Giáo trình vật liệu 2 part 8 pot

Thép làm dụng cụ đo cấp chí nh xác cao Nguyên tố hợp kim và nhiệt luyện thí ch hợp: - Hợp kim hóa Cr-Mn: 1% mỗi nguyên tố, để nâng cao độ thấm tôi tôi thấu khi tôi dầu, í t biến dạng;

91 Các loại dụng cụ đo sử dụng trong Cơ khí : palme, thước cặp, thước đo độ dài, đo góc, dưỡng, calip , dễ bị mòn, biến dạng, làm sai lệch kết quả đo Để bảo đảm

độ chí nh xác, các dụng cụ đo phải đạt các yêu cầu sau:

1) Độ cứng và tí nh chống mài mòn cao: độ cứng HRC yêu cầu là 63 ữ 65

2) ổn định kí ch thước: trong suốt đời làm việc (hàng chục năm hay hơn), nhờ 2 chỉ

tiêu sau:

- hệ số giãn nở vì nhiệt nhỏ và sự ổn định của tổ chức đạt được trong thời gian dài

3) Độ nhẵn bóng bề mặt cao: cấp 14, khi mài và í t bị biến dạng khi nhiệt luyện

Độ cứng và tí nh chống mài mòn cao như dao cắt song không yêu cầu tí nh cứng nóng nên không cần làm bằng thép gió

b Thép làm dụng cụ đo cấp chí nh xác cao

Nguyên tố hợp kim và nhiệt luyện thí ch hợp:

- Hợp kim hóa Cr-Mn: (1% mỗi nguyên tố), để nâng cao độ thấm tôi (tôi thấu khi

tôi dầu), í t biến dạng; riêng Mn có tác dụng làm tăng γ dư đến mức thí ch hợp làm cho kí ch thước hầu như không thay đổi khi tôi

- Hóa già để ổn định kí ch thước: (nhiệt độ hóa già dưới ram thấp, < 150oC) Để vẫn là tổ chức M (tôi) chứ không phải là M ram, vì M (tôi) có những ưu điểm sau: + độ cứng và tí nh chống mài mòn cao, do đó

+ bảo đảm độ nhẵn bóng cao khi mài, và đặc biệt là

+ có hệ số gi∙n nở vì nhiệt rất nhỏ, chỉ khoảng 10-5 ữ 10-6/ o C

Phải hoá già vì : M (tôi) và γ dư không ổn định, để ổn định M (tôi) và γ dư phải xử lý thép tôi ở 120 ữ 140oC trong 1 ữ 2 ngày

Các thép thường dùng: là các mác 100Cr, 100CrWMn (TCVN 1823 - 76) và mác 140CrMn (mác XΓ của Nga) trong đó 140CrMn được dùng nhiều hơn cả

c Thép làm dụng cụ đo cấp chí nh xác thấp

Loại này chỉ yêu cầu cứng và chống mài mòn là đủ, do đó không cần dùng các mác thép hợp kim cùng với tôi + hóa già như trên mà chỉ dùng các mác thép:C15, C20 thấm C, tôi + ram thấp

C45, C50, C55 qua tôi bề mặt + ram thấp, thép dụng cụ: CD80, CD120, tôi+ram thấp

5.4.4 Thép làm dụng cụ biến dạng nguội

Biến dạng dẻo thép ở nhiệt độ thường - biến dạng nguội - là hì nh thức gia công phổ biến trong chế tạo cơ khí với năng suất cao Dụng cụ để biến dạng như trục cán, khuôn dập, đột có ý nghĩa quan trọng quyết định năng suất và chất lượng sản phẩm

a Điều kiện làm việc và yêu cầu:

1) Độ cứng đủ cao: HRC 58 ữ 62 (thấp hơn dao cắt) phụ thuộc vào loại khuôn, chiều dày và độ cứng của thép lá đem dập, biến dạng: tôn silic dày phải yêu, HRC tới trên 60 đến 62;

2) Tí nh chống mài mòn cao: bảo đảm hàng vạn - hàng chục vạn lần dập vẫn

chí nh xác

3) Độ bền và độ dai cao: chịu được tải trọng lớn và chịu va đập, khuôn dập lớn

cần có thêm yêu cầu về độ thấm tôi và í t thay đổi thể tí ch khi tôi

b Đặc điểm của thép làm dụng cụ biến dạng nguội:

92

- %C cao: ~ 1%, bảo đảm độ cứng, tí nh chống mài mòn sau khi tôi, song có một

số trường hợp ngoại lệ: + khi chịu va đập mạnh, lượng cacbon giảm đi, còn 0,40 ữ 0,60%,

