Bài giảng vật liệu cơ khí

Hợp kim đơn giản: Hợp kim được tạo thành trên cơ sở kim loại, giữa hai kim loại với nhau như latông: Cu và Zn; giữa kim loại với á kim như thép, gang: Fe và C song nguyên tố chính của hợ

Trêng trung cÊp nghÒ Kt - cn - thñ c«ng nghiÖp nghÖ an

I.2 Tính ưu việt của hợp kim.

Trong chế tạo cơ khí, vật liệu đem dùng chủ yếu là hợp kim, hầu như không dùng vật liệu nguyên chất Sở dĩ như vậy là vì so với kim loại nguyên chất, nó có các ưu điển lớn phù hợp với chế tạo cơ khí.

I.3 Phân loại hợp kim.

a Hợp kim đơn giản: Hợp kim được tạo thành trên cơ sở kim loại, giữa hai kim loại với nhau

(như latông: Cu và Zn); giữa kim loại với á kim (như thép, gang: Fe và C) song nguyên tố chính của hợp kim vẫn là kim loại

•Hợp kim sắt, hay còn gọi là hợp kim đen: hợp kim với thành phần chủ yếu là sắt với các

nguyên tố khác.

•Hợp kim màu, là hợp kim của các kim loại khác ngoài sắt Trong số này có đồng thau, đồng

điếu, hợp kim nhôm, vàng tây

•Hợp kim gốm, còn gọi là hợp kim bột: hợp kim của cacbua vonfram kết hợp với coban

(Co), có lúc thêm titan cacbua.

b Hợp kim phức tạp: Hợp kim có nguyên tố chính là kim loại với hai hay nhiều nguyên tố

khác

I.4 Khái niệm về các thành phần của hợp kim.

•Pha: Pha là những tố phần đồng nhất có tính chát giống nhau trong toàn bộ thể tích ở cùng

trạng thái (lỏng hoặc rắn) phải có cùng môỵ kiểu mạng tinh thể và ngăn cách phần còn lại bằng bề mặt phân chia.

•Hệ: Hệ là tập hợp các pha ở trạng thái cân bằng (trạng thái ổn định).

•Cấu tử(nguyên):là những thành phần độc lập (thường là nguyên tố hoá học)có thành phần

hoá học không đổi, chúng tạo nên tất cả các pha của hệ

I.5 Khái niệm mạng tinh thể.

Kim loại là vật tinh thể Các nguyên tử ( phân tử ) của nó luôn ở vị trí nhất định, có quy luật theo những dạng hình học nhất định Để nghiên cứu cấu trtúc của các nguyên tử ( phân tử )này, các nhà khoa học đã mô tả lại sự sắp xếp của chúng ở những vật tinh thể bằng những mô hình hình học trong không gian gọi là mạng tinh thể

a Định nghĩa mạng tinh thể:

Mạng tinh thể là mô hình hình học mô tả sắp xếp có quy luật của các nguyên tử ( phân tử ) ở

trong không gian của vật tinh thể.

Hình I.1- Mạng tinh thể của vật rắn tinh thể A.

Nếu đem vật tinh thể ra để xây dựng toàn bộ mô hình mạng tinh thể sẽ rất phức tạp và khó khăn Vì vậy người ta nhận thấy cần phải tìm những khối hình học có kích thước nhỏ nhất có đầy

đủ sự sắp xếp trật tự theo quy luật của nguyên tử ( phân tử) trong toàn bộ mạng tinh thể và được gọi là khối cơ sở.

b Định nghĩa ô cơ sở ( Khối cơ sở ).

Khối cơ sở là khối thể tích nhỏ nhất đặc trưng một cách đầy đủ về sự sắp xếp trật tự có quy luật

của nguyên tử ( phân tử ) trong mạng tinh thể.

Hình I.2- Ô cơ sở và thông số của mạng tinh thể vật A

Trong thực tế, để đơn giản chỉ cần biểu diễn mạng tinh thể bằng khối cơ sở của nó là đủ Vật rắn tinh thể A, mạng tinh thể của nó chỉ cần biểu diễn ô cỏ sở là hình hộp có các nghuyên tử nằm ở đỉnh ( hình I.2).

II- CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA HỢP KIM.

Ở phần I chúng ta đã nghiên cứu về khái niệm hợp kim, rõ ràng, hợp kim dược cấu tạo từ hai hay nhiều nguyên tố khác nhau, trong đó nguyên tố kim lao đóng vai trò chủ yếu do đó cấu trúc tinh thể hợp kim chịu ảnh hưởng của cấu trúc mạnh tinh thể của nguyên tố kim loại và các nguyên

tố khác.

II.1- CÁC KIỂU MẠNG TINH THỂ CỦA KIM LOẠI THƯỜNG GẶP

II.1.1- Mạng lập phương thể tâm.

