Giáo trình vật liệu học (nghề công nghệ ô tô trung cấp)

NHÔM VÀ HỢP KIM CỦA NHÔM

Đặc điểm của nhôm và hợp kim nhôm

quan sát tổ chức tế vi của hợp kim nhôm

2.1 Giản đồ sắt - các bon 4 3 1 0

2.2 Đặc điểm của sắt và thép 3 3 0 0

2.6 Quan sát tổ chức tế vi của gang và thép 5 0 5 0

III Vật liệu phi kim loại 9 8 0 1

3.3 Vật liệu bôi trơn và làm mát 2 2 0 0

3 Điều kiện thực hiện môn học:

3.1 Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn

3.2 Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, tranh vẽ

3.3 Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, vật liệu

3.4 Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu quy ước ký hiệu trên thép, dầu

4 Nội dung và phương pháp đánh giá:

- Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức

- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng.

- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:

+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp.

+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.

+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.

+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.

Người học được đánh giá tích lũy môn học như sau:

Áp dụng quy chế đào tạo Trung cấp hệ chính quy theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH, ban hành ngày 13/3/2017 của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội, nhằm đảm bảo chất lượng giáo dục và đào tạo nghề nghiệp cho người lao động.

- Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Cơ giới như sau: Điểm đánh giá Trọng số

+ Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40%

+ Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2)

+ Điểm thi kết thúc môn học 60%

Chuẩn đầu ra đánh giá

A1, C1, C2 1 Sau 10 giờ. Định kỳ Viết và thực hành

Vấn đáp và thực hành

Vấn đáp và thực hành trên mô hình

4.2.3 Cách tính điểm Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học nhân với trọng số tương ứng Điểm môn học theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân, sau đó được quy đổi sang điểm chữ và điểm số theo thang điểm 4 theo quy định của Bộ Lao động Thương binh và Xã hội về đào tạo theo tín chỉ.

5 Hướng dẫn thực hiện môn học

5.1 Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Trung cấp Công nghệ Ôtô

5.2 Phương pháp giảng dạy, học tập môn học

Phương pháp dạy học tích cực bao gồm nhiều kỹ thuật hiệu quả như trình chiếu, thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập cụ thể và câu hỏi thảo luận nhóm, giúp tăng cường sự tham gia và tương tác của học sinh trong quá trình học.

- Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập thực hành theo nội dung đề ra.

- Khi giải bài tập, làm các bài Thực hành, thí nghiệm, bài tập: Giáo viên hướng dẫn, thao tác mẫu và sửa sai tại chỗ cho nguời học.

- Sử dụng các mô hình, học cụ mô phỏng để minh họa các bài tập ứng dụng.

* Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra.

Hướng dẫn tự học theo nhóm hiệu quả bao gồm việc nhóm trưởng phân công nhiệm vụ cho từng thành viên, yêu cầu họ tìm hiểu và nghiên cứu nội dung bài học Sau đó, cả nhóm sẽ thảo luận, trình bày nội dung đã nghiên cứu, ghi chép và viết báo cáo nhóm.

5.2.2 Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau:

Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà là bước quan trọng trước khi đến lớp Người học sẽ được cung cấp các tài liệu tham khảo từ nhiều nguồn như trang web, thư viện và tài liệu học tập để chuẩn bị tốt nhất cho môn học này.

- Sinh viên trao đổi với nhau, thực hiện bài thực hành và báo cáo kết quả

Để đủ điều kiện tham gia kỳ thi lần sau, người học cần tham dự ít nhất 70% số giờ giảng tích hợp Nếu vắng mặt quá 30% số giờ này, học viên sẽ phải học lại mô đun.

Tự học và thảo luận nhóm là phương pháp học tập hiệu quả, kết hợp giữa làm việc cá nhân và làm việc theo nhóm Trong mô hình này, một nhóm từ 2-3 người sẽ nhận được chủ đề thảo luận trước khi bắt đầu học lý thuyết và thực hành Mỗi thành viên trong nhóm sẽ đảm nhận trách nhiệm về một hoặc một số nội dung cụ thể, nhằm phát triển và hoàn thiện toàn bộ chủ đề thảo luận một cách tốt nhất.

- Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ.

- Tham dự thi kết thúc môn học.

- Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học.

- Giáo trình môn học Vật liệu học do Tổng cục dạy nghề ban hành

- Nguyễn Hoành Sơn - Vật liệu học - NXB GD - 2000

- Phạm Thị Minh Phương, Tạ Văn Thất - Công nghệ nhiệt luyện - NXB GD - 2000.

CHƯƠNG 1 NHÔM VÀ HỢP KIM CỦA NHÔM

Mã số của chương 2: MH 09 – 01

1.1.1 Giản đồ nhôm – nguyên tố hợp kim Để có độ bền cao người ta phải hợp kim hóa nhôm và tiến hành nhiệt luyện, vì thế hợp kim nhôm có vị trí khá quan trọng trong chế tạo cơ khí và xây dựng.