+ khi chịu mài mòn rất cao, %C đến 1,50 ữ 2,00% hay hơn

- Hợp kim hoá: phụ thuộc vào hì nh dạng, kí ch thước khuôn và tí nh chống mài mòn yêu cầu do tác dụng nâng cao độ thấm tôi và tạo ra cacbit cứng

Để làm tăng độ thấm tôi: Cr, Mn, Si, W với lượng í t (~ 1% mỗi loại)

Để nâng cao tí nh chống mài mòn: Cr (~ 12%) và %C =1,50 ữ 2,00% hay hơn

- Nhiệt luyện kết thúc: tôi + ram thấp để đạt độ cứng cao, song cũng có đặc điểm riêng

• Để bảo đảm độ bền và do kí ch thước lớn nên nhiệt độ tôi cao hơn 20ữ40oC để γ

được đồng nhất hơn, nâng cao độ thấm tôi, có khi phải thường hóa trước để hạt nhỏ í t biến dạng, nứt khi tôi

• Nhiệt độ ram lấy cao hơn (song vẫn là ram thấp) vì yêu cầu độ cứng thấp hơn chút í t Chú ý do ram thấp phải tránh giòn ram loại I

c Thép làm khuôn bé

Khuôn nhỏ, hì nh dạng đơn giản, chịu tải nhỏ: CD100, CD120, tôi trong nước, tuy

độ thấm tôi của thép C thấp song có độ cứng bề mặt đủ bảo đảm điều kiện làm việc, lõi có thể không tôi thấu nhưng phải đảm bảo không bị lún là được

d Thép làm khuôn trung bì nh

Kí ch thước khuôn trung bì nh (75 -100mm), hoặc loại bé nhưng có hì nh dạng phức

tạp, chịu tải trọng lớn: dùng thép 1%C có hợp kim Cr, W, Mn, Si (~ 1% mỗi nguyên tố) để nâng cao độ thấm tôi: 110Cr, 100CrWMn, 100CrWSiMn Trong các mác đó 100CrWMn là điển hì nh hơn cả

Đặc điểm của thép:

- Do có Mn nên sau khi tôi có lượng γ dư nhất định nên biến dạng nhỏ

- Có thể dùng cách tôi phân cấp (nếu là khuôn nhỏ) và tôi trong hai môi trường (nếu là khuôn trung bì nh) để giảm độ biến dạng mà vẫn đạt độ cứng cao

- Thiên tí ch cacbit lớn, khi cacbit lớn thép dễ bị nứt khi tôi, do đó phải kiểm tra cấp

cacbit, nếu thấy lớn phôi thép phải qua rèn

e Thép làm khuôn lớn và có tí nh chống mài mòn rất cao:

Kí ch thước (200 ữ 300mm), chịu tải trọng nặng và bị mài mòn rất mạnh phải dùng

thép %Cr cao tới 12% và %C rất cao, 1,50 ữ 2,20% với các mác:

Cr12 (210Cr12), Cr12Mo (160Cr12Mo) và Cr12V1 (130Cr12V1)

Đặc điểm nổi bật của thép:

- Tí nh chống mài mòn rất cao: 30% cacbit crôm nên bảo đảm tuổi bền làm việc rất cao

- Độ thấm tôi cao: tôi thấu d=150x200mm trong dầu, bảo đảm độ bền, độ cứng khi

khuôn lớn

- Có nhiều chế độ tôi + ram khác nhau: thay đổi nhiệt độ tôi dẫn đến mức độ hòa tan cacbit khác nhau làm biến đổi thành phần của γ, vì thế làm thay đổi tỷ lệ của các tổ chức tạo thành do đó ảnh hưởng đến độ cứng và kí ch thước khuôn:

93

+ Tôi nhiệt độ thấp: 1050 ữ 1075oC, í t γ dư, độ cứng HRC đạt 64 ữ 65, nhưng

tí nh cứng nóng thấp (cách tôi này gọi là tôi ra độ cứng thứ nhất) Sau khi tôi ram ở

150 ữ 200oC

+ Tôi nhiệt độ cao: 1125 ữ 1150oC, γ được hợp kim hóa cao → M tạo thành có tí nh cứng nóng cao, nhưng độ cứng đạt thấp, HRC 54 ữ 56 vì có nhiều γ dư (~ 60%) Giống như thép gió, thép này sau khi ram nhiều lần ở 500 ữ 530oC γ dư sẽ chuyển biến thành M và có độ cứng tăng lên đến HRC 58 ữ 60 (cách tôi này gọi là tôi ra

độ cứng thứ hai)

+ Tôi nhiệt độ trung bì nh: 1100 ữ 1125oC, γ dư khá lớn (~ 40%) nên kí ch thước hầu như không thay đổi, đạt độ cứng HRC khoảng 58 Sau khi tôi, ram ở 150 ữ

200oC (tôi ổn định kí ch thước)

Khi ram, tránh nhiệt độ giòn ram loại I của thép này là 300 ữ 375oC

- Có thể dập với tốc độ cao: khuôn chịu được nhiệt độ nung nóng tới 200 ữ 350oC

f Thép làm khuôn chịu tải trọng va đập

Dụng cụ biến dạng nguội chịu va đập như: đục, búa hơi, khuôn dập cắt thép tấm dày 3 ữ 4mm trở lên phải làm bằng loại thép hợp kim với 3 ữ 5% nguyên tố hợp

kim song có lượng cacbon thấp hơn, chỉ 0,40 ữ 0,60% để bảo đảm độ dai va đập nhất định

Thường dùng các mác sau: 40CrSi, 60CrSi, 40CrW2Si, 50CrW2Si, 60CrW2Si và 60CrWMn, có 1%Cr, 1%Si và 1 ữ 2%W Sau khi tôi phải ram cao hơn các khuôn dập bì nh thường Khi ram, tránh giòn ram loại I của các thép trên ở 240 ữ 270oC Hiện nay đang có khuynh hướng dùng hợp kim cứng làm khuôn dập nguội, đạt hiệu quả rất cao

5.4.5 Thép làm dụng cụ biến dạng nóng

Rèn, ép sử dụng các bộ khuôn tương ứng

a Điều kiện làm việc và yêu cầu:

- Dụng cụ (khuôn) bị nung nóng: phôi ~1000oC, khuôn 500ữ700oC song không liên tục

- Phôi thép ở nhiệt độ cao (γ) mềm do đó khuôn không cần cứng như khuôn dập nguội

- Các dụng cụ biến dạng nóng thường có kí ch thước lớn, chịu tải trọng lớn, có thể

đạt tới vài trăm - vài nghì n tấn

Yêu cầu đối với dụng cụ biến dạng nóng:

1) Độ bền và độ dai cao, độ cứng vừa phải đồng nhất trên toàn tiết diện để có thể

chịu được tải trọng lớn và va đập:độ cứng chỉ HB 350 ữ 450 (HRC 35 ữ 46), cao quá lại không bảo đảm

2) Tí nh chống mài mòn cao bảo đảm tạo ra được hàng nghì n ữ hàng vạn sản phẩm Nhiệt độ cao, làm nhịp độ sản xuất chỉ bằng 1/10 khuôn biến dạng nguội

3) Tí nh chịu nhiệt độ cao, chống mỏi nhiệt để chịu được trạng thái nhiệt độ thay

đổi tuần hoàn dễ gây ra rạn, nứt Muốn vậy thép phải có tí nh chống ram cao

b Đặc điểm của thép làm dụng cụ biến dạng nóng:

- Thành phần:

- %C trung bì nh: 0,30 ữ 0,50%

94

- Hợp kim hoá thí ch hợp: để bảo đảm thấm tôi tốt và độ dai cao Cr-Ni; cứng nóng 8 ữ 10%W

- Nhiệt luyện kết thúc: tôi + ram trung bì nh (500 ữ 600oC) để đạt tổ chức T ram (đôi khi cả T+X ram) Chú ý tránh giòn ram loại II Hai loại thường dùng:

c Thép làm khuôn rèn

Dùng thép Cr-Ni (hay Cr-Mn) có thêm Mo hay W và %C= 0,50%:

các mác 50CrNiMo, 50CrNiW, 50CrNiSiW, 50CrMnMo trong đó 50CrNiMo là mác

điển hì nh

Đặc điểm của thép 50CrNiMo:

- Tí nh thấm tôi cao, tôi thấu trong dầu với khối thể tí ch 400 x 300 x 300mm, có thể

tôi phân cấp hay đẳng nhiệt với khuôn bé

- Tôi + ram 500 ữ 600oC, tùy theo yêu cầu độ cứng với từng loại khuôn: nhỏ HRC

40ữ45, ram khoảng 500ữ540oC, lớn HRC 35ữ38 ram khoảng 540 ữ 580oC, T hay T+X ram

- Độ cứng phần đuôi nên thấp hơn phần làm việc từ 5 đến 10 đơn vị HRC do đó phải ram thêm phần này ở trong lò muối ở 600 ữ 650oC hay bằng nung cảm ứng Chú ý khi nhiệt luyện khuôn rèn:

+ Thời gian nung nóng dài (do kí ch thước khuôn lớn) phải chống oxy hóa và thoát cacbon

+ Đối với các khuôn lớn do cần phải có độ dai cao hơn nên độ cứng phải lấy thấp

đi (HRC< 35)

Thường dùng 50CrNiMo, cho khuôn rèn với búa > 3Tấn, các mác còn lại với các búa < 3T

d Thép làm khuôn ép chảy:

Điều kiện làm việc: Khác với khuôn rèn, khuôn ép chảy thường bé hơn nhưng phải chịu nhiệt độ vá áp suất cao hơn, tải trọng ổn định không có va đập

Chọn thép: Để có tí nh cứng nóng khá cao (600 ữ 700oC) phải hợp kim hóa cao (~10%) Cr+W, %C=0,30ữ0,40%, V~1% để chống mài mòn và giữ hạt nhỏ, Mo~1% để tăng tí nh thấm tôi

Mác thép thường dùng là: 30Cr2W8V và 40Cr5W2VSi Tôi ở nhiệt độ cao (gần

1100oC), ram ở 600ữ 650oC để đạt tổ chức trôxtit ram với độ cứng HRC= 40 ữ 50 Sau khi tôi + ram 600 ữ 650oC như trên, khuôn còn được thấm C-N ở 500 ữ 600oC

5.5 Thép hợp kim đặc biệt (có tí nh chất vật lý - hóa học đặc biệt)

5.5.1 Đặc điểm chung và phân loại

Đặc điểm chung của thép hợp kim đặc biệt:

- %C thấp: < 0,10 ữ 0,15%) hoặc ngược lại yêu cầu %C cao (> 1,00%)

- Hợp kim hoá cao: > 10% hay rất cao > 20% song thường là hợp kim hóa đơn

giản

- Về tổ chức tế vi: thường cò tổ chức đơn pha: γ, F, M ở trạng thái cung cấp

- Đặc tí nh cơ, lý, hóa: có tí nh chống mài mòn đặc biệt cao, có tí nh chất điện - điện

từ đặc biệt,

làm việc ở nhiệt độ cao, có tí nh giãn nở nhiệt hay đàn hồi đặc biệt

5.5.2 Thép không gỉ

Thép không gỉ (inox, inoxydable) bền ăn mòn trong axit

95

a Thép không gỉ hai pha: F+cacbit Cr : 12Cr13, 20Cr13, 30Cr13 và 40Cr13

+ tôi: T= 1000 ữ 1100oC → tổ chức 1 pha F bền ăn mòn

Cr làm tăng tí nh ổn định của austenit quá nguội nguội trong không khí cũng cho mactenxit 12Cr13 và 20Cr13 là thép trước cùng tí ch khá dẻo, dai, có thể chịu biến dạng nguội Sau khi tôi và ram ở 700 ữ 775oC, được dùng làm các chi tiết: trục bơm, đồ ngũ kim, ốc, ví t không gỉ

30Cr13 và 40Cr13 là các thép CT và SCT nên khá cứng và kém dẻo hơn Sau khi tôi + ram 150 ữ 200oC, HRC 40 ữ 55 dùng làm kim phun động cơ, lòxo, ổ lăn không gỉ và dụng cụ phẫu thuật, dao, kéo

b Thép không gỉ một pha ferit

Nếu dùng 13%Cr í t C đi (< 0,08%C) hoặc thép (0,10 ữ 0,20)%C, (17 ữ 25)%Cr (Cr/C~150) thép chỉ có tổ chức một pha F, bền ăn mòn hơn loại hai pha kể trên: 08Cr13, 12Cr17, 15Cr25Ti:

Hì nh 5.15 Giản đồ pha Fe - Cr

08Cr13 có thể dùng để hàn, được dùng nhiều trong công nghiệp hóa dầu

12Cr17 được sử dụng nhiều nhất để thay cho thép không gỉ austenit đắt hơn

15Cr25Ti được dùng như thép chịu nhiệt Khả năng hóa bền biến dạng thấp nên

rất dễ biến dạng nguội

c Thép không gỉ một pha austenit:

Thành phần: %Cr > 16 ữ 18%, %Ni ≥ 6 ữ 8%, có tổ chức γ, còn gọi là thép họ 18 -

8 (> 18%Cr, > 8%Ni), được sử dụng nhiều nhất (ở Mỹ là 70%)

Bền ăn mòn: trong HNO3 nó có thể chịu được H2SO4 (với mọi nồng độ và ở nhiệt

độ thường), HCl (loãng và ở nhiệt độ thường)

Cơ tí nh và tí nh công nghệ: độ dẻo cao (δ = 50%), σ0,2 = 250 ữ 300MPa, kém thép ferit, có khả năng hóa bền biến dạng mạnh (sau biến dạng nguội, ε = 60 ữ 70%,

có thể đạt tới σ0,2 = 750MPa, song δ = 5%) → khó biến dạng nguội (gò, uốn, dập) Nhiệt luyện: tôi để tạo tổ chức một pha austenit đồng nhất chống ăn mòn tốt, T= (1050ữ1100oC) để cacbit hòa tan hết vào austenit rồi sau đó làm nguội nhanh trong nước

Các mác thông dụng:

12Cr18Ni9, bị ăn mòn tinh giới chỉ dùng cho kết cấu không qua hàn

- 08Cr18Ni11, ΓΓΓΓOCT 08X18H10, AISI 304, 316 ), %C< 0,03 ữ 0,04% như 04X18H10, 03X18H12, AISI 316L), giảm C rất khó luyện và đắt

- không có chuyể n biến pha, thù hì nh, không thể

hóa bề n bằ ng tôi, khi nung nóng dễ là m cho hạ t

lớn và là m xấ u cơ tí nh

- Nung lâ u thé p >15%Cr ở trê n 475oC sẽ xuấ t

hiệ n cá c pha giòn α’ (hì nh 5.15) Thép >20%Cr,

nung ở 550-800oC xuấ t hiệ n pha σ (FeCr) rất

giòn Nung ngắ n (hàn) và ủ ở trê n 800oC rồi

nguội nhanh cá c pha trê n không xuấ t hiệ n

1200

800

400

%Cr

γ

α

L

α+α’

96

- 08Cr18Ni10Ti, 12Cr18N9Ti, ΓΓΓΓOCT 08X18H10T, 12X18H9T, AISI 347 (AISI

316 có thêm 2%Mo là để cải thiện tí nh chống ăn mòn trong môi trường có ion Cl-)

d Thép không gỉ hóa bền tiết pha

- Về thành phần và tổ chức:

13 ữ 17%Cr và 4 ữ 7%Ni, có thêm Al, Cu, Mo và tổ chức austenit không thật ổn

định

- Có tí nh công nghệ và cơ tí nh cao: dễ biến dạng và gia công cắt thép ở trạng thái mềm, sau đó hóa bền nó bằng hóa già ở nhiệt độ thấp nhờ đó tránh được biến dạng và ôxy hóa

Quy trì nh nhiệt luyện:

+ ủ ở 1050oC, nguội trong không khí , tổ chức γ để dễ biến dạng dẻo và gia công cắt

+ nung ở 750 ữ 950oC, nguội trong không khí được tổ chức γ + một í t cacbit (lượng cacbit ∈ nhiệt độ nung)

+ gia công lạnh đến 0 ữ -75oC, γ chuyển biến thành M

+ hóa già ở 525oC khoảng 1h, các pha hóa bền như NiAl, Ni3Al tiết ra ở dạng phân tán, nhỏ mịn làm tăng mạnh độ bền (σb = 1650MPa, σ0,2 = 1550MPa), giảm độ dẻo (δ = 6%)

- Có tí nh chống ăn mòn tốt gần như thép họ 18- 8

Công dụng: Nhờ cơ tí nh cao, được dùng làm kết cấu máy bay, Hoa kỳ dùng AISI

361 (hay còn ký hiệu là 17-7 PH (Precipitation Hardened), 17%Cr, 7%Ni, còn có thêm ~1,2%Al, ~1%Mn

5.5.3 Thép bền nóng (Heat - Resistant Steel)

Thép bền nóng là thép có khả năng chịu tải lâu dài ở trên 500oC được dùng vào các mục đí ch tương ứng như: nồi hơi, tuabin khí , động cơ phản lực, tên lửa

a Yêu cầu đối với thép làm việc ở nhiệt độ cao

Nhiệt độ cao có sự suy giảm rõ rệt cơ tí nh và tí nh chống ăn mòn

Khi làm việc ở nhiệt độ cao, kim loại bị d∙o Đánh giá độ bền nhiệt = độ bền dão:

là ứng suất phá huỷ dão sau một thời gian nhất định (1000h, ký hiệu là σb/1000 = 170MPa) Giới hạn dão là ứng suất cần thiết để có độ biến dạng xác định (ví dụ

