Môn học Vật liệu học cơ sở Nội dung thuyết trình: thép dụng cụ, thép kết cấu

Yêu cầu đối với vật liệu làm dụng cụ cắt.Phải có độ cứng HRC ≥ 60.Phải có tính chống mài mòm cao.Tính chống mài mòn của thép phụ thuộc vào các yếu tố sau:Độ cứng .Lượng cacbit dư.Phải có tính cứng nóng.Phải có độ bền, độ dai bảo đảm.Phải có tính công nghệ nhất định.Tính thấm tôi tốt để bảo đảm độ cứng cao và đồng nhất khi tôi trong dầu.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).Có tính mài mòm tốt sau khi tôi.

Môn học: Vật liệu học cơ sở.

Nội dung thuyết trình: thép dụng cụ, thép kết cấu.

Bài thuyết trình nhóm 10

THÉP DỤNG CỤ

I Yêu cầu đối với vật liệu làm dụng cụ cắt.

 Phải có độ cứng HRC ≥ 60.

 Phải có tính chống mài mòm cao.

 Tính chống mài mòn của thép phụ thuộc vào các yếu tố sau:

 Tính thấm tôi tốt để bảo đảm độ cứng cao và đồng nhất khi tôi trong dầu.

 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).

 Có tính mài mòm tốt sau khi tôi.

A Thép làm dụng cụ cắt

1 Thép cacbon

 Sau khi tôi + ram thấp có thể đạt HRC ≥ 60 đủ để cắt.

 Dễ biến dạng nóng, gia công cắt và rẽ.

 Song cũng để lộ nhiều nhược điểm quang trọng.

 Độ thấm tôi thấp.

 Tính cứng nóng thấp.

 Công dụng: Do những nhược điểm kể trên nên rất ít dùng thép cacbon làm dao cắt nếu có sử dụng cũng chỉ làm dao nhỏ, hình dạng đơn giản với năng suất thấp hay bằng tay Dụng cụ điểm hình làm thép dung

 Đó là thép có thành phần cacbon cao và được hợp kim hóa thấp và vừa phải với đặc tính có độ thấm tôi tốt hơn, tính chống mài mòn cao

 Loại có tính thấm tôi tốt là loại được hợp kim hóa thấp bằng 1%Cr Thành phần hợp kim như vậy có tác dụng:

 Cải thiện tính thấm tôi

 Nâng cao chút ít tính cứng nóng

 Loại có tính chống mài mòn cao là loại có

cacbon rất cao(>1.3%) Có tác dụng tăng mạnh tính chống mài mòn nên được dùng làm dao

tiện, phay với tốc độ cắt không lớn lắm để cắt

sửa các phôi cứng.

2 Thép hợp kim:

Đây là loại thép làm dao quan trọng nhất, tốt nhất, thỏa mãn cao nhất các yêu cầu đối với vật liệu làm dao:

 Tốc độ cắt 35-80m/min

 Tính chống mài mòn và tuổi bền cao(8÷10 lần)

 Độ thấm tôi đặc biệt cao, thấm tôi với tiếp diện bất kì

Thành phần hóa học và tác dụng của các nguyên tố:

 Cacbon: làm cho thép gió cứng và tăng mạnh tính chống mài mòn.

 Crôm: làm tăng độ thấm tôi.

 Vonfram (là nguyên tố hợp kim quan trọng nhất): duy trì độ cứng sau khi tôi tới 600˚C.

 Môlipđen: dùng để thay thế vonfram vì giá thành rẻ.

 Vanadi: làm tăng tính chống mài mòn và giữ cho hạt nhỏ khi tôi.

 Coban: làm tăng tính cứng nóng.

III Thép làm dao năng suất cao – thép gió:

♥ Công dụng:

Làm dụng cụ cắt lớn, hình dạng phức tạp, điều kiện cắt nặng và năng suất cao, tuổi thọ cao, tức liên quan đến các loại dao phức tạp nhất, chủ chốt nhất, rất đa dạng

nên thép gió có tầm quang trọng quyết định trong chế tạo dụng cụ cắt.

♥ Phân loại:

• Thép gió với năng suất thường: là loại

có tính cứng nóng đến 615 ÷ 620˚C.

• Thép gió với năng suất cao:là loại có

tính cứng nóng cao hơn khoảng 630 ÷

650˚C.

Tổ chức tế vi và nhiệt luyện Nhiệt luyện kết thúc bằng tôi +ram quyết định độ cứng tính chống mài mòn cao đặc biệt là tính cứng nóng theo yêu cầu.