Khi thêm nguyên tố hợp kim vào nhôm lỏng, sẽ hình thành giản đồ pha Al - nguyên tố hợp kim, trong đó nguyên tố hợp kim hòa tan vào nhôm tạo ra dung dịch rắn thay thế α Khi vượt qua giới hạn hòa tan, sẽ xuất hiện pha thứ hai, thường là hợp chất hóa học giữa hai nguyên tố Nếu tiếp tục vượt quá giới hạn hòa tan cao nhất, sẽ có sự hình thành đồng tinh giữa dung dịch rắn và pha thứ hai Từ giản đồ pha này, các hệ hợp kim nhôm có thể được phân loại thành hai nhóm chính: biến dạng và đúc.

Hình 1.1 Góc nhôm của giản đồ pha Al - nguyên tố hợp kim

Hợp kim nhôm biến dạng là loại hợp kim có hàm lượng thấp nguyên tố hợp kim, với cấu trúc chủ yếu là dung dịch rắn nền nhôm, mang lại tính dẻo tốt và khả năng dễ dàng biến dạng ở cả nhiệt độ cao và thấp Trong nhóm này, có hai phân loại: một là không thể hóa bền bằng nhiệt luyện, chứa ít hợp kim hơn và chỉ có cấu trúc dung dịch rắn ở mọi nhiệt độ, không có chuyển biến pha, nên chỉ có thể đạt được tính bền bằng biến dạng nguội.

Phân nhóm hóa bền bằng nhiệt luyện là quá trình tạo ra hợp kim có nhiều thành phần, với tổ chức hai pha ở nhiệt độ thường (dung dịch rắn và pha thứ hai) Khi nhiệt độ tăng, pha thứ hai sẽ hòa tan hoàn toàn vào dung dịch rắn, dẫn đến hiện tượng chuyển pha Do đó, ngoài biến dạng nguội, quá trình hóa bền còn có thể được thực hiện thông qua nhiệt luyện Chỉ những hệ hợp kim có độ hòa tan trong nhôm thay đổi mạnh theo nhiệt độ mới có khả năng này.

Hợp kim nhôm đúc là loại hợp kim chứa nhiều thành phần hơn, với nhiệt độ chảy thấp và tổ chức tinh thể đồng nhất, giúp nâng cao tính đúc Tuy nhiên, do sự hiện diện của nhiều pha thứ hai, thường là hợp chất hóa học, hợp kim này trở nên giòn và không có khả năng biến dạng dẻo Khả năng cải thiện độ bền qua nhiệt luyện của nhóm hợp kim này cũng hạn chế, vì không có sự biến đổi mạnh mẽ của tổ chức khi được nung nóng.

Ngoài các hợp kim nhôm sản xuất theo phương pháp truyền thống, còn có các loại hợp kim được chế tạo bằng phương pháp không truyền thống như hợp kim bột (thiêu kết) và hợp kim nguội nhanh.

1.1.2 Giản đồ hợp kim nhôm - mangan

Theo giản đồ pha Al - Mn, giới hạn hòa tan cao nhất của Mn trong Al (dung dịch rắn α) là 1,8% ở 659 °C và giảm nhanh theo nhiệt độ Khi vượt quá giới hạn hòa tan, hai nguyên tố này kết hợp thành Al6Mn Mặc dù với thành phần α và 1,0 ÷ 1,6% Mn, hệ này đáng lẽ phải thuộc hệ hóa bền được bằng nhiệt luyện, nhưng thực tế, do tạp chất như Fe, Si, độ hòa tan của Mn trong α giảm rất nhanh Chẳng hạn, với 0,1% Fe và 0,65% Si ở 500 °C, nhôm chỉ hòa tan được 0,05% Mn, dẫn đến việc hầu như không có biến đổi giới hạn hòa tan mangan theo nhiệt độ, do đó hệ này chỉ có thể hóa bền bằng biến dạng nguội.

Hợp kim biến dạng hệ Al - Mn rất nhạy cảm với biến dạng nguội, với giới hạn chảy tăng từ 2 đến 4 lần và nhiệt độ kết tinh lại cũng tăng lên do hình thành pha α nhỏ mịn và phân tán Hợp kim này có khả năng biến dạng dẻo tốt, được cung cấp dưới dạng bán thành phẩm như lá mỏng, thanh, dây, hình ống, và có tính chống ăn mòn cao trong khí quyển, dễ hàn, thường được sử dụng để thay thế các mác kim loại khác.

AA 1xxx khi yêu cầu cơ tính cao hơn.

1.1.3 Giản đồ hợp kim nhôm – magiê

GANG VÀ THÉP

Gang

2.6 Quan sát tổ chức tế vi của gang và thép 5 0 5 0

III Vật liệu phi kim loại 9 8 0 1

Áp dụng quy chế đào tạo Trung cấp hệ chính quy theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH, ban hành ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội.

Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm nhiều hình thức như trình chiếu, thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập cụ thể và câu hỏi thảo luận nhóm Những phương pháp này không chỉ giúp nâng cao tính tương tác trong lớp học mà còn khuyến khích học sinh tham gia tích cực vào quá trình học tập.

Hướng dẫn tự học theo nhóm hiệu quả bao gồm việc nhóm trưởng phân công nhiệm vụ cho từng thành viên, yêu cầu họ tìm hiểu và nghiên cứu nội dung bài học Sau đó, cả nhóm cùng thảo luận, trình bày nội dung đã nghiên cứu, ghi chép và viết báo cáo nhóm để tổng hợp kiến thức.

Nghiên cứu kỹ lưỡng bài học tại nhà trước khi đến lớp là rất quan trọng Người học sẽ được cung cấp các tài liệu tham khảo từ nhiều nguồn như trang web, thư viện và tài liệu liên quan trước khi bắt đầu môn học này.

Để đủ điều kiện tham gia kỳ thi lần sau, người học cần tham dự ít nhất 70% các giờ giảng tích hợp Nếu vắng mặt trên 30% số giờ tích hợp, người học sẽ phải học lại mô đun.

Tự học và thảo luận nhóm là phương pháp học tập hiệu quả, kết hợp giữa làm việc cá nhân và làm việc nhóm Trong phương pháp này, nhóm 2-3 người học sẽ nhận chủ đề thảo luận trước khi tiến hành học lý thuyết và thực hành Mỗi thành viên trong nhóm sẽ đảm nhận trách nhiệm cho một hoặc một số nội dung trong chủ đề đã phân công, nhằm phát triển và hoàn thiện tốt nhất nội dung thảo luận chung của nhóm.

Khi thêm nguyên tố hợp kim vào nhôm lỏng, sẽ hình thành giản đồ pha Al - nguyên tố hợp kim Ban đầu, nguyên tố hợp kim hòa tan vào nhôm, tạo thành dung dịch rắn thay thế α Khi vượt quá giới hạn hòa tan, sẽ xuất hiện pha thứ hai, thường là hợp chất hóa học Khi tiếp tục vượt quá giới hạn hòa tan cao nhất, sẽ có sự xuất hiện đồng thời của dung dịch rắn và pha thứ hai Từ giản đồ pha này, các hệ hợp kim nhôm có thể được phân chia thành hai nhóm chính: biến dạng và đúc.

Hợp kim nhôm biến dạng là loại hợp kim có hàm lượng nguyên tố hợp kim thấp, với tổ chức hoàn toàn là dung dịch rắn nền nhôm, mang lại tính dẻo tốt và khả năng biến dạng dễ dàng ở cả nhiệt độ nguội và nóng Hợp kim này được chia thành hai phân nhóm: một là không hóa bền được bằng nhiệt luyện, chứa ít hợp kim và chỉ có tổ chức dung dịch rắn ở mọi nhiệt độ, không có chuyển biến pha, vì vậy chỉ có thể hóa bền bằng biến dạng nguội.

Phân nhóm hóa bền bằng nhiệt luyện là quá trình chứa nhiều hợp kim hơn, diễn ra từ điểm F đến C hoặc C’ Ở nhiệt độ thường, hợp kim này có cấu trúc hai pha (dung dịch rắn và pha thứ hai), nhưng khi tăng nhiệt độ, pha thứ hai sẽ hòa tan hoàn toàn vào dung dịch rắn, dẫn đến hiện tượng chuyển pha Do đó, bên cạnh biến dạng nguội, quá trình hóa bền có thể được tăng cường thông qua nhiệt luyện Điều này cho thấy chỉ những hệ hợp kim có độ hòa tan trong nhôm thay đổi mạnh theo nhiệt độ mới sở hữu đặc tính này.

Hợp kim nhôm đúc là loại hợp kim chứa nhiều thành phần hợp kim hơn, có nhiệt độ chảy thấp và tổ chức đồng nhất, giúp tăng tính đúc Tuy nhiên, do có nhiều pha thứ hai, thường là hợp chất hóa học, nên hợp kim này trở nên giòn và không thể biến dạng dẻo Khả năng hóa bền bằng nhiệt luyện của nhóm hợp kim này cũng hạn chế, vì không có sự biến đổi mạnh trong tổ chức khi nung nóng.

Ngoài các hợp kim nhôm sản xuất theo phương pháp truyền thống, còn có các hợp kim được chế tạo bằng các phương pháp không truyền thống, bao gồm hợp kim bột (hay thiêu kết) và hợp kim nguội nhanh.