0,2%) sau một thời gian ấn định (ví dụ 1000h) được ký hiệu σ0,2/1000 = 100MPa

ở nhiệt độ, sự oxy hóa thép tạo thành lớp vảy oxit làm giảm tiết diện chịu tải Hợp kim hóa thép bằng Cr, Si, Al tạo màng oxit bảo vệ; về phương diện này, thép không gỉ đều là thép bền nóng

b Thép làm xupap xả

Chịu tải trọng cao, chịu nhiệt độ cao 650 ữ 700oC, chịu mài mòn ở đuôi và cạnh vát khi va đập Thường dùng 2 loại thép mactenxit và austenit với (0,40ữ0,50)%C: Thép mactenxit

Chứa (9,0 ữ 10,0%)Cr và 2%Si, ngoài ra có thể thêm Mo, bền ăn mòn khô (nhờ lớp vảy Cr2O3, SiO2 bền, xí t chặt) vừa có tí nh cứng nóng tốt Thường dùng nhất là 40Cr9Si2, 40Cr10Si2Mo (ΓOCT 40X9C2 và 40X10C2M) Tôi (1000ữ1100oC) + ram (700ữ750oC), chú ý:

97

- nhiệt độ ram cao hơn nhiệt độ làm việc, do đó khi làm việc cơ tí nh không bị xấu

đi

- thép mác 40Cr9Si2 dễ bị giòn ram loại II, sau khi ram phải làm nguội trong nước

- phần đuôi bị ma sát với bề mặt cam mà không chịu nhiệt độ cao, do vậy đầu mút phải được tôi cảm ứng, ngọn lửa hay điện phân, sau đó ram thấp đạt độ cứng HRC 45 ữ 50

Vì có tí nh bền nóng không cao, thép này chỉ dùng trong các động cơ xăng với công suất nhỏ Với động cơ điêzen và cường hóa phải dùng thép austenit

Thép austenit

Thép chứa (0,35ữ0,50)%C, Cr và Ni cao, vì độ cứng thấp HB 160 ữ 200 nên đầu mút được thấm nitơ, cạnh vát được hàn đắp bằng stêlit (hợp kim cứng chứa 35%Cr, 1 ữ 2%C, Co còn lại)

Xupap hút không chịu nhiệt độ cao nên được làm bằng 40CrNi (ΓOCT 40XH)

5.5.4 Thép có tí nh chống mài mòn đặc biệt cao dưới tải trọng va đập

(thép Hadfield)

Thép Hadfield (thế kỷ 19), 110Mn13Đ, là thép hợp kim (0,90ữ1,30)%C & (11,4ữ14,5)%Mn, tổ chức là austenit một lượng lớn Mn3C hay (Fe,Mn)3C tập trung

ở biên hạt nên làm giảm mạnh độ bền, độ dai và rất giòn, chưa thể đem dùng ngay được

Tôi 1050ữ1100oC, giữ nhiệt lâu để cacbit mangan hòa tan hết vào austenit rồi làm nguội trong nước để thép hoàn toàn là austenit, rất dẻo dai Khi chịu va đập M hì nh thành trên mặt trượt

Đặc điểm:

- Thép chỉ có tí nh chịu mài mòn cao khi xúc đá (va đập), khi xúc cát mòn nhanh

- Tí nh gia công cắt rất kém chỉ bằng đúc (nếu cần có thể mài thô) hoặc nong lỗ Nga là 110Γ13Л , ở Hoa Kỳ theo ASTM A128, ở Nhật là SCMnHx (x là số thứ tự)

(Thép từ tí nh tự đọc)

5.6 Gang

Ngoài >2%C, gang còn có (0,5-4)%Si (3,5%), (0,2-1,5)%Mn và P<0,7%,S<0,15%

5.6.1 Đặc điểm chung của các loại gang chế tạo máy

a Tổ chức tế vi

2 loại: gang trắng: C dưới dạng liên kết Fe3C không có gr tự do, màu trắng, cứng giòn

Gang xám: hầu hết C ở dạng grafit không có Xê tự do, dùng phổ biến trong CTM

Tổ chức tế vi gang xám gồm 2 thành phần: grafit và nền kim loại (giống thép):

- F + gr, F+P+ gr và P + gr, tuỳ theo hì nh dạng gr ta có: gang xám: grafit tấm, gang cầu: grafit hì nh cầu, gang dẻo: grafit có dạng cụm (hì nh 5.18a,b,c) Hì nh

dạng gr quyết định tí nh chất

Gang xám bền thấp hơn thép nhiều, σN > σK , gang dẻo, gang cầu khá hơn, rẻ hơn thép