1.Tôi:

Là nguyên công quyết định tính cứng nóng của thép gió với đặc điểm là nhiệt độ tôi rất cao, khoảng dao động lại khá hẹp không cho phép tôi ở nhiệt độ thấp hơn hoặc cao hơn giới hạn quy định vì:

Khi nung thấp hơn, austenit chưa bảo hòa đủ W để nâng cao tính cứng nóng.

Khi vượt quá nhiệt độ quy định, cacbit hòa tan nhiều, hạt lại

phát triển mạnh, thép bị giòn, thậm chí có trường hợp biên hạt bị chảy.

 Tuy nhiên khi vượt quá nhiệt độ quy định, cacbit hòa tan nhiều, hạt lại phát triển mạnh, thép bị giòn, thậm chí có trường hợp biên hạt bi chảy.

 Nguyên lí chọn nhiệt độ tôi thép gió: là tận lượng

chọn nhiệt độ tôi cao để austenite chứa nhiều vonfram nhất, để mactenxit tạo thành có tính cứng nóng cao

nhất.

 Tuy nhiên khi vượt quá nhiệt độ quy định, cacbit hòa tan nhiều, hạt lại phát triển mạnh, thép bị giòn, thậm chí có trường hợp biên hạt bi chảy.

 Nguyên lí chọn nhiệt độ tôi thép gió: là tận lượng

chọn nhiệt độ tôi cao để austenite chứa nhiều vonfram nhất, để mactenxit tạo thành có tính cứng nóng cao

nhất.

Do austenite quá nguội có tính ổn định rất cao nên có thể áp dụng nhiều cách tôi cho thép gió:

Tôi trong dầu nóng( > 60˚C )

Tôi phân cấp trong muối nóng chảy( 400 - 600˚C ) với thời gian giữ nhiệt là 3-5min.

Gia công lạnh để khử austenite dư sau khi tôi

Tôi trong không khí.

Tôi đẳng nhiệt.

2 Ram:

 Ram thép gió là nhằm làm mất ứng suất bên trong, khử bỏ austenit dư, tăng độ cứng.

có tầm quang trọng quyết định trong chế tạo dụng cụ cắt

1 Thép làm dụng cụ biến dạng nguội

Biến dạng dẻo thép ở nhiệt độ thường – biến dạng nguội - là hình 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.

*Yêu cầu:

1) Độ cứng cao: Độ cứng giới hạn dưới phải đạt tối thiểu 58÷62 HRC

Tùy thuộc vào vật liệu cần cán mà có độ cứng khác nhau.

2) Tính chống mài mòn: Nhằm đảm bảo hàng chục ngàn lần dập.

3) Độ bền và độ dai bảo đảm: Chịu được tải trọng đặt vào lớn và

chịu va đập.

*ĐẶC ĐIỂM CỦA THÉP LÀM DỤNG CỤ BIẾN DẠNG NGUỘI:

-Thành phần cacbon cao, thường ở mức trên dưới 1%

-Thành phần hợp kim phụ thuộc vào hình dạng, kích thước khuôn

và tính chống mài mòn.

-Nhiệt luyện.

♦ Đặc điểm liên quan đến kích thước khuôn

• Thép làm khuôn bé(30÷40mm): hình dạng đơn giản, tải trọng nhỏ Ta có thể dùng các mác như CD100, CD120.

• Thép làm khuôn trung bình(75÷100mm): bé nhưng có hình dạng phức tạp, chịu tải trọng lớn phải dùng thép có khoảng 1%C và các nguyên tố hợp kim

Cr, W, Mn, Si Ta có mác 100CrWMn là điển hình và được dùng phổ biến

• Thép làm khuôn lớn và có tính chống mài mòn cao(200÷300mm): chịu tải trọng nặng và bị mài mòn rất mạnh phải dùng thép Crôm cao tới 12%, và cacbon rất cao:1,5÷2,2%.

• Thép làm khuôn chịu tải trọng va đập: Làm bằng thép hợp kim với

3÷5% nguyên tố hợp kim nhưng thành phần cacbon thấp: 0,4÷0,6

Hiện nay có khuynh hướng dùng hợp kim cứng làm khuôn dập nguội.

2 THÉP LÀM DỤNG CỤ BIẾN DẠNG NÓNG

Biến dạng nóng là hình thức gia công chủ yếu để chế tạo bán

thành phẩm và phôi trong sản xuất luyện kim và cơ khí

♦ Điều kiện làm việc:

• Dụng cụ (khuôn) luôn tiếp xúc với phôi nóng tới ̴ 1000˚C nên bản thân khuôn cũng bị nung nóng tới 500÷700˚C song không thường xuyên, liên tục.