Trong khối cơ bản của mạng này, các nguyên tử nằm ở các đỉnh và chính giữa tâm của khối hình lập phương ( hình I.3 )

Hình I.3- Khối cơ sở của mạng lập phương thể tâm

II.1.2- Mạng lập phương diện tâm

Trong khối cơ sở của kiểu mạng này các nguyên tử nằm ở các đỉnh và giữa tâm các mặt của hình lập phương (hình I.4)

Hình I.4- Khối cơ sở của mạng lập phương diện tâm

II.1.3- Mạng lục giác xếp chặt

Trong khối cơ sở của mạng này là hình lăng trụ lục giác đều các nguyên tử nằm ở các đỉnh, ở tâm 2 đáy của lăng trụ lục giác, và tâm khối của 3 lăng trụ tam giác đều cách một ( Hình I.5)

Hình I.5- Khối cơ sở của mạng lục giác xếp chặt

II.1.4- Mạng chính phương thể tâm

Mạng này khối cơ sở là hình lăng trụ tứ giác đều Các nguyên tử bố trí ở các đỉnh và tâm khối (Hình I.6 )

Hình I.6- Khối cơ sở của mạng chính phương thể tâm

II.2- CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA HỢP KIM.

Do sự tương tác của các nguyên tố, cấu trúc mạng tinh thể của hợp kim phức tạp hơn kim loại nguyên chất Các kiểu mạng tinh thể của hợp kim bao gồm các kiểu:

- Giữ nguyên kiểu mạng tinh thể của kim loại nguyên chất, nhưng làm biến đổi thông số của

mạng và gây thêm xô dịch Dạng cấu tạo này gọi là dung dịch rắn.

- Tạo nên kiểu mạng mới khác hẳn kiểu mạng của nguyên tố thành phần Dạng cấu tạo này gọi là hợp chất hoá học hay pha trung gian.

- Cũng có thể có trường hợp (ít gặp hơn ) các nguyên tố không có tương tác gì với nhau, chúng giữ nguyên vẹn kiểu mạng của chúng.

Ký hiệu dung dịch rắn của cùng một hệ bằng các chữ hilạp α, β , hoặc rõ bằng A ( B ), trong

đó A là dung môi, B là nguyên tố hoà tan.

Đặc tính chung của các dung dịch rắn của hệ kim loại:

- Liên kết là liên kết kim loại.

- Cấu trúc mạng tinh thể giống của kim loại dung môi ( là kim loại có tỷ lệ cao nhất ) và vì vậy nó cũng có các kiểu tinh thể đơn giản như lập phương thể tâm, lập phương diện tâm,

- Thành phần các nguyên tố có thể thay đổi trong phạm vi nào đó mà vẫn không thay đổi cấu trúc của mạng.

- Về cơ tính, dung dịch rắn vẫn giữ được độ dẻo cao ( do giữ được kiểu mạng của kim loại nguyên chất ), song, có độ bền, độ cứng cao hơn ( do mạng tinh thể bị xô lệch ).

Tuỳ theo sự phân bố của chất hoà tan trong dung môi mà người ta phân thành hai loại dung dịch rắn, là dung dịc rắn thay thế và dung dịch rắn xen kẽ.

a Dung dịch rắn thay thế.

Các nguyên tử của nguyên tố hoà tan B thay thế cho các nguyên tử của các nguyên tố dung môi

A ở chính các nút mạng của A gọi là dung dịch thay thế (hìnhI.7)

Nếu chất hoa tan B có thể hoà tan vào dung môi A với tỷ lệ bất kỳ, tức là nồng độ biến đổi liên tục tạo nên dung dịch rắn hoà tan vô hạn ( hình I.7)

Sự tạo thành dung dịch rắn hoà tan vô hạn và có hạn phụ thuộc vào:

- Kiểu mạng: Hoà tan vô hạn có cùng kiểu mạng, khác mạng hoà tan có hạn.

- Đường kính nguyên tử : Đường kính nguyên tử chất tan lớn hoà tan có hạn, đường kính chất tan nhỏ hoà tan vô hạn ( đường kính nhỏ hơn 8% - 15% hoà tan vô hạn, đường kính lớn hơn 8% - 15% hoà tan có hạn)

- Lý, hoá tính: Hai nguyên tố có tính chất vật lý, hoá học giống nhau thì hoà tan vô hạn, nếu

có tính chất hoá học khác nhau tạo nên hợp chất hoá học.

- Nồng độ điện tử: Sự sai khác về hoá trị của các nguyên tố, cùng hoá trị hoà tan vô hạn.