Theo giản đồ pha Al - Mn, giới hạn hòa tan cao nhất của Mn trong Al (dung dịch rắn α) đạt 1,8% ở 659 °C và giảm nhanh khi nhiệt độ giảm Khi vượt quá giới hạn hòa tan, Mn và Al kết hợp thành Al6Mn Dù với thành phần α và hàm lượng Mn từ 1,0 ÷ 1,6%, hệ này lẽ ra có thể hóa bền bằng nhiệt luyện, nhưng thực tế, do tạp chất như Fe và Si, độ hòa tan của Mn trong α giảm nhanh chóng Chẳng hạn, với 0,1% Fe và 0,65% Si ở 500 °C, nhôm chỉ hòa tan được 0,05% Mn, dẫn đến việc giới hạn hòa tan mangan hầu như không thay đổi theo nhiệt độ, vì vậy hệ này chỉ có thể hóa bền bằng biến dạng nguội.

Hợp kim Al - Mn có tính chất cơ lý nhạy cảm với biến dạng nguội, với giới hạn chảy tăng từ 2 đến 4 lần Nhiệt độ kết tinh lại của hợp kim này cũng tăng lên do sự hình thành pha α ở dạng nhỏ mịn và phân tán Hợp kim Al - Mn dễ dàng biến dạng dẻo và được cung cấp dưới nhiều dạng bán thành phẩm như lá mỏng, thanh, dây, hình ống Chúng có khả năng chống ăn mòn tốt trong khí quyển và dễ hàn, thường được sử dụng để thay thế các mác khác.

Phân loại và ký hiệu

2.3.1.1 Thành phần hóa học và cách chế tạo Để có được grafit và grafit với các dạng khác nhau, mỗi gang phải có những đặc điểm riêng về thành phần hóa học và cách chế tạo.

Trong gang cacbon có thể tồn tại ở cả hai dạng: tự do và liên kết, vậy điều kiện tạo thành chúng ra sao.

Grafit là pha ổn định nhất trong khi xêmentit kém ổn định hơn Sự hình thành grafit khó khăn hơn so với xêmentit do sự khác biệt về thành phần cacbon và cấu trúc Cụ thể, %C của các pha như xêmentit, grafit, γ và pha lỏng lần lượt là 6,67; 100; 2,14 và 3,0 ÷ 4,0 austenit Tuy nhiên, nhờ vào ảnh hưởng của thành phần hóa học và chế độ làm nguội khi đúc, quá trình hình thành grafit trong gang có thể trở nên dễ dàng hơn.

Cacbon là yếu tố chính thúc đẩy sự hình thành grafit trong gang, trong đó silic đóng vai trò quan trọng nhất Tỷ lệ % tổng hợp (C+Si) càng cao, quá trình grafit hóa càng mạnh mẽ và hoàn chỉnh, dẫn đến việc giảm thiểu hoặc thậm chí không có cacbon liên kết (xêmentit) Do đó, gang thường được xem như một hợp kim ba thành phần gồm Fe-C-Si.

Hình 2.5 Các dạng grafit trên tổ chức tế vi gang xám (a),gang cầu (b), gang dẻo

Sự tạo thành grafit hay grafit hóa

Trong các điều kiện khác như nhau, khi giảm %(C + Si) sự grafit hóa giảm dần.

(C + Si) lớn, khoảng ≥ 6%, sự tạo thành grafit là mạnh nhất với nền ferit (không có cacbon liên kết).

Hợp kim gang có hàm lượng carbon và silicon tương đối cao, từ 5,0% đến 6,0%, với nền ferit - peclit có chứa 0,1% đến 0,50% carbon liên kết Để sản xuất grafit và các dạng grafit khác nhau, mỗi loại gang cần có những đặc điểm riêng biệt về thành phần hóa học và quy trình chế tạo.

2.3.1.2 Tổ chức tế vi Đặc điểm về tổ chức tế vi quan trọng nhất chi phối các đặc điểm khác là phần lớn hay toàn bộ cacbon trong các gang chế tạo máy ở dạng tự do hay grafit (như vậy rất ít hay không có cacbon ở dạng liên kết hay cacbit) Tổ chức tế vi của gang được chia thành hai phần: phần phi kim loại là grafit hay cacbon tự do và phần còn lại là nền kim loại với các tổ chức khác nhau:

Ferit hình thành khi toàn bộ cacbon ở dạng tự do, không còn cacbon để kết hợp với sắt (Fe) hay các kim loại khác, do đó không có sự hình thành xêmentit hay cacbit.

Ferit là một dạng hợp kim sắt, trong đó phần lớn carbon tồn tại ở dạng tự do, với lượng carbon liên kết rất thấp (< 0,80%) Sự khác biệt giữa các loại gang chủ yếu nằm ở hình thức của grafit, được phân biệt qua cấu trúc vi mô của các mẫu chưa tẩm thực Grafit trong ferit không phản xạ ánh sáng và có màu tối, trong khi nền kim loại vẫn chưa được xác định rõ.

+ Gang xám: grafit có dạng tấm (phiến, lá, ), là dạng tự nhiên khi đúc. + Gang cầu: grafit có dạng quả cầu tròn, phải qua biến tính đặc biệt.