• Do được nung nóng đến trạng thái austenite nên phôi thép có tính

dẻo cao, vì thế độ cứng của khuôn không cần cao như dụng cụ biến dạng nguội.

• Các dụng cụ biến dạng nóng thường có kích thước lớn, chịu tải

trọng lớn, có thể đạt tới vài trăm – vài nghìn tấn.

*YÊU CẦU

• Độ bền và độ dai cao, độ cứng vừa phải: chịu được tải trọng lớn và va đập chỉ cần khoảng 35÷46 HRC.( quá độ cứng này

độ dai không bảo đảm)

• Tính chống mài mòn cao: bảo đảm làm ra hàng chục ngàn sản phẩm

• Chịu nhiệt độ cao, chống mỏi nhiệt: chịu được nhiệt độ

thay đổi tuần hoàn mà không gây ra rạn, nứt nên thép

phải có tính chống ram cao

*ĐẶC ĐIỂM CỦA THÉP LÀM DỤNG CỤ BIẾN DẠNG NÓNG:

• Thành phần cacbon trung bình: tùy theo loại khuôn nên lượng cacbon dao động từ 0,3÷0,5%

• Thành phần hợp kim thích hợp: đảm bảo tôi thấu, cơ tính đồng nhất

trên toàn tiết diện và đảm bảo tính chịu nóng Để đảm bảo tính chống

ram thì thành phần W phải từ 8÷10%.

• Nhiệt luyện: tôi+ram để đạt được tổ chức trôxtit ram có độ bền, độ

cứng, độ dai phù hợp với yêu cầu làm việc.

*PHÂN LOẠI THÉP LÀM KHUÔN

• Thép làm khuôn ép chảy:

1 Khác với khuôn rèn, khuôn ép chảy có kích thước bé hơn nhưng lại chịu được nhiệt độ cao hơn, chịu được áp suất cao nhưng tải trọng va đập nhỏ

2 Phải đảm bảo được tính cứng nóng khá cao (600÷700˚C), phải dùng các loại thép có đặc tính gần giống thép gió, thành phần hợp kim cao ̴ 10% Cr và W, với cacbon từ 0,3÷0,4%, ngoài ra có thể thêm 1% V để chống mài mòn và duy trì hạt nhỏ và 1% Mo để cải thiện tính thấm tôi.

3 Các mác thép thường dùng la 230Cr2W8V và 40Cr5W2VSi.

Về cơ tính, thép xây dựng phải có:

• Độ dẻo tốt và cao ( ~ 15 35%) để phù hợp với đòi hỏi trong quá trình chế tạo kết cấu các thanh, dầm thường phải chịu uốn (cong, gập)

• Độ dai tốt (ak~500kJ/m 2 ) để có thể chịu được các tải trọng va đập do

phương tiện giao thông hay gió, bão gây ra một cách đột ngột

VỀ TÍNH CÔNG NGHỆ

Ngoài yêu cầu độ dẻo tốt và cao không những ở trạng thái nóng mà cả

ở trạng thái nguội như đã trình bày thép phải có tính công nghệ nổi bật

là tính hàn cao và bảo đảm vì phần lớn các kết cấu kim loại được ghép lại bằng cách hàn chảy

ĐỂ XÁC ĐỊNH TÍNH HÀN TA CÓ CÔNG THỨC:

C dl = C + + +

C dl không vượt quá 0,55%

b) Phân loại

Theo thành phần hóa học hay độ bền, thép xây dựng có hai phân

nhóm lớn: cacbon hay thông dụng và hợp kim thấp độ bền cao.

2)Thép thông dụng

Đặc điểm chung

Thép thông dụng là phân nhóm thép cacbon với chất lượng

thường, được sản xuất nhiều nhất, thường gặp nhất với độ bền bình thường ( 0,2 300 320 MPa), có giá bán rẻ nên có thể gặp

chúng ở mọi nơi, mọi lúc dưới dạng các bán thành phẩm cán

nóng khác nhau( ống, thanh, góc, hình, lá ) rất dễ sử dụng và

thường được dùng ở trạng thái cung cấp, không qua nhiệt luyện

Do tính phổ biến và đa năng người ta thường gọi nó là sắt Nói chung có thể dùng nó vào các mục đích thông thương, không

quan trọng trong cuộc sống cũng như trong xây dựng Để chọn được loại phù hợp ngoài phải có tiết diện quy định việc quyết định cuối cùng là độ bền ở trạng thái cung cấp, do vậy mọi việc trở nên đơn giản và nhanh chóng Chính vì vậy phân nhóm này được ký hiệu ( gắn mác, đánh số) theo độ bền: giới hạn bền hoặc theo cấp thứ tự ( 1, 2, 3…hay A, B, C )