Hình I.7- Sự tạo thành dung dịch rắn thay thế

Trong một số dung dịch rắn thay thế ở một số điều kiện nhất định ( về nhiệt độ, tốc độ nguội, nồng độ ) các nguyên tử hoà tan chỉ chiếm các nút nào đó theo một quy tắc nhất định gọi là dung dịch rắn có trật tự.

Điều kiện quyết định hũa tan xen kẽ là kớch thước cỏc nguyờn tử của nguyờn tố hũa tan nhỏ hơn kớch thước lỗ hổng của mạng dung mụi.

Cơ tớnh của dung dịch rắn:

Quy ước: Nếu ta cú hợp kim A-B thỡ hợp chất húa học được ký hiệu là An B m , vớ dụ: Fe 3 C.

Cơ tớnh:

- Độ cứng cao

- Tớnh giũn lớn.

- Nhiệt độ phõn hủy cao

Nguyờn nhõn là do hợp chất húa học cú kiểu mạng tinh thể phức tạp, khụng giống kiểu mạng tinh thể của kim loại nguyờn chất Tuy nhiờn nếu kớch thước tinh thể của pha hợp chất húa học nhỏ hoặc ở dạng hạt thỡ cơ tớnh của nú sẽ đỡ giũn hơn.

Chơng Ii gang Bài 1: khái niệm về gang và các loại gang

1 Khái niệm chung về gang

1.1 Khái niệm: Gang là hợp kim của sắt và cacbon (Fe - C), với hàm lợng C

>2,14% nhng cao nhất cũng < 6,67%C Ngoài ra trong gang còn chứa một số tạpchất nh: Si, Mn, S, P và các nguyên tố khác Gang thông dụng chứa khoảng 2,0 - 4,0

%C; 0,4 - 3,5%Si; 0,2 - 1,5 %Mn; 0,04 - 0,65%P; 0,02 - 0,15%S

1.2.1 Các bon ( C> 2,14%): Cacbon càng nhiều thì khả năng grafit hoá càng

mạnh, nhiệt độ chảy càng thấp, càng dễ đúc Song cacbon càng nhiều thì grafit(dạng

tự do) cũng càng nhiều dễ điền đầy khuôn, ít co ngót, dễ gia công cắt gọt(thờng gặp

ở gang xám) cơ tính càng kém

Cacbon ở dạng Xênentit(dạng hoá hợp) dạng này càng lớn thì độ cứng cànglớn, khó cắt gọt, thờng gặp ở gang trắng(do làm nguội nhanh)

1.2.1 Các bon: Cacbon càng nhiều thì khả năng grafit hoá càng mạnh, nhiệt

độ chảy càng thấp, càng dễ đúc Song cacbon càng nhiều thì grafit cũng càng nhiều,cơ tính càng kém Do đó xu hớng là dùng gang có ít cacbon để đảm bảo độ bền cao.Lợng cacbon trong gang xám đúc nằm trong khoảng 2,8 – 3,5%

1.2.2 Silíc: Sự có mặt của nguyên tố Silic thúc đẩy sự graphit hóa, nghĩa là

Si thay đổi trong gang ở giới hạn từ 1,5 - 3,0%

1.2.3 Mangan: Mn lại cản trở sự graphit hóa nhằm tạo Fe3C của gang trắng

Mn thay đổi trong gang tơng ứng ở giới hạn 0,5 - 1,0%

1.2.4 Phôtpho, Lu huỳnh: Tạp chất S và P làm hại đến cơ tính của gang nhng

nguyên tố P phần nào làm tăng tính chảy loãng, tăng tính chống mài mòn do đó cóthể hàm lợng đến 0,1 - 0,2%P

2 Phân loại gang: gang đợc phân loại theo:

2.1 Phân loại theo giản đồ trạng thái: Chia làm 3 loại.

2.1.1 Gang trớc cùng tinh (C <4,43%) chứa tổ chức peclit, xêmentit vàLêđêburit

2.1.2 Gang cùng tinh (C = 4,43%) chỉ có Leđeburit

2.1.3.Gang sau cùng tinh (C > 4,43%) tồn tại hai tổ chức leđeburit vàxementit

2.2 Phân loại theo tổ chức và cấu tạo: ngời ta chia ra.

2.2.1 Gang trắng: là loại gang mà hầu hết cacbon ở dạng liên kết Fe3C Tổchức xementit có nhiều trong gang làm mặt gẫy có màu sáng trắng nên gọi là gangtrắng

- Gang trắng có nhiều xementit nên rất cứng và dòn, tính cắt gọt kém Nó dùng

để chế tạo gang rèn hoặc dùng để chế tạo các chi tiết máy cần tính chống mài mòncao nh bi nghiền, trục cán luyện thép và ủ thành gang xám

- Gang trắng chỉ hình thành khi hàm lợng C, Mn thích hợp với điều kiện nguộinhanh ở các vật đúc có thành mