt của FeO rất có hại theo phản ứng FeO +Mn MnO + Fe

Ôxyt mănggan (MnO) nổi lên đi vào xỉ và được cào ra khỏi lò Ngoài

ra măng gan cũng loại trừ được tác dụng có hại của lưu huỳnh (FeS) đối với thép :

Măng gan là nguyên tố ảnh hưởng tốt đến cơ tính Khi hoà tan vào pha pherit nó gop phần nâng cao độ bền và độ cứng của pha này góp phần

tăng cơ tính của thép Vì lượng mang gan ít (0,5 — 0 „8)% nên tác dựng này ảnh hưởng không rõ rệt '

Tóm lại: Ảnh hưởng tốt của mang gan đối với thép là khử ôxy và hạn chế tác dụng có hại của lưu huỳnh

10.1.2.3 Silic (Si)

Silie dude cho vao thép

nhằm mục đích để khử ôxy Pe,p Lae

mot cach triét dé Khi nấu oat \ LiFe oP KN

thép nhở sự cố mặt cua vy: Nà

pherosilic phan ứng khử ơxy coool ¥

xay ra: ^,

2FeO + Si > 2 =

SiO, + 2Fe o-+FegP é 1

¬ ; 500 5 &

Oxytsile (SIO; ) nổi lên đi tr

vào xỉ và được cào ra khỏi lò Giống như mang gan, silic

hoà tan vào pha pherit để hoá 1,2 %P —» 15,6 21,8

bền cho pha này bằng cách

nâng cao độ bền và độ cứng Với thép các bon hàm lượng silc thấp (0,17 — 0,37)% nên hiệu quả hố bền khơng rõ rệt

Hình 10.3 Giản đồ Fe-.P -

Trang 29

10.1.2.4 Phétpho (P )

Xem giản đồ trạng thái hình 10.2

Từ giản đồ trạng thái Fe — P ta thấy: ở nhiệt độ thường Fe, hoà tan

được lượng phốt pho cao tới 1,2%, nếu vượt quá giới hạn này tạo nên pha

Fe,P don

Trong hợp kim Fe-C lượng phốt pho hoà tan tr ong Fe, giảm đi mãnh liệt chỉ còn độ vài phần ngàn, do đó khi xuất hiện pha Fe;P trong thép sẽ nâng cao độ bền, đặc biệt là độ dòn ở nhiệt độ thường Người ta cho rằng

phốt pho là nguyên tố nâng cao tính dịn nguội của thép _

Giới hạn độ hoà tan của phốt pho trong pherit gây ra dòn là 0,1%

Nhưng do phốt pho là nguyên tố thiên tích mạnh trong q trình kết tinh

mên thông thường cho phóp hàm lượng phốt pho trong thép không quá 0, 05%

Phốt pho có ảnh hưởng tốt đến tính gia cơng cắt gọt nên trong thép dễ cắt người ta cho phép tăng hàm lượng phết pho đến (0,08 — 0,15)%

10.1.2.5 Lưu huỳnh (S)

Xem giản đồ trạng thái Fe-S, hình 10.3

Từ giản đồ trạng thái này cho thấy, lưu huỳnh không tan sc - ca trong Feœvà Fey, nó tạo

nên với sắt hợp chất FeS Cùng tình (Fe + FeS) tạo thành ở nhiệt độ thấp (988°C) nên nó kết tinh sau cùng và nằm ở biên giới hạt Khi nung

nóng thép để cán, kéo, rèn 911 Fey+FeS

cùng tỉnh này dễ bị chảy ra,

sinh ra quá trình đứt biên giới

hạt làm thép bi don ở nhiệt độ cao Người ta gọi lưu huỳnh là

nguyên tố nâng cao tính dồn ˆ - Hình 10.3 Giản đơ Fe-S

nóng của thép

Cho măng gan vào thép sẽ làm giảm được tác dụng có hại của lưu huỳnh So với sắt, măng gan có ái lực hố học với lưu huỳnh mạnh hơn, _ trong thép chứa măng gan xuất hiện phản ứng:

_ FeS +Mn — Mn8S + Fe ST

Mn§ nóng chảy ở nhiệt độ cao đến 1620°C, khi làm nguội nó kết tỉnh đưới dạng hạt nhỏ phân bố rời rạc do đó khơng gây hiệu ứng dịn nóng khi gia cơng áp lực ở trạng thái nóng Hàm lượng lưu huỳnh cho phép trong thép không vượt quá 0, 05% `

Trang 30

Lưu huỳnh là nguyên tố ảnh hưởng tốt đến tính gia cơng bằng cắt gọt

cho thép Trong thép dễ cắt cho phép hàm lượng lưu huỳnh nâng cao đến

(0,15 - 0,30)%

_10 1.2.6 Các chất khí: Ơxy, nitơ, hyđrơ

Các chất khí có mặt trong thép sẽ ảnh hưởng đến cơ tinh cua thép theo xu hướng ‘la: lam giam độ dẻo, tăng khả năng phá huỷ đòn

- ø) Ơxy: hồ tan được rất ít trong pherit: ở.500°C độ hoà tan đạt được là 0,001% Vượt quá giới hạn này ôxy ở dạng các ôxýt: Fe,0, , FeO, MnO, Al,O; được gọi là vật lẫn phi kim loại Các vật lẫn phi kim loại này gây ra địn nóng và đòn nguội làm giảm độ bền đặc biêt là giảm giới hạn mỏi

trong thép ¬ oe

bp) Nito: hoa tan rất ít trong pherit: 6 590°C độ hoà tan đạt được 0,001% nhưng độ hoà tan này giảm rất nhanh theo nhiệt độ Ỏ nhiệt độ thường độ hoà tan nitơ trong thép chỉ cịn khoảng 107% Ngồi ra nitơ còn

ở dạng nitrit Khi làm nguội thép có chứa nitd cao, các ngyên tu nitd trong

thép tích tụ ở vùng lệch tạo nên khí quyển cottrell ngăn can’ chuyển động của lệch Do đó thép có độ bền tăng lên độ dẻo, độ dai giảm đi Người ta gọi hiện tượng này là hiện tượng hoá già, biến dạng, thí rập thường bị đứt

biên giới hạt của thép \ :

c) Hydré: Có ảnh hưởng đặc biệt xấu đến tính chất của \ thép/đặc biệt

là thép có độ bển cao, thép sau khi tôi có tổ chức là Mactanxit Cac ngun nhận dịn do-huyđrơ gây ra là: : :

- Hydré hoa tan trong dung dich ran ở chỗ lệch làm xô lệch mạng sinh ra địn

- Độ hồ tan của hydré trong thép giảm đi rất nhanh, làm cho hyđro: thoát ra với một lượng lớn trong quá trình làm nguội thép, gây rà các vết :

nứt tế vì biểu hiện là các đốm trắng trên mặt gãy của mẫu Hiện tượng này còn gọi là khuyết tất điểm trắng trong thép

“Tóm lại: Ảnh hưởng của các chất khí trong thép:

- Gây ra bọt khí làm mất tính liên tục cửa thép:

- Hoà tan trong pha pherit gây xô lệch mạng làm tăng tính địn

- Tạo thành các hợp chất hoá học là nơi tập trung ứng suất nên giảm độ bền mỗi và độ dai -

10.2 PHAN LOAI VA KY HIEU THEP CAC BON , 10.2.1 Phan: loại thép các bon „

_ Có.năm cách phân loại thép các bón, mỗi cách phân loại đặc-trưng cho

Trang 31

10.9.1.1 Phân loại theo tổ chức cân bằng

Người ta còn gọi là phân loại theo tổ chức tế vi, thép các bon được chia

thành ba loại dựa vào giản đồ trạng thái Fe-C:

- Thép trước cùng tích có tổ chức tế vi là pherit hoac pherit + péclít

- Thép cùng tích tổ chức tế vi là péclit

- Thép sau cùng tích tổ chức tế vi là péclít + xêmentít thứ hai 10.2.1.2 Phân loại theo phương phúp nếu luyện

Có nhiều phương pháp nấu luyện thép, do công nghệ nấu luyện khác nhau nên các thép tạo ra do công nghệ nấu cũng sẽ khác nhau về khả

năng loại bỏ tạp chất, về chất lượng, về giá thành

- Phương pháp cổ điển luyện thép bằng 16 Mac tanh (16 bang):

Lò Mác tanh với tường lị mang tính bazơ có thể khử được phốt pho và

lưu huỳnh luyện được thép có chất lượng tốt

Lò Mác tanh với tường lị mang tính axit để luyện thép với chất lượng

cao, nhưng yêu cầu độ sạch của mẻ liệu phải lớn

- Phương pháp L -D (thổi ôxy từ đỉnh) để sản xuất thép với cất lượng

thường Phương pháp này phổ biến, năng suất cao nhưng không khử được phốt pho va luu huynh

- Phuong phap lò điện: Dùng để luyện thép chất lượng cao, thép hợp

kim, khả năng khử phốt pho và lưu huỳnh cao, giá thành của thép cao

- Ngày nay để nâng cao chất lượng thép, nâng cao khả năng làm việc

dưới tải trọng tĩnh, tải trọng động, tải trọng thay đổi theo chu kỳ cần phải

khử bỏ triệt để các tạp chất phi kim loại và khí Người ta đã áp dụng các

biện pháp luyện thép đặc biệt: Trong chân không, dùng tia điện tử, phương pháp điện xỉ, phương pháp cảm ứng - chân không, phương pháp

tinh luyện thép bằng xỉ tổng hợp

10.3.1.3 Phân loại theo phương pháp khử ôxy

Theo phương pháp khử ôxy phân thép thành các loại thép sôi, thép lặng và thép nửa lặng (còn gọi là thép nửa sôi) :

- Thép sôi là thép không khử ôxy triệt để, chỉ được khủ ôxy bằng

phero măng gan là chất khử khơng mạnh do đó vẫn còn FeO trong thép

lỏng FeO sẽ tiếp tục tác dụng với các bon trong thép lỏng tạo ra CO theo phản ứng sau: -

-FeO+C -> Fe+Cot

Trang 32

Khí CO bay lên bề mặt thép lỏng làm bề mặt thép lỏng chuyển động giống như sơi Do đó đặt tên loại thép này là thép sơi Do sự có mặt của khí CO, khi rót thép vào khuôn sẽ tạo nên một số bọt khí trong thỏi thép đúc Khi cán nóng tiếp theo phần lớn các bọt khí này được hàn lại, do vậy không ảnh hưởng nhiều đến cơ tính của thép

Loại thép sôi này chứa ít silic (<0,07%Si) do vay kha déo dai vi pherit

của nó chứa ít silic kém bền

Thép sôi thường có giá thành rẻ, dùng để sản xuất loại thép các bon thấp, cán thành tấm, lá móng phục vụ cho nguyên công rập nguội

- Thép lặng: Là thép khử ơxy triệt để Ngồi chất khử ôxy là phe rô

măng gan cịn có chất khử mạnh như phêrosilic và nhơm do đó trong thép lỏng chứa ít FeO Mặt thép lơng phẳng lặng khơng có hiện tượng bay hơi của CO Thép lặng chứa rất ít bọt: khí Ỏ phía trên cùng của vật đúc hay tạo thành lõm co lớn, trước khi cán phải cắt bỏ lõm co Chất lựơng,và giá thành của thép lặng cao hơn thép sôi do phải cắt bỏ lượng kim loại tạo lõm co và chi phí giá thành khử ơxy cao

Pherit của thép lặng chứa nhiều silic (0,15 — 0,3)% nên tăng độ cứng

và độ bền Thép lặng là loại thép tốt dùng để chế tạo các chi tiết máy - Thép nửa lặng (thép nửa sôi): là loại thép được khử ôxỷ bằng phero măng gan và nhôm Thép nửa lặng khứ ôxy triệt để hơn thép sôi nhưng

không triệt bằng thép lặng c "

Tém lai: Theo cach phân loại này thép các bon có thể là thép sơi hoặc

thép nửa lặng hoặc thép lặng

10.2.1.4 Phân loại theo chất lượng |

Phân loại theo chất lượng luyện kim tức là theo mức độ đồng nhất về thành phần hoá học, tổ chức tế vi và tính chất của thép Đặc biệt là mức độ chứa các tạp chất có hại như phốt pho, lưu huỳnh, chất khí Người ta

phan loai thép theo phudng phap khử bỏ các tap chat có hại nhiều hay | Ít, gồm có các loại thép sau:

- Thép các bon chất lượng thường có thể chứa không quá 0, 06% lưu huỳnh và 0,07 phốt pho

- Thép các bon chất lượng tốt hàm lượng tạp chất ¿ có 5 hại “hơng quá 0,04% lưu huỳnh và 0,035% phốt pho

- Thép các bon chất lượng cao không cho phép vượt quá 0,025% lưu huỳnh và 0,025% phốt pho

- Thép các bon chất lượng đặc biệt không cho phép chứa vượt quá 0,015% lưu huỳnh và 0,025% phốt pho

10.2.1.ð Phân loại theo công dụng

Theo cơng dụng có thể phân chia thép các bon thành ba nhóm chính:

Trang 33

- Thép xây dựng: loại thép chủ yếu để làm các kết cấu xây dựng như cầu, nhà, khung, tháp Ty

- Thép kết cấu: loại thép chủ yếu ¡ để làm các chỉ tiết may trong linh

vuc ché tao may

Thép dung cu: loai "hóc chủ yếu để làm các dụng cụ cất gọt, khuôn

rập nguội, dụng cụ đo

10.2.2 Ký hiệu thép các bon

Trong phần giáo trình này xin trình bày phương pháp ky hiệu thép

các bon theo tiêu chuẩn nhà nước của Nga và Việt Nam bao gồm các nhóm thép sau:

10.3.3.1 Nhóm thép các bon chất lượng thường còn được gol la "nhóm

thép các bon thường

Thép các bon thường được cung cấp ở dạng qua cán nóng như: tấm,

thanh, dây, thép ống, thép hình từ các nhà máy liên hợp luyện kim với

mục đích chủ yếu là làm các kết cấu xây dựng như nhà, xưởng, cầu, bê tông cốt thép có thể sử dụng làm các chỉ tiết không quan trọng của máy

Thép các bon thường được cung cấp ở dạng thường hố, khơng được

nhiệt luyện tiếp theo để tăng bền Yêu cầu về chất lượng khơng địi hỏi cao, hàm lượng các tạp chất có hại khơng vượt quá (0;05 — 0,06)%S và

(0,04 — 0,07)%P

- Phân nhóm A: Loại thép các bon thường chỉ qui định về cơ tính

khơng qui định về thành phần hoá học

Theo Nga ký hiệu nhóm thép này là chữ C+ với các số thứ tự 0, hoặc 1,

hoặc 2, hoặc 3, hoặc 4, hoặc 5, hoặc 6 Chỉ số thứ tự càng lớn thì độ bền và

hàm lượng các > bon: cang cao

7 Theo Việt Nam ký hiệu bằng hai chữ ƠT v và à chỉ số tiếp ‘theo chi giới >

han.bén+tinh bang kKG/mm*?, ~ Ví dụ: C,OtngvéiCT31- C¡ lứng với CT 33

C, 2 tng vdi CT 34 _ C,3 tng vdi CT 38 C, 4 ting vdi CT 42 Cy 5 ting véi CT 51 Cr 6 ứng với CT 61 ¡

_ Nếu là thép lặng thì khơng thêm gì ở ký hiệu trên

Nếu là thép sôi theo Nga thêm chữ số KI Ỏ phía sau ký hiệu và Việt Nam thêm chữ s