+ Gang dẻo: grafit có dạng cụm (tụ tập thành đám), qua phân hóa từ xêmentit.

Gang chế tạo máy là một loại thép (bao gồm ferit, ferit-peclit, peclit) có chứa grafit Sự khác biệt trong cấu trúc grafit quyết định cơ tính và ứng dụng đa dạng của gang.

2.3.2 Gang xám (hình 2.6) a Cơ tính

Tuy dễ chế tạo, rẻ nhưng cơ tính kém

- Độ bền thấp, giới hạn bền kéo < (350 ÷400)MPa (thường trong khoảng

(150 ÷ 350)MPa), chỉ bằng nửa của thép thông dụng, (1/3 ÷ 1/5) của thép hợp kim.

- Độ dẻo và độ dai thấp (δ ≈ 0,5%; aK < 100kJ/m 2 ), có thể xem như vật liệu giòn.

Nguyên nhân cơ tính thấp của gang xám chủ yếu là do tổ chức grafit tấm với độ bền rất thấp, gần như bằng không, tạo ra bề mặt lớn giống như vết nứt, làm giảm độ bền kéo do sự tập trung ứng suất ở các đầu nhọn của grafit Tuy nhiên, cấu trúc này không ảnh hưởng nhiều đến độ bền nén, với giới hạn bền nén của gang xám không kém gì thép.

Grafit, đặc biệt là grafit tấm, mang lại nhiều lợi ích Grafit mềm (HB 2) và giòn giúp tạo ra gang với độ cứng thấp, dễ gia công cắt nhờ vào tính chất phoi dễ gãy, điều này làm cho quá trình sản xuất trở nên hiệu quả hơn.

Grafit có khả năng bôi trơn, giúp tăng cường tính chống mài mòn Với độ cứng tương đương hoặc thấp hơn một chút, gang cho thấy tính chống mài mòn cao hơn thép nhờ vào đặc tính này.

Grafit có khả năng làm tắt dao động, vì vậy gang xám thường được sử dụng làm đế và bệ máy để tận dụng khả năng chịu nén tốt Để nâng cao cơ tính của gang xám, việc cải thiện tổ chức sẽ dẫn đến tăng cường giới hạn bền kéo.

Để giảm lượng grafit và số lượng vết nứt, rỗng trong gang, cần giảm tổng lượng cacbon của gang, vì tổng cacbon bao gồm cacbon tự do và cacbon liên kết Để nấu chảy gang có hàm lượng cacbon thấp (< 3%), cần sử dụng lò điện thay cho lò đứng chạy than hoặc pha thép vào gang để tăng nhiệt độ chảy.

Để làm nhỏ mịn grafit trong gang, cần giảm kích thước vết nứt rỗng bằng cách biến tính gang lỏng với ferô mangan và ferô silic Grafit trong gang được phân loại thành tám cấp theo tiêu chuẩn ASTM, từ cấp 1 đến cấp 8, trong đó cấp 8 có chiều dài trung bình nhỏ hơn 0,015mm, còn cấp 1 có chiều dài lớn hơn 1mm.

Bảng 2.1 Cơ tính của các loại gang xám.

Nền kim loại có độ bền cao đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao cơ tính của gang, vì cơ tính của gang được hình thành từ sự kết hợp giữa nền kim loại và grafit Việc cải thiện độ bền của nền kim loại không chỉ giúp gang đạt được độ bền cao hơn mà còn ảnh hưởng tích cực đến độ cứng Theo bảng 2.1, lượng cacbon liên kết có tác động đáng kể đến các chỉ số này.

Tổ chức tế vi của ba loại gang xám trên được biểu thị ở hình 2.7. a) b) c)

Hình 2.7 Tổ chức tế vi của các loại gang xám. a ferit, b ferit - peclit, c peclit

Thép kết cấu

4.1 Phân loại và ký hiệu

2.4.1 Thép lá để dập nguội sâu

Dập nguội là phương pháp gia công cơ khí hiệu quả, không tạo ra phoi và tiết kiệm kim loại Để thực hiện dập nguội, thép cần được cung cấp dưới dạng lá mỏng hoặc tấm với yêu cầu cơ tính là tính dẻo cao, đặc biệt trong trường hợp dập sâu Để đảm bảo tính dẻo này, thép phải có thành phần hóa học và tổ chức tế vi phù hợp.

Thép cacbon thấp có hàm lượng cacbon ≤ 0,20%, thường sử dụng ≤ 0,10%, chủ yếu cấu trúc là ferit, có thể chứa một lượng nhỏ peclit Do đó, ferit đóng vai trò quyết định trong việc xác định các đặc tính của thép.

Silic trong thép có nồng độ rất thấp, vì nó chỉ hòa tan vào ferit, dẫn đến việc tăng cường độ cứng và tính giòn của thép Để đảm bảo tính dẻo cao, lượng silic cần phải giữ ở mức ≤ (0,05 ÷ 0,07)%, do đó thép cần được xử lý ở nhiệt độ cao.