TCVN 1765 -75 quy định các mác và yêu cầu kỹ thuật cho phép cacbon kết cấu thông thường chính là nhóm này Thép được phân chia thành ba phân nhóm A, B, C, trong đó phân nhóm A được sử dụng phổ biến.

Nếu như phân nhóm A có chất lượng thường thì các phân

nhóm B, C có chất lượng nâng cao tuy chưa đạt được chất

lượng tốt

Tiêu chuẩn Việt Nam

3 THÉP HỢP KIM THẤP ĐỘ BỀN CAO HSLA

a Đặc điểm chung

• Nhóm thép hợp kim thấp độ bền cao HSLA có nhiều tính năng

cao hơn thép thông dụng mà trước hết là có độ bền cao hơn

( 0,2 300320MPa) trong khi các chỉ tiêu cơ tính khác vẫn đảm

bảo yêu cầu của thép xây dựng

• Để nâng cao độ bền người ta hợp kim hóa thấp thép bằng

nhiều nguyên tố hòa tan vào ferit nhưng ít làm hại tính hàn như

Mn, Si, Cu…

• Hiệu quả sử dụng thép HSLA rất tốt, khi dùng thép này có 0,2 =

350Mpa tiết kiệm 15% kim loại so với thép thông thường

• Tuy nhiên thép HSLA có khuyết điểm là tính hàn có phần hơi

kém hay nâng cao nhiệt độ giòn lạnh, dễ bị phá hủy giòn ở

nhiệt độ âm sâu

b Tiêu chuẩn Việt Nam

TCVN 3104 – 79 quy định các các cungc như yêu cầu kỹ thuật cho phép kết cấu hợp kim thấp mà thực chất cũng là loại HSLA với hai nhóm:

Dùng làm kết cấu kim loại như:

• Loại ~ 1%Mn (14Mn, 15MnV, 19Mn)

• Loại ~2%Mn (09Mn2, 14Mn2,18Mn2)

• Loại ~1%Mn + 0,6%Si (12MnSi, 16MnSi, 17MnSi)

• Loại ~1%Mn + 0,6%Si + 0,6% Cr (14CrMnSi)

• Loại ~1,50%Mn + 0,60

• Loại ~ 0,80%Cr + 0,80%Si + ,60%Ni +0,40%Cu ( 10CrSiNiCu, 15CrSiNiCu)

Dùng làm cốt bêtong

4 Thép làm cốt bêtong

Thép làm cốt bêtong là loại chuyên dùng làm cốt cho bêtong làm tăng khả năng chịu kéo, uốn và tải trọng động cho cấu kiện, rất thường gặp hàng ngày TCVN 1651 -85 chia các thép làm cốt betong ra làm bốn

Thép làm cốt bêtong của Hoa Kỳ được dùng theo ASTM

• Loại tròn trơn : b 485MPa, 0,2 385MPa

• Loại có đốt : b 550MPa, 0,2 485MPa

tức là có độ bền cao hơn cấp C I và C II của TCVN

Theo JIS 3112 có hai mác thép tròn trơn : SR235 và Sr 295, bốn mác thép có đốt : SD295, SD345, SD390, SD490 ; trong đó số chỉ 0,2 tối thiểu theo MPa

5 Các thép khác

Dây thép cũng là loại được dùng rất phổ biến vào các

mục đích khác nhau Để đạt được đường kính quy định thường phải qua rất nhiều lần kéo nguội, nguyên công

này còn giúp hóa bền thép Trong thực tế có thể gặp rất nhiều loại dây không những khác nhau về đường kính mà

cả về cơ tính Hầu như mọi dây thép thông dụng đều là thép cacbon, song với lượng cacbon và mức độ biến

dạng khác nhau dây có cơ tính khác nhau Như thế không hẳn dây thép cứng, bền bắt buộc phải có lượng cacbon thật cao.

5.3.THÉP CHẾ TẠO MÁY

5.3.1.Các yêu cầu chung

a.Cơ tính

1 Độ bền cao sẽ giúp tạo ra các máy khỏe( có công suất lớn) hơn,

nhẹ và nhỏ gọn hơn và giá thành hạ hơn,về độ bền thì người ta chú trọng đến giới hạn chảy

2 Độ dai và đập rất quan trọng tải một đối với chi tiết chịu tải trọng

động do phải tăng cách đột ngột,quan trọng đối với các phương tiên gia thông

3 Ngoài hai chỉ tiêu trên nhiều chi tiết máy còn đòi hỏi độ cứng bề

mặt cao và giới hạn mỏi cao.

b.Tính công nghệ

-Để trở thành chi tiết thành phẩm thép bán thành phẩm phải qua nhiều khâu gia công

Biến dạng nóng (rèn) để tạo phôi

Phôi thép tạo thành phải qua cắt gọt để tạo ra hình dạng,kích thước chính xác

và độ bóng đúng yêu cầu

c.Tính kinh tế

-Do sản lương lớn, thép chế tạo máy nói chung phải rẻ, nên thương dùng thép hợp kim thấp, trong trường hợp quan trọng mới dùng đến hợp kim hóa trung bình, không dùng hợp kim hoá cao.

1 Nhóm yêu cầu nặng về độ dẻo, độ dai.

2 Nhóm yêu cầu về giới hạn chảy và độ dai

3 Nhóm yêu cầu nặng về giới hạn đàn hồi

- Nói chung thép cacbon kết cấu chế tạo máy có tính công nghệ tốt và rẽ nên được dùng làm các chi tiết chiu tải trọng thấp hay trung bình,có tiết diên

nhỏ(<20mm) ,hình dạng đơn giản

*cacbon và thép cacbon.

- Hàm lượng cacbon là yếu tố quan trọng hàng đầu khi xác định mác thép,do vậy

lượng cacbon trong thép kết cấu chế tạo máy thường gặp những quy định khá

chặt chẽ: 0,10  0,65% và được chia thành các nhóm nhỏ:

d Thành phần hóa học.

-Tuy nhiên thép cacbon cũng có nhược điểm:

1 Khi tiết diện lớn (>3040mm)không thể đạt đươc độ bền tốt như

ở tiết diện nhỏ

2 Không thể chế tạo chi tiết có hình dạng phức tạp( tiết dien thay

đổi đột ngột)

3 Tính chống ram kém,không duy trì được độ bền, độ cứng sau khi

tôi khi nung nóng đến 200.c và cao hơn

Tuy có giá thành đắt hơn nhưng về cơ tính nó có độ bền cao hơn.

làm đươc các chi tiết phức tạp và không sợ nứt hay bị biến dạng.

tính chống ram tốt nên giữ được độ bền ở nhiệt độ cao hơn,trong

điều kiện như nhau thép hợp kin được ram ở nhiệt dộ cao hơn do

ứng suất bên trong thấp hơn.

e.Quan hệ giữa tổng lượng hợp kim và đường kính tôi thấu.

-theo độ thấm tôi các thép kết cấu được chia thành 4 nhóm:

• Thép thấm cacbon có thành phần cacbon thấp (dẻo,dai)

• Thép thấm cacbon có thành phần cacbon trung bình(khá bền, dẻo ,dai)

• Thép thấm cacbon có thành phần cacbon tương đối cao(kém dẻo dai nhưng khá cứng, rất đàn hồi)

a.Đặc điểm về thành phần hóa học

* Cacbon: Lượng cacbon trong thép được quy định trong khoảng

0,100,25% để đảm bảo độ dẻo, độ dai của lõi ở cả trạng thai tôi +ram

thấp để đạt được độ bền cao nhất.

*hợp kim:thép hợp kim có độ thấm tôi cao, dùng cho chi tiết

lớn(>0,30,5) hình dạng phức tạp và chịu mài mòn cao

5.3.2 Thép thấm cacbon.

-Ưu việt của thép hợp kim thấm cacbon so với thép cacbon ở các mặt:

1 Độ bền cao do độ thấm tôi cao,ưu việt này càng rõ rệt khi tiết diện chi

tiết lớn.

2 Tính chống mày mòn cao nhờ sau khi thấm cacbon tạo nen các

cabitphần cứng hơn đôi chút.

3 Độ bền, tính chống mài mòn cao kể trên duy trì ở nhiệt độ cao hơn

200C.

4 Hợp kim ôn định hơn phân tán hơn và cũng có ít bien dạng, nứt khi tôi

do được làm nguội trong dầu nên làm được các chi tiết phức tạp.

5 Có khả năng nâng cao nhiệt độ thấm.