Ví dụ: C+ 4 KIliứng với CT 42s

Trang 34

Nếu là thép nửa lặng theo Nga thêm chữ IIC ở phỉa sau ký hiệu và

Việt Nam thêm chữ n

Vi du: _Ơx4 IIC ứng với CT 49m

Nhóm thép này được dùng rất phổ biến trong xây dựng và một.phần

dùng trong chế tạo cơ khí khơng qua gia cơng nóng như: rèn, hàn, luyện nhiệt các loại thép này giữ nguyên tổ chức thường hoá và cơ tính qui định, các chỉ tiêu này được tra trong các số tay vật liệu

- Phân nhóm B: Loại thép các bon thường chỉ qui định về thành phần hố học, khơng qui định về cơ tính

Ký hiệu của nhóm thép này giống _ ký hiệu ệu của nhóm-A.nhưng phải

Oe

thém chit s6.6.d4u ky hiéu.dé phan | biệt với ¡ nhóm A đt đó là |5 theo Nga hoặc chữ B theo Việt Nam

Vi du: BCT 4KII ứng với BCT 42s

Phân nhóm được dùng để chế tạo các sản phẩm và các chỉ tiết qua gia

cơng: nóng: rèn, hàn, nhiệt luyện Lúc đó tổ chức và cơ tính ở trạng thái cung cấp không được giữ lại Cần chú ý xác định thành phan các bon tr ong thép để xác định nhiệt độ gia cơng nóng

- Phân nhóm C: Loại thép các bon thường qui dinh ca co tinh va thành phần hoá học

Ký hiệu của nhóm thép này giống như ký hiệu của nhóm AÁ nhưng phải thêm chữ số ở đầu ký hiệu để phân biệt với nhóm A đó là chữ B theo Nga hoặc chữ C tireõ Việt Nam -

Ví dụ: - BCT411C ting véi CCT 42n

Xét về cơ tính thì phân nhóm C giống nhóm A, cịn xét về thành phần

hố học thì phân nhóm C giống phân nhóm B Phân nhóm € này phổ biến sử dụng các loại thép làm các kết cấu hàn

10.2.2.2 Nhóm 0 thép hết cẩu các bon chất Tượng Tả tốt còn n gọt là thép-ket

cấu các bom tốt;

mm

Nhóm thép này chất lượng cao hơn so với nhóm thép chất lượng thường đó là: Lượng chứa tạp chất có hại nhỏ khơng vượt quá 0,04%8 và 0,035%P Thép nhóm này được cung cấp ở dạng vật cấn rèn và các bán

thành phẩm được qui định cả về thành phần hoá học lẫn cơ tính Nhóm

thép này được sử dụng làm các chị tiết máy rất tiện lợi cho việc xác định:

chế độ gia cơng nóng và tính toán sức bền khi thiết kế

Theo Nga nhóm thép các bon kết cấu được ký hiệu bởi hai chữ số chỉ

hàm lượng các bon trung bình tính theo phần vạn

' Theo 'Việt Nam ký hiệu chúng bằng chữ đầu tiên là chữ C tiếp sau đỏ là hai chữ số chỉ hàm lượng các bon trung bình tính theo phần vạn

Trang 35

- Nếu là thép sôi thì thêm ở cuối ký hiệu đối với Nga) bai hai chữ là KIi

và Việt Nam bởi chữ s, - Nếu là thép nửa lặng thì thêm ¿ ở cuối ï ký hiệu đối VỚI Neo bởi hai chữ là ric va Viét Nam bởi chữ n

-Ví dụ: 08 KilLứng với C8s,

08 IIC ung với C8n

45 ting với C45."

_ Thanh phan hoa học và cớ tính của các loại thép này tra trong số tay

vật liệu cà

II

10.2 2 3: Nhóm, thấp di TỶ“ dụng cụ các- bor /

Nhóm thép này có thành phần các, bon cao œ 0 65%C) thuộc loại thép

có chất lượng cao dùng để chế tạo các ‘dung ( cụ làm v việc với ¡ năng suất cắt

thấp hoặc trung bình :

Tổ chức của loại thép này là tổ chức cùng tích hoặc sau cùng tích Tuy thuộc vào lượng tạp chất và phương pháp nấu tuyện thép dụng cụ được chia làm hai nhóm::

- Thép dụng cụ chất lượng: khéng qua 0,08%P va 0,08%S - Thép dung cu chat lugng cao: khéng qua 0,08%P va 0,02%S

Ký hiệu của nhóm thép dụng cụ các bon theo Nga: ký hiệu chữ in đầu tiên là chữ Y sau \ó là chữ số chỉ hàm lượng các bon trung bình tính theo

phần ngàn, đối với thép dụng tụ chất lượng cao thì cịn thêm chữ A ở cuối

ký hiệu

—~Ở Việt Nam ký hiệu thếp ‹ các bon dụng c cụ là hai chữ CP-và sau đó là :

hữ số chỉ hàm lượng các bon trung bình tính theo phần vạn Nếu là thép”

dạng cụ chất lượng cao thêm chữ A ở.cuối kýhiệu |

““Ví dụ: Y1 ứng với CD 70 | |

V13A ứng với CD 130A - 4

10.2.2.4 Nhém thép cac bon co céng dung riéng

- Nhóm thép làm cầu: kết cấu hàn, đỉnh tán

- Nhóm thép chế tạo các thiết bị gia nhiệt như buồng đốt, nổi hơi

- Nhóm thép đóng tầu thuỷ

- Nhóm thép làm đường ray

- Nhóm thép dễ cắt

Các nhóm thép trên đều có ký hiệu riêng, khi sử dụng phải tra cứu

các số tay vật liệu chuyên ngành

Trang 36

10.9.3 Ưu nhược điểm của thép các bon ; Thép các bon được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật vì chúng có:

10.3.3.1 Ưu điểm

- Rẻ: không phải dùng các nguyên tố hợp kim đắt tiển khó kiếm và lại

_ đễ nấu luyện _

- Cố cơ tinh nhất định và tính cơng nghệ tốt: dễ đúc, cán, rèn, kéo sợi,

gia công cắt, rập, hàn, nhiệt luyện so với thép hợp kim

10.9.3.2 Nhược điểm _

Trang 37

Chuong 11

NGUYEN LY HOP KIM HOA

11.1 DINH NGHIA VA MUC DICH CUA HOP KIM HOA

11.1.1 Dinh nghia

Hợp kim hóa là chế tạo ra các loại thép - gọi là thép hợp kim, mà

trong thành phần của nó ngồi sắt và các bon, cùng với lượng tạp chất ra,

người ta cố ý đưa vào các nguyên tố đặc biệt với hàm lượng nhất định để:

làm thay đối tổ chức và tính chất của thép, cho.ta loại vật liệu có cơ, lý, hố tính đặc biệt

Những nguyên tố đặc biệt này được gọi là những nguyên tố hợp kim

(NTHK)

Các NTHK được chia thành ba nhóm:

- Nhóm 1: Các nguyên tố có kiểu mạng giống te, là mạng lập phương thể tam nhu: Cr, V, M,, W,

- Nhóm 2: Các nguyên tố có kiểu mạng giống Fe y là mạng : lập phương diện tâm như: Ni, Cu, AI, Mn

- Nhóm 3: Các nguyên tố có 2 kiểu mạng lục giác xếp chặt như: Ti, Co, Be, va mét sé kim loại đất hiếm khác

Trong thép hdp kim cac NTHK ở dạng hợp chất hố học như cácbít,

nitrit, ôxyt, hydrit hay ở dạng dung dịch rắn: xen kẽ hoặc thay thế _ Trong thép hợp kim còn chứa một lượng nhỏ các tạp chất có hại như P, S, khí O,, N;, H;, các tập chất có hại này được khống chế hàm lượng rất

thấp so với thép các bon,

11.1.9 Mục đích của hợp kim hoá

Thép hợp kim có những đặc tính hơn hẳn thép các bon, đó chính là

các mục đích của hợp kim hoá: Mục đích hợp kim hố được thể hiện qua

Trang 38

11.1.2.1 Về mặt cơ tính

Thép hợp kim có độ bền (giới hạn bền và giới hạn chảy) cao hơn hẳn

so với thép các bon, điều này được thể hiện rõ rệt sau quá trình nhiệt

luyện kết thúc là tôi và ram Tất cả các loại thép hợp kim đều có ưu điểm

‘nay Hop kim hố càng mạnh thì ưu điểm này càng rõ: Nhưng hợp kim

hoá cần phải lưu ý:

-6 trang thái không nhiệt luyện: Tôi và ram, thì độ bền của thép hợp kim không cao hơn thép cac bon là bao nhiêu

- Thép hợp kim có thể đạt được độ bền cao nhưng cùng với sự tăng độ

bền thì độ dẻo và độ dai sẽ giảm đi vì thế cần phải lưu ý kỹ mối quan hệ

này để xác định cơ tính của thép và chọn chế độ nhiệt luyện cho thích hợp

- Mức độ hợp kim hoá càng tăng thì tính cơng nghệ của thép hợp kim

càng kém di

11.1 Tính chịu nhiệt độ cao

Thép các bon có độ bền tương đối cao sau khi tôi nhưng không giữ

được độ bền ở nhiệt độ làm viéc cao hon 200°C do Mactenxit bi phan hoa

va tích tụ các bít ở Xêmentít Các NTHK làm cản trở khả năng khuyếch

tán của các bon do đó làm cho Máctenxít bị phân hố và tích tụ các bít ở

- nhiệt độ cao hơn, làm cho thép hợp kim giữ được cơ tính cao ở trạng thái

nhiệt độ cao

| Để đạt được mục dich nay thép cần được hợp kim hoá bởi một số NTHK có hàm lượng tương đối cao Ưu điểm này của thép hợp kim được

dùng để làm thép dụng cụ, thép bền nóng

11.1.2.3 Tính chất lý, hoá đặc biệt

Thép các bon hay bị gỉ trong khơng khí, bị ăn mịn trong các mơi trường: muối, axít, bazơ Thép các bon khơng có các tính chất vật lý đặc biệt như từ tính, tính giãn nở nhiệt đặc biệt Muốn vậy phải dùng những

loại thép hợp kim riêng biệt với thành phần hoá học chặt chẽ

Kết luận: Vai trò của các nguyên tố hợp kim là rất quan - trọng Thép hợp kim là loại vật liệu kim loại cần thiết và ưu việt trong chế tạo máy, hoá học, điện lực Nó thường được dùng để chế tạo các chi tiết quan

trọng nhất, để làm việc trong các điều kiện nặng nhọc nhất

~ Mỗi nguyên tố hợp kim được sử dụng nhiều hay ít trong mỗi nhóm

_thép nhất định do phụ thuộc vào tác dụng của nó đến các tính chất của

thép Mỗi loại thép hợp kim chỉ được hợb kim hoá bởi một số các NTHK với hàm lượng nhất định

Trang 39

- Đối với mỗi nước việc sử dụng nguyên tố hợp kim phụ thuộc vào nhiều trữ lượng của nó trong thiên nhiên, vào khả năng khai thác và chế biến nó và tính kinh tế của mác thép tạo thành cho nên dẫn đến mỗi nước

có một hệ thống thép hợp kim khác nhau

- Các nguyên tố hợp kim được sử dụng phổ biến để hợp kim hoá cho

thép kết cấu có độ bền cao: Cr, Mn,' Ni, 8i; cho thép làm dụng cụ cắt gọt:

W, Co, Mo; cho thép không gỉ: Cr, Ni; cho thép kỹ thuật điện: Si; Ching ta sẽ xét kỹ các loại thép hợp kim tiểu biểu ở chương 12

11.2 ANH HUONG CUA CAC NTHK TRONG THÉP HỢP KIM

Thép hợp kim gồm có sắt, các bon và các NTHK Mối quan hệ giữa sắt

và các bon đã được xét rất kỹ ở các chương trước

Trong mục này đi sâu vào việc xét mối quan hệ giữa các NTHK với

sắt và các NTHK với các bon trong thép hợp kim

Cấu tạo của các NTHK như: Cấu trúc mạng tinh thể, đường kính

nguyên tử, cấu trúc lớp vỏ điện tử của NTHK có ảnh hưởng quyết định đến đặc tính tác dụng của chúng đối với sắt cũng như đối với các bon

