Giáo trình vật liệu 2 part 7 pdf

79 5.2.4. Thép làm cốt bêtông Thép làm cốt bêtông là loại chuyên dùng làm cốt cho bêtông làm tăng khả năng chịu kéo, uốn và tải trọng động cho cấu kiện, rất thờng gặp hàng ngày. TCVN 1651-85: thép làm cốt bêtông gồm 4 cấp: C I, C II, C III và C IV: Cấp C I là cấp chịu lực thấp nhất dùng thép tròn trơn với mác CT38, Cấp C II dùng thép có đốt với mác CT51, Các cấp C III, C IV, gồm các mác HSLA: 35MnSi, 18Mn2Si, 25Mn2Si, 20CrMn2Zr Hoa Kỳ theo ASTM: HSLA Loại tròn trơn: b 485MPa, 0,2 385MPa. Loại có đốt : b 550MPa, 0,2 485MPa. cao hơn cấp CI và CII của TCVN. Nhật bản theo JIS 3112: có hai mác thép tròn trơn: SR235 và SR295, bốn mác thép có đốt: SD295, SD345, SD390, SD490; trong đó số chỉ 0,2 tối thiểu theo MPa . 5.2.5. Các thép khác Dây thép: thép nhiều cacbon (0,8-1%C) hoặc thép C không cao lắm nhng biến dạng lớn. Đờng ray cho xe lửa: 60Mn 5.3. Thép chế tạo máy 5.3.1. Các yêu cầu chung a. Cơ tí nh : Độ bền cao (giới hạn chảy), độ dai va đập lớn, chịu mài mòn, giới hạn mỏi cao. b. Tí nh công nghệ: Dễ biến dạng nóng (rèn), dễ cắt gọt, có thể nhiệt luyện để tăng bền. c. Tí nh kinh tế d. Thành phần hóa học : C và nguyên tố hợp kim Thành phần hợp kim và thép hợp kim Nguyên tố hợp kim chí nh: Cr, Mn, Si và Ni (B), HK phụ: Ti,Zr,V,Nb,Mo. Hợp kim hóa phức tạp tốt hơn hợp kim hóa đơn giản. 5.3.2. Thép thấm cacbon a. Đặc điểm các loại thép thấm cacbon và tác dụng của các nguyên tố %C thấp: 0,10 ữ 0,25% (0,30%) để chịu tải trọng tĩnh và va đập cao + bề mặt bị mài mòn mạnh nh bánh răng, cam, chốt Thép cacbon: chỉ dùng thép lặng: C10, C15, C20, C25. áp dụng cho ct d < 10 ữ 20, hì nh dạng đơn giản, chỉ chịu mài mòn thấp. Nhiệt độ thấm thấp < 900-920, thời gian thấm dài, sau khi thấm thờng hoá và tôi+ram thấp. không tôi trực tiếp Thép hợp kim: d > 30ữ50, hì nh dạng phức tạp và chịu mài mòn cao. Hợp kim: Cr riêng hoặc kết hợp với Ni, Mn, Ti có 2 tác dụng: tăng cơ tí nh (thấm tôi, hạt nhỏ), không cản trở quá trì nh thấm cacbon. Không dùng Si vì cản trở thấm cacbon, không dùng riêng Mn làm hạt thô. Các mác thép thờng dùng: 15Cr, 20Cr, 15CrV, 20CrV u việt của thép hợp kim so với thép cacbon: - độ bền cao do độ thấm tôi cao, tiết diện chi tiết lớn hơn 80 - chống mài mòn cao nhờ sau khi thấm cacbon tạo nên các cacbit hợp kim, cứng nóng >200 o C - tôi trong dầu nên í t diến dạng, dùng đợc cho các chi tiết có hì nh dạng phức tạp - nhiệt độ thấm cao hơn, do đó rút ngắn đợc thời gian thấm. c. Thép hợp kim Cr: 15Cr, 20Cr, 15CrV, 20CrV Dùng cho chi tiết nhỏ (d=20-40), nhiệt độ thấm 900-920, do tạo cacbit Cr dễ quá bão hoà C d. Thép Cr-Ni và Cr-Ni-Mo: - độ thấm tôi lớn , bền và dai cao - áp dụng: cho các chi tiết quan trọng, cần độ tin cậy cao nh trong ôtô, máy bay Gồm 2 loại: Thép Cr-Ni thấp: độ thấm tôi khá cao, tôi trong dầu, không kinh tế nên các nớc phơng Tây không dùng. 20CrNi (20XH), cho các chi tiết hì nh dạng phức tạp với d ~ (50 ữ 75 mm ), chịu tải trọng va đập cao nh các bánh răng ôtô tải nhẹ và du lịch Thép Cr-Ni cao: %Ni= 2% đến 4%, %Cr~ 1%, tỷ lệ Ni / Cr = 3 hay 4. Độ thấm tôi rất cao, tôi thấu đợc tiết diện bất kỳ (100). Tôi trong dầu, với tiết diện nhỏ có thể áp dụng tôi phân cấp, nhờ đó giảm mạnh độ biến dạng. áp dụng cho chi tiết quan trọng: chịu tải trọng nặng, chịu mài mòn mạnh, hì nh dạng lớn và phức tạp, yêu cầu độ tin cậy cao nh các chi tiết trong máy bay, ôtô mà các h hỏng có thể gây tai họa cho ngời. Các mác thép Cr-Ni dùng để thấm cacbon là: VN: 12CrNi3A, 