Hạt thép nhỏ và đồng đều, thường yêu cầu cấp 6 ÷ 8, mang lại độ dẻo và độ dai cao hơn so với hạt lớn, nơi nứt thường xuất hiện Các mác thép phổ biến cho dập sâu và các chi tiết phức tạp là C5s, C8s, C10s, C15s, trong đó C8S (mác 08K Π của ΓOCT) được sử dụng rộng rãi nhất Đối với dập nguội, tùy theo yêu cầu cơ tính và hình dạng sản phẩm, có thể sử dụng thép cacbon và hợp kim thấp với hàm lượng cacbon không vượt quá 0,20%.

Thép lá mỏng trong công nghiệp có thể được tráng thiếc, thường được gọi là sắt tây, và được sử dụng trong ngành thực phẩm để sản xuất đồ hộp Ngoài ra, thép cũng có thể được tráng kẽm hoặc kẽm - nhôm, hay còn gọi là tôn lợp, nhằm tăng cường khả năng chống ăn mòn trong môi trường khí quyển.

2.4.2.1 Khái niệm về tính dễ cắt

Tính gia công cắt của vật liệu, hay khả năng chịu gia công cắt bằng dao cắt, được xác định bởi nhiều yếu tố như tốc độ cắt cho phép, lực cắt, độ bóng bề mặt và tuổi bền của dao Đặc điểm này phụ thuộc vào bản chất của thép và các yếu tố liên quan đến cấu trúc và tính chất cơ lý của nó.

Độ cứng và độ bền của vật liệu ảnh hưởng lớn đến tính gia công cắt Khi độ bền và độ cứng cao, khả năng gia công cắt giảm do lực và công cần thiết để tách phoi tăng, dẫn đến dao nhanh mòn Ngược lại, độ cứng quá thấp nhưng độ dẻo cao cũng gây ra vấn đề, vì phoi dẻo dễ quấn quanh dao, làm bề mặt gia công sần sùi Đối với thép peclit, độ cứng lý tưởng cho gia công cắt nằm trong khoảng HB 150 ÷ 200 Trong khi đó, thép austenit, mặc dù có độ cứng thấp (HB < 200 ÷ 250), lại khó gia công cắt do độ bền cao và dễ bị biến cứng trong quá trình cắt.

Tính dẫn nhiệt của vật liệu ảnh hưởng lớn đến hiệu suất cắt Nhiệt sinh ra do ma sát khi cắt chủ yếu tập trung ở phần lưỡi cắt, gây nóng (ram) và làm giảm độ cứng, dẫn đến việc dao cắt mất khả năng cắt Nếu phôi thép có tính dẫn nhiệt kém, nhiệt sẽ nhanh chóng tập trung ở vùng lưỡi cắt, làm giảm độ cứng và gây "cùn" dao Trong đó, thép cacbon có tính dẫn nhiệt cao hơn thép hợp kim, giúp duy trì độ cứng và hiệu quả cắt tốt hơn.

Trong ngành chế tạo máy, thép dễ cắt là loại vật liệu có khả năng gia công cắt vượt trội, gấp hơn hai lần so với thép cacbon thông thường.

Thành phần hóa học và tổ chức tế vi của thép dễ cắt

Lượng cacbon trong thép cần duy trì trong khoảng (0,10 ÷ 0,40)% để đảm bảo độ cứng thấp vừa phải và khả năng cắt gọt dễ dàng, với cấu trúc chủ yếu là ferit và một phần peclit Đặc điểm quan trọng nhất của thép dễ cắt là sự hình thành các pha giòn, giúp phoi dễ gãy và mang lại bề mặt gia công nhẵn, bóng hơn Để đạt được điều này, cần bổ sung thêm các thành phần khác.

Để cải thiện tính gia công cắt của thép, hàm lượng photpho (P) và lưu huỳnh (S) cần phải cao hơn mức bình thường, với P trong khoảng (0,08 ÷ 0,15)% và S từ (0,15 ÷ 0,35)% Tuy nhiên, để giảm tác động tiêu cực của lưu huỳnh, hàm lượng mangan (Mn) phải đạt giới hạn trên từ (0,80 ÷ 1,00)% Sự kết hợp giữa S và Mn tạo thành pha MnS, giúp giảm độ bền theo phương vuông góc với thớ và làm cho phoi dễ gãy vụn P hòa tan trong ferit làm tăng độ giòn, dễ tách và làm vụn phoi, trong khi cả MnS và P trong ferit giúp tránh hiện tượng dính kim loại lên dao cắt, tạo ra bề mặt nhẵn bóng, đặc biệt quan trọng cho chi tiết có ren nhỏ Sự tạo phoi vụn này không chỉ giảm ma sát mà còn nâng cao tuổi bền của dụng cụ Thép dễ cắt thường chứa P và S có tính gia công cắt cao gấp đôi so với thép cacbon tương đương, nhưng việc tăng cường hai nguyên tố này cũng làm giảm chất lượng thép, ảnh hưởng đến độ dai, độ dẻo, độ bền theo phương ngang thớ và tính chống ăn mòn.

Để cải thiện tính gia công cắt, thép dễ cắt được bổ sung một lượng nhỏ chì (0,15 ÷ 0,30)% Pb Loại thép này có chứa đồng thời P, S và Pb, mang lại khả năng gia công cắt cao gấp đôi so với thép chỉ chứa P và S Pb không hòa tan vào ferit mà tồn tại dưới dạng các phần tử nhỏ, phân tán, do đó không làm giảm độ bền của thép ở nhiệt độ thường Trong quá trình cắt với năng suất cao, nhiệt độ của dao và phoi tăng lên (400 ÷ 600) °C, khiến các phần tử Pb chảy ra (nhiệt độ chảy của Pb là 327 °C), giúp phoi dễ gãy vụn, giảm lực ma sát và giữ cho dao không bị nóng quá mức.

Pb là loại thép dễ cắt tốt nhất và có thể được hợp kim hóa để tăng độ bền.

Tính gia công cắt của các mác thép được đánh giá dựa trên việc so sánh tốc độ cắt lớn nhất cho phép trong cùng điều kiện gia công về vật liệu, hình dạng và tuổi bền của dao (khoảng 1 giờ) với thép chuẩn quy định, cụ thể là thép mác 45 theo tiêu chuẩn ΓOCT và thép mác 1212 theo tiêu chuẩn AISI.

2.4.2.2 Các mác thép và công dụng

TCVN chưa quy định các mác thép dễ cắt, nhưng đã ký hiệu bằng xxS, trong đó xx là số chỉ phần vạn cacbon trung bình và S chỉ thép chứa S và P cao (ví dụ: 12S) Trong khi đó, ΓOCT ký hiệu thép dễ cắt bắt đầu bằng chữ A hoặc AC, với số tiếp theo chỉ phần vạn cacbon trung bình, có các mác thép dễ cắt được quy định rõ ràng.

- Loại thường chứa P, S gồm các mác điển hình như A12, A20, A30 và A40Γ.

Các loại thép đặc biệt chứa P, S và Pb bao gồm các mác điển hình như AC11, AC12HX, AC40 và AC20XΓHM.SI Các mác thép dễ cắt này được ký hiệu bằng SAE 11xx hoặc 12xx, trong đó "xx" đại diện cho lượng cacbon trung bình theo phần vạn, ví dụ như 1110.

1118, 1140, 1151, 1212, 1214; nếu có chứa thêm Pb thì bằng 12Lxx, ví dụ 12L14 có thành phần hệt như 1214 chỉ khác có thêm (0,15 ÷ 0,30)%Pb.

JIS ký hiệu các mác thép dễ cắt thường bằng SUMxx, trong đó xx là số thứ tự (11,

VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI

Cao su – amiăng

Áp dụng quy chế đào tạo Trung cấp hệ chính quy theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH, ban hành ngày 13/3/2017, nhằm đảm bảo chất lượng giáo dục và đào tạo nghề cho người lao động, theo quy định của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội.

Áp dụng phương pháp dạy học tích cực có thể bao gồm nhiều hình thức như trình chiếu, thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập cụ thể và câu hỏi thảo luận nhóm Những phương pháp này không chỉ kích thích sự tham gia của học sinh mà còn nâng cao hiệu quả học tập thông qua việc tạo ra môi trường học tập năng động và tương tác.

Hướng dẫn tự học theo nhóm hiệu quả bao gồm việc nhóm trưởng phân công nhiệm vụ cho các thành viên, yêu cầu họ tìm hiểu và nghiên cứu nội dung bài học Sau đó, cả nhóm sẽ thảo luận, trình bày nội dung đã nghiên cứu, ghi chép lại và viết báo cáo nhóm một cách chi tiết.

Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp là rất quan trọng Người học sẽ nhận được các tài liệu tham khảo từ nhiều nguồn, bao gồm trang web, thư viện và tài liệu, trước khi bắt đầu môn học này.

Để đủ điều kiện tham gia kỳ thi, học viên cần tham dự tối thiểu 70% các giờ giảng tích hợp Nếu vắng mặt hơn 30% số giờ học, học viên sẽ phải học lại mô đun trước khi được phép thi lần tiếp theo.

Tự học và thảo luận nhóm là phương pháp học tập hiệu quả, kết hợp giữa làm việc cá nhân và làm việc nhóm Trong phương pháp này, một nhóm 2-3 người sẽ được giao một chủ đề thảo luận trước khi tiến hành học lý thuyết và thực hành Mỗi thành viên trong nhóm sẽ đảm nhận trách nhiệm cho một hoặc một số nội dung trong chủ đề đã phân công, nhằm phát triển và hoàn thiện tốt nhất nội dung thảo luận chung của nhóm.