Chịu mài mòn, giảm chấn, tí nh đúc rất tốt, rất dễ gia công cắt gọt, không biến dạng, khó hàn

b Thành phần hóa học và cách chế tạo

98

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

a) b) c)

Chế tạo: GX đúc với %, gang dẻo: nấu đúc gang trắng í t Cr rồi ủ, gang cầu: biến

tí nh cầu hoá

Sự tạo thành grafit hay grafit hóa

Tổ chức tế vi của gang phụ thuộc vào

thành phần hóa học và tốc độ nguội

khi đúc (hì nh 5.19)

cùng có C+Si = 5% nếu d < 5 gang

trắng,

d=10-15 gang biến trắng, d=15-40

gang peclit

d>40 gang ferit

Gang có C+Si > 7 gang xám ferit mọi d

Với d=30, muốn có P thì (C+Si) ≤ 4

Với d<10 → gang trắng và biến trắng

Với d>50 gang xám F hoặc F+P

Hì nh 5.19 Tổ chức của gang phụ thuộc vào thành phần và tốc độ nguội

- Gang xám với grafit tấm là dạng tự nhiên được hì nh thành dễ dàng và đơn giản

nhất: đúc thông thường

- Gang cầu với grafit cầu là dạng thu gọn nhất được hì nh thành từ biến tí nh đặc biệt gang lỏng C+Si cao í t P và S (<0,04%), T cao 1400-1450oC, biến tí nh bằng FeSi40Mg10, 2% gang lỏng

- Gang dẻo nấu đúc ra gang trắng rồi ủ để phân hóa nó thành grafit cụm

5.6.2 Gang xám

Là loại gang phổ biến nhất (nếu không chỉ rõ loại gang thì phải hiểu đó là gang xám)

a Cơ tí nh

Tuy dễ chế tạo, rẻ nhưng cơ tí nh kém

- Độ bền thấp, giới hạn bền kéo < 350 ữ 400MPa (thường trong khoảng 150 ữ 350MPa)

- Độ dẻo và độ dai thấp (δ ≈ 0,5%, aK < 100kJ/m2), có thể xem như vật liệu giòn

Ưu điểm của gang xám: do grafit tấm

+ dễ gia công cắt,

+ grafit có tí nh bôi trơn nên cùng độ cứng thì gang chịu mài mòn cao hơn thép + grafit làm giảm chấn → làm đế, bệ máy (và cũng là để tận dụng khả năng chịu nén tốt)

Hì nh 5.18 Dạng grafit trong:

gang xám (a), gang cầu (b), gang dẻo (c)

3

5

7 C+Si

F+gr F+gr

dà y thà nh

P+F+gr P+F+gr

P+gr P+gr

Xê

Xê +P+gr

Xê +P+gr 15

99

b Phương pháp nâng cao cơ tí nh

Cải thiện tổ chức sẽ dẫn đến nâng cao cơ tí nh chủ yếu là giới hạn bền kéo

- Làm giảm Cđl=Ct+1/3(Si+P) đúc ra gang hoa dâm (trắng xám lẫn lộn)

- Biến tí nh gang lỏng bằng FeSi Grafit trong gang được chia thành 8 cấp (theo ASTM) từ 1 đến 8, trong đó chiều dài trung bì nh của cấp 8 là < 0,015mm, cấp 1 là

> 1mm

- Tạo nền P có độ bền cao hơn

- Hợp kim hóa có tác dụng chủ yếu là hóa bền nền kim loại (tạo xoocbit), nâng

cao độ cứng, tí nh chống mài mòn, tí nh chịu nhiệt và hiệu quả đối với nhiệt luyện

- Tôi + ram Khi tôi + ram, T> 850oC

c Các mác gang và công dụng

TCVN 1659-75 quy định ký hiệu các mác gang là GX xx-xx, bền kéo và bền uốn, kG/mm2 giống như ΓOCT 1412-70 là CЧxx-xx Nhưng theo ΓOCT 1412-85 các mác gang xám gồm có:

CЧ10, CЧ15, CЧ20, CЧ25, CЧ30 và CЧ35 (chỉ ký hiệu giới hạn bền)

Hoa Kỳ: SAE J431 có các mác: G1800, G2500, G3000, G3500, G4000, số chỉ σK

.10psi, ví dụ G3000 có σb ≥ 30000psi hay 30ksi Tiêu chuẩn ASTM: 20, 25, 30, 35,

40, 45, 50, 55, 60:σK, ksi

JIS có các mác gang xám sau: FC100, FC150, FC200, FC250, FC300, FC350,

trong đó số chỉ giới hạn bền tối thiểu tinh theo đơn vị MPa

- CЧ10, CЧ15 được dùng làm các vỏ, nắp không chịu lực (chỉ để che chắn)