20Cr2Ni4A, Nga : 12XH3A và 20X2H4A, JIS: SNC415 và SNC815. cơ tí nh tổng hợp cao tới b = 1000 ữ 1200MPa, a K = 900 ữ 1000kJ/m 2 . - rất đắt (theo số liệu của Nga đắt gấp ba thép cacbon), - tí nh gia công cắt kém do thép quá dẻo (do cacbon thấp, niken cao), phoi không gãy vụn, - phải áp dụng quy trì nh công nghệ khá phức tạp: Trớc khi gia công cắt thép phải qua thờng hóa (tôi ) Sau khi thấm C, bề mặt có %C cao và Ni khá cao làm hạ thấp điểm M đ lúc đó đem tôi lợng d (50 ữ 60%) cao, độ cứng thấp (45 ữ 55HRC), không đủ chống mài mòn. Sau khi thấm phải thờng hóa trực tiếp (tôi) rồi ram cao ở 600 ữ 650 o C- 2 đến 6h, để tạo xoocbit và tiết cacbit làm d/dịch rắn nghèo bớt hợp kim đi. Sau đó nung tôi lại: với nghèo hợp kim (nâng cao điểm M đ ) và cacbit phân tán nên tôi+ram thấp sẽ nhận đợc M+cacbit phân tán và í t d nên độ cứng cao (HRC>60) và chịu mài mòn tốt. Thép Cr-Ni-Mo: có thêm 0,10 ữ 0,40%Mo độ thấm tôi tăng (không có tác dụng chống giòn ram vì chỉ phải ram thấp), chúng đợc coi là thép thấm cacbon tốt nhất, đợc dùng vào các mục đí ch quan trọng nhất và cho tiết diện lớn nhất. Các mác thép Cr-Ni-Mo để thấm cacbon thờng dùng: TCVN: 20CrNi2Mo, 20Cr2Ni4MoA ( OCT: 20XH2M, 18X2H4MA) Hoa kỳ SAE/AISI: 4320, 8615, Nhật JIS: SNCM415, SNCM815 Các mác thép này có đặc tí nh giống nh các mác Cr-Ni cùng loại song có tí nh thấm tôi cao hơn (ví dụ 20Cr2Ni4MoA có tí nh thấm tôi cao hơn 20Cr2Ni4A, quy trì nh nhiệt luyện giống nhau) e. Thép Cr-Mn-Ti: 81 - Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật: đều khá cao, đợc dùng rất rộng rãi ở ta và Nga để chế tạo bánh răng ôtô tải nhẹ và trung bì nh, rẻ vì các nguyên tố Cr, Mn rẻ. - Độ bền: đối với các chi tiết trung bì nh (< 50mm) tôi thấu đợc nên có độ bền tơng đơng nh thép Cr-Ni, ( b = 1100 ữ 1150MPa), độ dẻo, độ dai kém hơn đôi chút (a K = 600 ữ 900kJ/m 2 ). Tí nh công nghệ: dễ cắt gọt hơn thép Cr-Ni, khi thấm cacbon có nhiều u việt: có Mn nên lớp thấm không bị quá bão hòa C,có Ti (dù với lợng nhỏ) nên giữ đợc hạt nhỏ do đó có thể thấm ở nhiệt độ cao hơn (930 ữ 950 o C), thời gian thấm ngắn hơn, sau thấm có thể tôi trực tiếp biến dạng rất thấp. Các mác thép điển hì nh: Việt nam: 18CrMnTi, 25CrMnTi, 30CrMnTi và 25CrMnMo Nga: : 18X T,25X T, 30X T và 25X M. Trong đó mác 18CrMnTi dùng để thấm cacbon, các mác sau dùng cho trờng hợp thấm C-N Quy trì nh chế tạo bánh răng hộp số ôtô bằng thép 25CrMnTi hoặc 25CrMnMo: Rèn phôi- thờng hoá- gia công cơ- thấm C+N thể khí ở 850 ữ 860 0 C, tôi trực tiếp phân cấp trong dầu nóng MC20 ở nhiệt độ 180 o C cho độ cứng cao, tí nh chống mài mòn tốt, biến dạng rất thấp (chỉ 0,08 ữ 0,12mm, cho phép là 0,12mm) nhờ đó tuổi thọ tăng gần gấp đôi. 5.3.3. Thép hóa tốt Đ/n: là thép có thành phần cacbon trung bì nh (0,30 ữ 0,50%C), để chế tạo các chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh và va đập tơng đối cao mà bề mặt có thể bị mài mòn nh trục, bánh răng, chốt , để đạt đợc cơ tí nh tổng hợp cao nhất thép phải qua nhiệt luyện hóa tốt (tôi + ram cao). a. Đặc điểm về thành phần hóa học Cacbon: 0,30 ữ 0,50%, thờng dùng hơn 0,35 ữ 0,45%. 