Về cấu trúc mạng tinh thể phần lớn các NTHK có mạng lập phương, thể tâm: Cr, V, W,, lập phương diện tâm: Ni; lục giác xếp chặt: Ti; lập phương phức tạp: Mn với đường kính nguyên tử (2,5- 2,95)A°, Đối với sắt có kiểu mạng lập phương thể tâm và lập phương điện tâm có đường kính ngun tử là 2,54 A° nên các NTHK đều có khả năng hoà tan vào sắt với

lượng khá lớn (Cr, Ni có thể hồ tan vơ hạn)

Cấu trúc lớp vỏ điện tử sẽ quyết định khả năng kết hợp của các

nguyên tử của các nguyên tố hợp kim với các nguyên tủ các: bon để tạo ra thành các bít hợp kim

Tóm lợi: Cơ chế tác dụng của các nguyên tố hợp kim vào thép là hoà tan vào sắt (Fey hoặc Feơœ) dưới dạng dung dịch rắn thay thế và kết hợp với các bon tạo thành các bít hợp kim Các nguyên tế hợp kim cịn có khả năng tác dụng với sắt để tạo ra các phá trung gian như nguyên tố Bo tạo pha FeB hoặc FeB, hoặc nguyên tố Crôm tạo pha ơ có cơng thức FeCr, cũng có nguyên tố hợp kim không tan trong sắt như: Pb- trường hợp này ít

gap

11.9.1 Tác dụng của các nguyên tố hợp kim với Fe trong thép hợp

kim

11.2.1.1 Anh huéng ctia cac NTHK dén nhiét dé chuyén bién thù hình

của sắt đó là nhiệt độ A, va A,

- Nhiệt độ A; ứng với 910C quá trình nung nóng sắt qua A; có chuyển

biến thù hình Eeœ thành Fey

Trang 40

- Nhiét do A, ứng với 1392°C q trình nung nóng sắt qua À, có

chuyển biến thù hình Fey thành Fệ + ˆ

- Sự thay đổi nhiệt độ A; và A„ dẫn đến khả năng mở rộng hay thu hẹp - khu vực y tương ứng với khả năng thu hẹp hay mở rộng khu vực œ Các

NTHK được chia thành các nhóm:-: 8 8g 2 # a 5 5 + œ Fe % NTHK (Ni, Mn) Fe % NTHK (C, N, Cu) ayo , b)

Hình 11.-1 Giảm đồ trang thái Fe- NTH, nhóm mở rộng y, thu hep œ a - Khi hod tan vé.han vao Fey; b - Khi hoa tan cé han vao Fey Nhóm I: M6 rong y lam giam A, va tang A, Xem hinh 11- 1 Mét số nguyên tế hợp kim khi hoà tan vào sắt có khả năng mở rộng vô hạn khu vực y như : Ni, Co, Mn, Pt vùng y sẽ tổn tại ở nhiệt độ thường đến nhiệt độ nóng chảy (hình 11-1a) Một số nguyên tố chỉ hoà tan có hạn trongy, - mở rộng vùng y đến một thành phần hợp kim nhất định lại đóng lại mà khơng có khả năng tạo dung dịch rắn y vô hạn ở ngay nhiệt độ thường

như: €,N,, Cu (hình 11- 1b)

Vùng + tổn tại ở nhiệt độ thường được gọi là hợp kim Ơstênit

Hình 11.2 Giản do trang thdi Fe-NTHK, nhém mở rộng œ, Nhiét dé (°C) 2 \Z Nhiệt độ (°C)

thu hep y Fe % NTHK (Cr, V) Fe > %NTHK (Al, Sn, Pb,Z) -

a) b) ‘

_ a) Khi hoa tan vo han Fea; b) Khi hồ tan có hạn vào-Feơ