- CЧ 20, CЧ25: tải trọng nhẹ, í t mài mòn như vỏ hộp giảm tốc, thân máy, bí ch, cacte, ống nước

- CЧ25, CЧ30: bánh răng (bị động, tốc độ chậm), bánh đà, sơmi, xecmăng, thân máy

- CЧ30, CЧ35 : chịu tải cao, chịu mài mòn như bánh răng chữ V, trục chí nh, vỏ bơm thủy lực

d Gang xám biến trắng

Gang xám biến trắng (ở bề mặt) có tí nh chống mài mòn cao (với bề mặt có HB

400 ữ 600), như để làm bi, trục nghiền, trục cán, bánh xe goòng,

ủ khử biến trắng ở 700 ữ 750oC, ủ khử ứng suất ở 600 ữ 650oC

5.6.3 Gang cầu

Gang cầu là loại gang có độ bền cao nhất do grafit ở dạng thu gọn nhất

a Cơ tí nh

Hì nh 5.19 Tổ chức

tế vi của các loại gang xám:

a ferit,

b ferit - peclit,

c peclit

100

Do grafit ở dạng hì nh cầu hầu như không tập trung ứng suất, vì vậy gang cầu duy trì được 70 ữ 90% độ bền của nền kim loại (thép), tức không thua kém thép bao nhiêu và có thể thay thế nó

b Đặc điểm chế tạo

- (C + Si) cao, P, đặc biệt là S thấp hơn (< 0,03%) do S tạo với Mg MgS làm xấu cơ tí nh

- Không có hay có rất í t nguyên tố cản trở cầu hóa như Ti, Al, Sn, Zn, Bi

Về biến tí nh: T=1450oC bằng FeSi40Mg10 nêu trên

c Các mác gang và công dụng (1kG/mm2=10MPa=1,45ksi=1,45.103psi) TCVN 1659-75: GC xx-xx (σK và δ vị kG/mm 2 và %) giống như của ΓOCT 7393-70

là BЧxx-xx Nhưng theo ΓOCT 7393-85 có các mác BЧ40, BЧ50, BЧ60, BЧ70, BЧ80 (σK)

SAE J434c có các mác D4018, D4512, D5506, D7003, trong đó hai chữ số đầu chỉ σb (min) theo đơn vị ksi, hai chữ số sau chỉ δ (min) theo %, ví dụ, D4512 có σb ≥ 45ksi và δ ≥ 12%

Tiêu chuẩn ASTM có các class: 60-40-18, 65-45-12, 80-60-03, 100-70-03,

120-90-02, ba cặp số đó lần lượt chỉ giá trị tối thiểu của σb, σ0,2 (ksi), δ (%)

JIS có các mác FCD370, FCD400, FCD450, FCD500, FCD600, FCD700, FCD800, trong đó số chỉ σb (min) theo đơn vị MPa

Mác gang cầu ferit - peclit BЧ50 : các chi tiết thông thường thay thép nói chung Mác BЧ60: trục khuỷu, trục cán

Các mác gang cầu BЧ70, BЧ80: tôi đẳng nhiệt ra bainit, được dùng làm các chi tiết quan trọng

Công dụng chủ yếu của gang cầu là dùng làm các chi tiết vừa chịu tải trọng kéo

và va đập cao (như thép) đồng thời lại dễ tạo hì nh bằng phương pháp đúc

5.6.4 Gang dẻo

a Cơ tí nh

b Đặc điểm chế tạo

- thành phần hóa học: (C + Si) thấp, C thấp đi thì Si lấy cao hơn

sản phẩm: có thành mỏng, d< 40mm (dưới 20 ữ 30mm) để đúc ra gang trắng

Về ủ grafit hóa: thời gian dài, chi phí nhiều năng lượng (h.5.20)

- ở 950oC (trên A1):Fe3C→γ1,8 + grcụm

- từ 950 đến 738 oC:γ1,8→ γ0,8 + grcụm

- ở 700oC (dưới A1):

Fe3C trong P→ F + grcụm

Tuỳ theo quy trì nh ủ: I → P+gr, II → P+F+gr, II → F+gr

950

738

727

I II III

1,8

I : P+gr II: P+F+gr III: F+gr

300-400

10-20h

10-15h Hì nh 5.20 Quy trì nh ủ gang dẻo

Thời gian, h