2 loại nguyên tố hợp kim: Nguyên tố hợp kim chí nh: Cr,Mn với lợng chứa 1ữ2%, Ni = 1ữ4% nh nhóm thép thấm cacbon, ngoài ra còn cho phép dùng cả Si với lợng chứa không quá 1% (vì không cần thấm C). Gần đây dùng bo (B) lợng rất nhỏ 0,0005 ữ 0,003% (thấp quá không tác dụng, cao quá giòn do FeB), tơng đơng 1%Ni hay 0,5%Cr. Tác dụng của B chỉ có khi dùng kết hợp với Cr, Ni, Mn. Nguyên tố hợp kim phụ: Mo và W, có tác dụng tăng độ thấm tôi, song chủ yếu là để khắc phục giòn ram loại II. b. Đặc điểm về nhiệt luyện: Sơ bộ: để cải thiện tí nh cắt gọt, sau khi rèn, dập nóng để tạo phôi, thép đợc qua ủ hoàn toàn (trừ thép Cr-Ni) đạt độ cứng HB 180 ữ 220 dễ gia công cắt thô. Nhiệt luyện kết thúc: gồm 2 bớc: Bớc 1: tôi + ram cao X ram có cơ tí nh tổng hợp cao, chịu đợc tải trọng tĩnh và va đập tốt, HB 240 ữ 280 (HRC 25 ữ 30). Gia công tinh đạt hì nh dạng, kí ch thớc độ bóng yêu cầu và giúp chuyển biến nhanh và tạo M kim nhỏ khi tôi bề mặt. Phải chú ý tránh giòn ram loại II nhất là loại thép không chứa Mo và W. Với các tiết diện nhỏ có thể thay tôi + ram cao bằng thờng hóa cũng đạt hiệu quả tơng tự mà công nghệ thực hiện đơn giản và rẻ hơn. 82 Bớc thứ 2: sau khi gia công tinh, tôi bề mặt và ram thấp cho độ cứng HRC 52 ữ 58, cùng với độ cứng lõi HRC 25 ữ 30 đạt đợc yêu cầu đề ra. Riêng các thép với %C=0,30 ữ 0,35%, sau tôi bề mặt độ cứng không cao ( HRC50) nên phải thấm C-N nhiệt độ thấp (550 ữ 560 o C để không làm hỏng tổ chức X ram của lõi) và bề mặt đủ cứng chịu đợc mài mòn. c. Thép cacbon: các mác thờng dùng: TCVN: C30, C35, C40, C45, C50 và C40Mn, Nga OCT 30, 35, 40, 45, 50, 40 Cơ tí nh: tối thiểu b = 750 ữ 850MPa. Cải tiến: dùng thép cacbon với % Mn và Si rất thấp (Mn 0,20%, Si 0,15%), có độ thấm tôi thấp, ví dụ thép 58s hay 55K -Nga. Độ thấm tôi =2mm cứng 60HRC, lõi vẫn dẻo, dai nh là thép sau thấm cacbon. Đợc dùng để chế tạo bánh răng bị động (quay chậm và í t mòn hơn). d. Thép Cr: %Cr= 0,50 hay 1,00% chủ yếu để cải thiện tí nh tôi (tôi đợc trong dầu, tăng độ thấm tôi). Dùng làm các chi tiết nhỏ ( 20 ữ 40), tơng đối phức tạp. Các mác thờng dùng: TCVN: 40Cr, 40CrVA, OCT 40X, 40X A, SAE/AISI: 50B40, 5140, JIS: SCr440 e. Thép Cr-Mo: thép Cr + khoảng 0,25%Mo để chống đợc giòn ram loại II và tăng độ thấm tôi. Thép Cr-Mo đợc dùng làm các chi tiết máy trung bì nh ( > 50 mm ) hì nh dạng tơng đối phức tạp nh bánh răng. Thờng dùng các mác: VN: 38CrMoA, Nga 38XMA , AISI / SAE : 4140 , JIS: SCM440. f. Thép Cr-Mn và Cr-Mn-Si: 1%Cr + 1%Mn hay 1%Cr + 1%Mn + 1%Si là loại hợp kim hóa phức tạp nên có độ thấm tôi cao, dùng làm chi tiết khá lớn ( 50 ữ 60mm). Tuy nhiên có Mn, Si nên cứng và giòn hơn, í t phổ biến hơn. Nga dùng: 40X, 30XC, Hoa Kỳ, Nhật không dùng. g. Thép Cr-Ni và Cr-Ni-Mo: có cả Cr, Ni nên độ thấm tôi cao mà vẫn giữ đợc độ dẻo, độ dai tốt, nhất là trong trờng hợp niken cao tới 3% và có chứa Mo (giống thép thấm cacbon). Thép Cr-Ni thấp: 1%Cr + 1%Ni, chi tiết d= 50 ữ 60mm với b ~700MPa và a K ~700kJ/m 2 , hì nh dạng khá phức tạp. Vì bị giòn ram loại II, tí nh gia công cắt hơi kém ngày càng í t dùng. Thép Cr-Ni cao: 1 ữ 2%Cr + 3 ữ 4%Ni (Ni/Cr ~ 3ữ4), tôi thấu với tiết diện trên 100mm, coi là tôi thấu với tiết diện bất kỳ (nó thuộc loại mactenxit). Nhờ vậy thép có cơ tí nh tổng hợp rất cao: b = 1100MPa, 0,2 = 1000MPa, a K = 800kJ/m 2 . Các mác thờng dùng: VN: 38CrNi3, Nga: 30XH3A, JIS: SNC631 và SNC836, Hoa Kỳ không có thép này. Tuy nhiên thép này dễ bị giòn ram II và tí nh gia công cắt kém. Thép Cr-Ni cao với Mo: là thép chế tạo máy tốt nhất vì c ó ( 0 , 15 ữ 0,40%) Mo: tăng độ thấm tôi, làm các chi tiết với hì nh dạng phức tạp, tiết diện lớn ( 100mm), không bị giòn ram loại II, thuộc nhóm thép mactenxit, tôi thấu với tiết diện bất kỳ, cơ tí nh tổng hợp cao nhất: b = 1200MPa, 0,2 = 1100MPa, a K = 800kJ/m 2 . Các mác thép Cr-N-Mo thờng dùng: VN: 38Cr2Ni2MoA, 38CrNi3MVA, OCT: 38X2H2MA, 38XH3MA, SAE/AISI: 4340, JIS: SNCM439 83 h. Thép chuyên dùng để thấm nitơ: hợp kim Cr (~1,6%), Mo (~ 0,30%), Al (~1,00%). Tác dụng của nguyên tố HK: tạo nitrit cứng, phân tán, %C~0,40%, nhiệt luyện hóa tốt cơ tí nh tổng hợp cao. Nhiệt độ thấm nitơ bao giờ cũng phải thấp hơn nhiệt độ ram cao khi hóa tốt. Mác thờng dùng: VN: 38CrMoAlA, Nga : 38X2MA, SAE: 7140, JIS: SACM645 Nhiệt luyện: tôi ở 930 ữ 950 o C trong dầu, ram 640 ữ 680 o C cơ tí nh đạt b = 1030MPa, 0,2 = 880MPa, a K = 600kJ/m 2 . Thấm nitơ ở 520 ữ 540 o C đạt độ cứng HV850 ữ 1050 (~HRC 63 ữ 72). 5.3.4. Các chi tiết máy điển hì nh bằng thép a. Các loại trục Trục khuỷu: ôtô vận tải dới 4 tấn và xe con: C45, sau nhiệt luyện hoá tốt, gia công tinh, tôi bề mặt các cổ, mài rà và đóng gói. Trục láp ôtô: thép dung cho ôtô tải : 35CrMnSi (35XC), xe - 38CrMnSi (38XC) hoặc 40CrNiMoA (40XHMA), xe - 40CrMnTiB (40XTP). Quy trì nh công nghệ: rèn, thờng hóa hoặc ủ, gia công thô, nhiệt luyện hóa tốt đạt độ cứng HRC 45 ữ 40 (riêng mặt bí ch giảm độ cứng xuống thấp hơn, khoảng HRC 25 ữ 30 bằng cách nung cảm ứng), gia công tinh (tiện thân trục và mặt bí ch, cắt then hoa, khoan lỗ trên mặt bí ch ). Quy trì nh rút gọn: trục láp ôtô dùng thép C40 (%C 0,38 ữ 0,43%), xe dùng thép 45Bn (45P - Nga). Sau khi thờng hóa (HB 169 ữ 217), gia công cắt, rồi tôi cảm ứng cho bề mặt trục với chiều dày = 0,20 ữ 0,25d (d - đờng kí nh thân trục láp). Trục máy cắt: dùng thép cacbon mác C40, C45 hoặc thép crôm 40X. Sau khi nhiệt luyện hóa tốt, gia công tinh, tôi cảm ứng bề mặt làm việc với bạc, then hoặc mặt ren (ở trục ví t) rồi ram thấp. b. Các loại bánh răng Bánh răng chịu tải thờng: dùng thép: C40, C45, 40X đôi khi 40XH. Sau khi rèn phôi, ủ rồi gia công thô, sau đó đem nhiệt luyện hóa tốt, gia công tinh, tôi cảm ứng bề mặt răng. Bánh răng chịu tải trọng cao: phải dùng thép thấm C-N (25CrMnMo) nêu trên. 5.3.5. Thép đàn hồi Đ/n: là thép khá cứng, có tí nh đàn hồi cao, có thành phần cacbon tơng đối cao (0,55 ữ 0,65%), dùng để chế tạo nhí p, lòxo và các chi tiết đàn hồi khác. Nhiệt luyện: giới hạn đàn hồi cao nhất khi thép đợc tôi + ram trung bì nh để đợc trôxtit ram. a. Điều kiện làm việc và yêu cầu đối với thép đàn hồi: Đ/K làm việc: Chịu tải trọng tĩnh và va đập cao mà không cho phép bị biến dạng dẻo. Yêu cầu đối với thép: - Giới hạn đàn hồi cao: tỷ lệ đh / b càng gần tới 1 càng tốt, thờng là 0,85 ữ 0,95. 84 - Độ cứng khá cao: thí ch hợp HRC 35 ữ 45 hay HB 350 ữ 450; độ dẻo, độ dai thấp để không bị biến dạng trong quá trì nh làm việc, song không quá thấp để dễ bị phá hủy giòn. - Giới hạn mỏi cao: để thí ch ứng với điều kiện tải trọng thay đổi theo chu kỳ. b. Đặc điểm về thành phần hóa học và nhiệt luyện Thành phần hóa học: %C= 0,50 ữ 0,70% song tốt nhất là 0,55 ữ 0,65%, khi lợng nguyên tố hợp kim tăng lên thành phần cacbon có thể giảm đi đôi chút. Yêu cầu đối với các nguyên tố hợp kim: - Nâng cao giới hạn đàn hồi và độ cứng: Mn và Si là tốt nhất (xem hì nh 5.2a). - Nâng cao độ thấm tôi: Cr-Ni là tốt nhất, Si và Mn cũng có tác dụng này nhng yếu hơn. Thờng dùng: 1%Mn, 2%Si, 2% (Cr+Ni), nếu quá mức đặc biệt là Mn, Si thép sẽ cứng và giòn. Chú ý khi nhiệt luyện: - Chống thoát cacbon: vì khi thành phần cacbon bề mặt thấp hơn giới hạn quy định có thể tí ch riêng nhỏ hơn, chịu ứng suất kéo và do đó dễ phát sinh vết nứt mỏi. - Tạo nên ứng suất nén trên bề mặt: phun bi, lăn ép, thậm chí cán, kéo nguội sau khi nhiệt luyện tôi + ram trung bì nh có thể tăng tuổi thọ từ 1,5 đến 2 lần. - Nâng cao độ nhẵn bóng bề mặt: loại bỏ các vết xớc là mầm mống của nứt mỏi, muốn vậy phải qua cán, kéo tinh, thậm chí qua mài. c. Các mác thép và đặc điểm: Thép thờng và thép mangan: C65, C70 và ngay cả CD80, CD100 và thép Mn với mác 65Mn - Giới hạn đàn hồi thấp đh 800MPa - Độ thấm tôi thấp, chỉ tôi thấu với đờng kí nh tới 15mm. Dạng phổ biến nhất của chúng là dây (=0,15-8mm) đợc cung cấp ở trạng thái tôi chì rồi sau đó kéo nguội với độ biến dạng >70%. (ví dụ đh > 2000MPa), có tí nh đàn hồi cao, nên để làm lòxo chỉ cần qua quấn nguội tạo hì nh rồi ủ thấp (200 ữ 300 o C) để khử bỏ ứng suất. Thép silic và các thép hợp kim khác: 60Si2, với 2%Si (Nga 60C2) - Giới hạn đàn hồi cao, đh 1000MPa với giá thành tơng đối rẻ. - Độ thấm tôi tốt hơn (tôi thấu trong dầu dày 20 ữ 30mm). - Dễ thoát C khi nung nóng để tôi, vì vậy phải chú ý bảo vệ bề mặt khi nhiệt luyện Để khắc giảm thoát C và nâng cao độ thấm tôi: hợp kim hóa: Cr,Mn,Ni và V. 60Si2: lòxo trong toa xe, nhí p ôtô, trục mềm. 50CrMn đợc dùng làm nhí p ôtô với tí nh công nghệ tốt hơn. 60Si2CrVA và 60Si2Ni2A, E =1500MPa làm nhí p, lòxo lớn, chịu tải trọng nặng, riêng loại chịu va đập mạnh nên dùng 60Si2Ni2A. SAE/AISI: 1065, 1070, 1566, 9260, 4161, 50B60, 5160 và 51B60, 8655 JIS: SUP3 (thép cacbon), SUP6 và SUP7 (thép silic), SUP9 và SUP9A (thép Cr- Mn), SUP10, SUP11A, SUP12 và SUP13 thép khác 5.3.6. Các thép kết cấu có công dụng riêng a. Thép lá để dập nguội sâu: 85 Cơ tí nh: tí nh dẻo cao, đặc biệt khi dập sâu Thành phần và cấp hạt: %C 0,20%: thờng 0,10%, %Si 0,05 ữ 0,07% với tổ chức chủ yếu là ferit, nh vậy phải bằng thép sôi. Hạt nhỏ và đều: cấp 6 ữ 8 Các mác thép để dập sâu thờng dùng: VN: C5s, C8s, C10s, C15s, phổ biến nhất là C8s Thép lá mỏng tráng thiếc (gọi là sắt tây) dùng trong công nghiệp thực phẩm làm đồ hộp, hoặc tráng kẽm hay kẽm - nhôm (gọi là tôn hoa) để làm tăng tí nh chống ăn mòn trong khí quyển. b. Thép dễ cắt Khái niệm về tí nh dễ cắt: là thép có thể cắt tự động, phoi dễ gãy vụn Yêu cầu: cứng HB 150 ữ 200, không quá dẻo. Thành phần hóa học và tổ chức tế vi của thép dễ cắt: C= 0,10 ữ 0,40%, P = 0,08 ữ 0,15%, còn S = 0,15 ữ 0,35%, Mn= 0,80 ữ 1,00%. Mn sẽ kết hợp với S thành pha MnS, giảm tác hại của S, phoi dễ gãy. Pb: 0,15 ữ 0,30%Pb (chì ): làm cho phoi rất dễ gãy vụn, giảm lực ma sát. Loại thép dễ cắt có Pb là loại thép dễ cắt tốt nhất và có thể đợc hợp kim hóa để tăng độ bền. Các mác thép và công dụng: TCVN: xxS, trong đó xx là phần vạn C, S chỉ là thép chứa S và P cao (ví dụ 12S). OCT: - loại thờng chứa P, S: A12, A20, A30 và A40,(A chỉ cắt tự động) - loại đặc biệt chứa P, S và Pb : AC11, AC12HX, AC40, AC20X HM. AISI / SAE: - thép dễ cắt chứa P, S bằng :1110, 1118, 1140, 1151, 1212, 1214; - thép có chứa thêm Pb: 12L14 (0,15 ữ 0,30%Pb). JIS : SUMxx, (xx=11, 12, 21, 22, 23, 25, 31, 32, 41, 42, 43), có Pb là SUM24L. c. Thép ổ lăn Điều kiện làm việc và yêu cầu đối với thép ổ lăn: chịu mài mòn điểm, do đó thép ổ lăn phải đạt đợc các yêu cầu sau: - Độ cứng và tí nh chống mài mòn cao (HRC 64, cao hơn cả bề mặt thấm cacbon ). - Cơ tí nh phải thật đồng nhất, tức tuyệt đối không có điểm mềm, để tránh mài mòn điểm, gây nên rỗ và phải tôi thấu - Độ bền mỏi tiếp xúc cao. Đặc điểm về thành phần hóa học và nhiệt luyện: Về thành phần hóa học: %C tới 1% và qua tôi + ram thấp. - Để tôi thấu cho đồng đều: Cr= 0,50 ữ 1,50%, đôi khi có Mn và Si (mỗi nguyên tố 1%). - Để tránh điểm mềm và nâng cao độ bền mỏi tiếp xúc: í t tạp chất phi kim loại nh P, S, khí thép chất lợng tốt - Các cacbit nhỏ mịn và phân bố đều. Về nhiệt luyện phải qua các bớc sau đây: - ủ cầu hoá thép ổ lăn phải có tổ chức peclit hạt và cacbit d nhỏ mịn với độ cứng HB 187 ữ 205 để bảo đảm tí nh gia công cắt tốt. - Tôi + ram thấp (tôi trong dầu ở 850 ữ 860 o C, ram 150 ữ 180 o C). Có thể gia công lạnh để khử austenit d một cách triệt để sau khi tôi, lúc đó có thể đạt tới HRC 86 65 với tí nh chống mài mòn cao nhất. Cũng có thể dùng thép thấm cacbon cho các ổ lăn, bi không thật quan trọng. Các mác thép và công dụng: TCVN: OL100Cr1,5 là loại có 1,00%C, 1,5%Cr. OCT: Xxx, xx chỉ lợng Cr phần nghì n: 6, 9, 15, 15C AISI / SAE: 5195, 50100, 51100, 52100 (P, S cực thấp). JIS: SUJx, trong đó x là số thứ tự (từ 1 đến 5). Ngoài ra để làm các ổ lăn không gỉ ngời ta dùng thép không gỉ (> 13%Cr) nhng với lợng cacbon cao (~ 1,00%), nh OCT dùng mác 95X18, ASTM dùng 440C và 440MOD. Công dụng: ổ lăn, trục cán nguội, bàn ren, tarô, dụng cụ đo. 5.4. Thép dụng cụ 5.4.1. Các yêu cầu chung Đ/n: Dụng cụ là các công cụ gia công, chế biến, tạo hì nh các vật liệu (thành các sản phẩm, chi tiết máy, kết cấu). Chúng có ý nghĩa quyết định đến năng suất, chất lợng và giá thành của sản phẩm cơ khí . a. Phân loại : theo bản chất của quá trì nh gia công, ta chia các dụng cụ thành 3 nhóm lớn: - Dụng cụ cắt (dao): là dụng cụ tạo hì nh có sinh phoi, nh dao tiện, phay, bào, tuốt - Dụng cụ biến dạng: tạo hì nh bằng biến dạng dẻo không sinh phoi: trục cán, khuôn dập, khuôn ép chảy ở cả trạng thái nguội lẫn trạng thái nóng. - Dụng cụ đo: nh palme, thớc cặp, dỡng tuy không làm thay đổi hì nh dạng, kí ch t h ớc sản phẩm, nhng cũng không thể thiếu trong sản xuất cơ khí . b. Cơ tí nh & chịu nhiệt: cứng để không hay í t bị mòn, dai va đập lớn để không gãy vỡ, chịu nhiệt tốt để không giảm tí nh chất ở trạng thái nóng. c. Tí nh công nghệ và tí nh kinh tế: có thể rèn, cắt gọt đợc, đắt hơn phải tốt hơn. d. Thành phần hóa học: Cacbon: %C= 0,70 ữ 1,00%, song nói chung là 1,00%, cá biệt lên tới 2%. Còn đối với các dụng cụ gia công phôi mềm hay ở trạng thái nóng có thể thấp hơn, khoảng 0,30 ữ 0,50%. Hợp kim: tăng tí nh thấm tôi (Cr) do vậy làm đợc các dụng cụ nhỏ với hì nh dạng tơng đối phức tạp, cần tí nh cứng nóng cao: W, Mo 5.4.2. Thép làm dụng cụ cắt a. Yêu cầu đối với vật liệu làm dụng cụ cắt: đ iều kiện làm việc và yêu cầu cơ tí nh : a) 4 1 3 2 5 b) 4 Hì nh 5.12. Sơ đồ tiện (a) và sơ đồ mặt cắt khi tiện (b): 1. phôi, 2. phoi, 3. rãnh lõm, 4. dao, 5. mặt trớc, 6. mặt sau 6 87 Các loại dao làm việc trong điều kiện tiện, phay, bào, doa tuy có những nét khác biệt song về cơ bản là giống nhau và có thể coi tiện là nguyên công điển hì nh ( hì nh 5 . 12). 1) Độ cứng cao: cao HRC 60, bằng thép thì %C > 0,70% và qua tôi cứng + ram thấp. 2) Chịu mài sát: mặt trớc với phoi, mặt sau với phôi, đặc biệt là trên mặt trớc. Dao phải có tí nh chống mài mòn cao: độ cứng cao, nhiều cacbit d thì chống mài mòn tốt, 3) Chịu nhiệt cao: nhiệt độ lỡi cắt > 200 ữ 300 o C, do đó dao cắt cần phải có tí nh cứng nóng cao Thép làm dụng cụ cắt cũng phải có tí nh công nghệ nhất định: thấm tôi tốt, Có khả năng chịu gia công áp lực ở trạng thái nóng, có khả năng chịu gia công cắt ở trạng thái ủ (HB 265). b. Thép làm dao có năng suất thấp Đó là loại thép làm dao chỉ cắt đợc với tốc độ 5 ữ 10m/min. Thép cabon: TCVN: CD70, CD80, CD80Mn, CD90, CD100, CD110, CD120 và CD130 Chúng có các đặc tí nh nh sau: P 0,035, S 0,030 rất thấp - Sau khi tôi + ram thấp có thể đạt HRC 60 đủ để cắt. Chế độ tôi của các thép nh sau: CD70, CD80: tôi hoàn toàn ở 800 ữ 820 o C, 780 ữ 800 o C, CD90 ữ CD130: tôi không hoàn toàn ở 760 ữ 780 o C. Cùng có độ cứng HRC 60 ữ 62, CD100 ữ CD130 có nhiều Xe II d nên chống mài mòn tốt hơn. - Dễ biến dạng nóng, dễ gia công cắt và rẻ. Nhợc điểm quan trọng: + Độ thấm tôi thấp (chỉ tôi thấu các tiết diện trên dới 10mm). Với các dao lớn hơn, lớp tôi mỏng, sau thời gian làm việc khi mài lại không còn đủ độ cứng nên phải tôi lại, do đó không thuận tiện khi sử dụng. + Tí nh cứng nóng thấp : không vợt quá 200 ữ 250 o C, do đó tốc độ cắt không quá 5 m/min. Công dụng: dao nhỏ, hì nh dạng đơn giản với năng suất thấp hay dụng cụ cầm tay:giũa (CD120). Thép hợp kim: Đó là nhóm thép có thành phần cacbon cao (~ 1% và cao hơn) và đợc hợp kim hóa thấp và vừa phải với đặc tí nh có độ thấm tôi tốt hơn hay tí nh chống mài mòn cao. Loại có tí nh thấm tôi tốt: 1%Cr (có thể thêm 1%Si): 90CrSi (Nga 9XC) Công dụng: làm dao nhỏ hì nh dạng phức tạp nh mũi khoan, doa, tarô, bàn ren, lợc ren, phay Tí nh cứng nóng tơng đối khá: Si cùng với Cr tăng tí nh cứng nóng tới 300 o C, tốc độ 10 m/min Tơng đối rẻ, đợc dùng tơng đối phổ biến. Nhợc điểm mà đáng kể nhất là dễ thoát cacbon khi nung (do Si) nên phải chú ý bảo vệ khi tôi. Thép đợc tôi ở 840ữ860 o C trong dầu, ram 150ữ200 o C, độ cứng 62 ữ 64HRC. 88 Loại có tí nh chống mài mòn cao: %C rất cao (>1,30%) với 0,50%Cr và 4,0ữ5,0%W mác 140CrW5 (Nga XB5). Do C và W tạo cacbit làm tăng rất mạnh tí nh chống mài mòn. Tí nh thấm tôi thấp (í t Cr và nhiều cacbit) môi trờng tôi phải là nớc. Độ cứng HRC sau khi tôi (800 ữ 820 o C) ram (~ 150 o C) đạt tới 66 ữ 68, làm dao tiện, phay với tốc độ cắt không lớn lắm (sửa phôi cứng) quay chậm. c. Thép làm dao có năng suất cao - Thép gió: Thép gió là tên gọi Việt Nam (thép cắt nhanh: Anh- high speed steel, Pháp- acier à coupe rapide, Nga- ) tự tôi khi nguội trong gió- thép gió - tốc độ cắt 35 ữ 80m/min (3 ữ 7 lần so với loại trên), - tí nh chống mài mòn và tuổi bền cao (8 ữ 10 lần), - độ thấm tôi đặc biệt cao (tôi thấu với tiết diện bất kỳ). Thành phần hóa học và tác dụng của các nguyên tố: Tổng lợng W+Mo > 10%, Cr=4%, ngoài ra còn có thể có thêm V, Co. Tác dụng của các nguyên tố: C= 0,70 đến 1,50%, đủ để hòa tan vào M và tạo thành cacbit với các nguyên tố W, Mo và đặc biệt là V. Thêm 1%V phải đa thêm 0,10 ữ 0,15%C vào thép, tăng mạnh tí nh chống mài mòn. Cr khoảng 4% (3,8 ữ 4,4%): tăng mạnh độ thấm tôi, W= 6 ữ 18%: tạo tí nh cứng nóng cao, tới 600 o C. Mo: thay thế W đắt lại có tỷ lệ quá cao: 1%Mo thay thế đợc gần 2%W, lợi về kinh tế. V: tạo cacbit rất mạnh VC làm tăng tí nh chống mài mòn và giữ cho hạt nhỏ khi tôi. Co: > 5% tăng tí nh cứng nóng. Tổ chức tế vi và nhiệt luyện: Sau ủ và thờng hoá: sau ủ: Lê, sau thờng hoá :M . Thép chứa nhiều cacbit (15 ữ 25%), sau khi đúc cacbit chủ yếu ở dạng cùng tinh Lê hì nh xơng cá nên rất giòn và phải làm nhỏ chúng bằng biến dạng nóng (cán, rèn). Gia công: Thông thờng phôi đợc cung cấp có tiết diện càng nhỏ chứng tỏ đã đợc cán với độ biến dạng ( ) mạnh nên đã có cacbit nhỏ mịn và phân bố đều. Phôi lớn ( > 40) thờng phải rèn. Sau khi rèn bị biến cứng, thép phải đợc qua ủ không hoàn toàn ở 840 ữ 860 o C đạt độ cứng HB 241 ữ 269 với tổ chức peclit (dạng xoocbit) + cacbit nhỏ mịn phân bố đều, mới có thể gia công cắt để tạo dao đợc. Nhiệt luyện kết thúc bằng tôi + ram: quyết định độ cứng, tí nh chống mài mòn cao đặc biệt là tí nh cứng nóng theo yêu cầu. Tôi: nhiệt độ tôi rất cao (gần 1300 o C) khoảng dao động lại khá hẹp (chỉ 10 o C), không cho phép tôi ở nhiệt độ thấp hơn hoặc cao hơn giới hạn quy định vì : 1) Khi tôi thấp hơn: cha bão hòa đủ W để nâng cao tí nh cứng nóng: + khi nung trên Ac 1 (khoảng 850 o C) mới có chuyển biến P , do vậy tôi ở 850 ữ 900 o C chỉ đạt HRC 45 ữ 50 cha đủ để cắt. [...]