Khi đưa nguyên tố hợp kim vào nhôm lỏng, sẽ hình thành giản đồ pha Al - nguyên tố hợp kim, trong đó nguyên tố hợp kim hòa tan vào Al tạo dung dịch rắn thay thế α nền Al Khi vượt quá giới hạn hòa tan, sẽ xuất hiện pha thứ hai, thường là hợp chất hóa học của hai nguyên tố Nếu tiếp tục vượt quá giới hạn hòa tan cao nhất, sẽ tạo ra cùng tinh của dung dịch rắn và pha thứ hai Dựa vào giản đồ pha này, hệ hợp kim nhôm có thể được phân thành hai nhóm lớn: biến dạng và đúc.

Hợp kim nhôm biến dạng là loại hợp kim có hàm lượng nguyên tố hợp kim thấp, với cấu trúc hoàn toàn là dung dịch rắn nền nhôm, mang lại tính dẻo tốt và khả năng biến dạng dễ dàng ở cả nhiệt độ nguội và nóng Hợp kim này được chia thành hai phân nhóm: một là không hóa bền được bằng nhiệt luyện, chứa ít hợp kim và chỉ có cấu trúc dung dịch rắn ở mọi nhiệt độ, không có chuyển biến pha, do đó chỉ có thể hóa bền bằng biến dạng nguội.

Phân nhóm hóa bền bằng nhiệt luyện là quá trình xử lý hợp kim có nhiều thành phần, diễn ra từ điểm F đến C hoặc C’, với cấu trúc hai pha ở nhiệt độ thường (gồm dung dịch rắn và pha thứ hai) Khi nhiệt độ tăng, pha thứ hai hòa tan hoàn toàn vào dung dịch rắn, dẫn đến hiện tượng chuyển pha Do đó, ngoài việc biến dạng nguội, hợp kim này còn có thể được hóa bền thêm thông qua nhiệt luyện Chỉ những hệ hợp kim có độ hòa tan trong nhôm thay đổi mạnh theo nhiệt độ mới có khả năng sở hữu đặc tính này.

Hợp kim nhôm đúc là loại hợp kim chứa nhiều thành phần hơn, có nhiệt độ chảy thấp và tổ chức tinh thể đồng nhất, giúp nâng cao tính đúc Tuy nhiên, do sự hiện diện của nhiều pha thứ hai, thường là hợp chất hóa học, nên hợp kim này trở nên giòn và không có khả năng biến dạng dẻo Khả năng cải thiện độ bền qua quá trình nhiệt luyện của nhóm hợp kim này cũng hạn chế, vì không có sự biến đổi mạnh trong cấu trúc khi được nung nóng.

Ngoài các hợp kim nhôm sản xuất theo phương pháp truyền thống, còn có các hợp kim được chế tạo bằng các phương pháp không truyền thống như hợp kim bột (thiêu kết) và hợp kim nguội nhanh.

Theo giản đồ pha Al - Mn, giới hạn hòa tan tối đa của Mn trong Al (dung dịch rắn α) là 1,8% tại 659 °C và giảm nhanh khi nhiệt độ giảm Khi vượt quá giới hạn hòa tan, hai nguyên tố sẽ kết hợp thành Al6Mn Mặc dù với thành phần α và tỷ lệ 1,0 ÷ 1,6% Mn, hệ này lý thuyết có thể hóa bền qua nhiệt luyện, nhưng thực tế, sự có mặt của tạp chất như Fe và Si làm giảm đáng kể độ hòa tan của Mn trong α Ví dụ, với 0,1% Fe và 0,65% Si ở 500 °C, nhôm chỉ hòa tan được 0,05% Mn Do đó, biến đổi giới hạn hòa tan mangan theo nhiệt độ hầu như không xảy ra, dẫn đến việc hệ này chỉ có thể hóa bền thông qua biến dạng nguội.

Hợp kim biến dạng hệ Al - Mn rất nhạy cảm với biến dạng nguội, với giới hạn chảy tăng từ 2 đến 4 lần và nhiệt độ kết tinh lại cao hơn do sự hình thành pha α nhỏ mịn, phân tán Chúng có khả năng biến dạng dẻo tốt, được cung cấp dưới dạng các bán thành phẩm như lá mỏng, thanh, dây, hình ống, và có khả năng chống ăn mòn tốt trong khí quyển Hợp kim Al - Mn cũng dễ hàn và thường được sử dụng để thay thế các mác khác trong ngành công nghiệp.

Tiêu đề	Giáo Trình Vật Liệu Học Nghề Công Nghệ Ô Tô
Tác giả	Nguyễn Đình Kiên
Trường học	Trường Cao Đẳng Cơ Giới
Chuyên ngành	Công Nghệ Ô Tô
Thể loại	Giáo Trình
Thành phố	Quảng Ngãi

Định dạng
Số trang	72
Dung lượng	903,49 KB