... nh cắt vẫn tơng đơng nhau Nhiều nớc loại thép gió 85W6Mo5Cr4V2 chiếm tới 50% lợng thép gió sử dụng Ký hiệu VN(Nga, Hoa kỳ, Nhật) 2 Thép gió với năng suất cao: tí nh cứng nóng đến 630 ữ 650oC, có thể cắt với tốc độ 40m/min hoặc có tí nh chống mài mòn cao, chúng chứa Co và > 2% V, gồm 2 mác: 85W18Co5Cr4V2 (P18K 52, T4, SKH3), 155W12Co5V5Cr4 (P 124 K5, T15, SKH10) Công dụng chí nh của thép gió: Làm các dụng... đợc thấm CN ở nhiệt độ thí ch hợp (550 ữ 570 oC) trong vài giờ hoặc tốt nhất là đem phủ TiN bằng công nghệ PVD Các mác và công dụng 4 mác trong số các loại thép gió thờng gặp của Nga, Mỹ và Nhật 1 Thép gió với năng suất thờng: tí nh cứng nóng đến 615 ữ 620 oC, không chứa hay chứa rất í t Co và có < 2% V, gồm 2 mác: 80W18Cr4V (P18, T1, SKH2) và 85W6Mo5Cr4V2 (P6M5, M2, SKH51) Mác sau chứa í t W nên rẻ hơn... định (khoảng 50 ữ 75 %) d chuyển thành M và lại gây ra ứng suất bên trong mới, nên sau đó phải ram thêm 1 ữ 3 lần nữa để quá trì nh xảy ra đợc T, oC hoàn toàn hơn 128 0 o 120 0 tôi ram 900 850 Hì nh 5.14 Quy trì nh tôi + ram thép gió 80W18Cr4V (P18, T1, SKH2) cùng với sự thay đổi của lợng d và độ cứng HRC 600 lầ n 1 560 650 lầ n 2 560 lầ n 3 560 300 d HRC 30 15 5 62 64 64,5 thời gian 2 64,6 Để nâng cao... đẳng nhiệt ra bainit (giữ ở 24 0 ữ 28 0oC hàng h): cho biến dạng nhỏ nhất song độ cứng HRC không quá 60, năng suất thấp, í t dùng - Gia công lạnh: để khử austenit d sau khi tôi, áp dụng khi cần ổn định kí ch thớc Ram thép gió: mất ứng suất bên trong, khử bỏ d, tăng độ cứng (HRC tăng thêm 2 ữ 3) Chế độ nhiệt luyện điển hì nh (hì nh 5.14) 90 Ram 2 ữ 4 lần (thờng là 3) ở 550 ữ 570 C, mỗi lần trong 1h Khi... chống mài mòn 2) Tôi ở nhiệt độ cao quá: cacbit hòa tan nhiều, hạt lại phát triển mạnh, thép bị giòn, thậm chí có trờng hợp biên hạt bị chảy Do đó nhiệt độ cao một cách khá chí nh xác Nếu chỉ cần đạt độ cứng cao (HRC > 60) thì nhiệt độ tôi chỉ cần hơn 1000oC là đủ Tổ chức tế vi của thép gió sau khi tôi: hì nh 5.13b gồm: M giàu W, d (30%) và cacbit d (15 ữ 20 %) với độ cứng HRC chỉ khoảng 62 Cacbit d có... thép gió sau khi tôi (b) độ hoà tan ng.t.h.k và o + nung ở trên 900-1000 C: cacbit hợp kim bắt đầu hòa tan ngày càng nhiều vào làm trở nên giàu nguyên tố hợp kim (và cả cacbon) (hì nh 5.13a) Cr do Cr23C6 dễ hòa tan hơn cả nên bão hoà sớm nhất VC hầu nh không tan vào austenit Còn Fe3W3C (loại cacbit chủ yếu) bắt đầu hòa tan mạnh ở trên 1150oC và ngay cả tới gần 1300oC cũng chỉ hòa tan đợc 8%W Cơ sở . bằng :1110, 1118, 1140, 1151, 121 2, 121 4; - thép có chứa thêm Pb: 12L14 (0,15 ữ 0,30%Pb). JIS : SUMxx, (xx=11, 12, 21 , 22 , 23 , 25 , 31, 32, 41, 42, 43), có Pb là SUM24L. c. Thép ổ lăn Điều kiện. cacbon là: VN: 12CrNi3A, 20 Cr2Ni4A, Nga : 12XH3A và 20 X2H4A, JIS: SNC415 và SNC815. cơ tí nh tổng hợp cao tới b = 1000 ữ 120 0MPa, a K = 900 ữ 1000kJ/m 2 . - rất đắt (theo số liệu của Nga. nhất. Các mác thép Cr-Ni-Mo để thấm cacbon thờng dùng: TCVN: 20 CrNi2Mo, 20 Cr2Ni4MoA ( OCT: 20 XH2M, 18X2H4MA) Hoa kỳ SAE/AISI: 4 320 , 8615, Nhật JIS: SNCM415, SNCM815 Các mác thép này có đặc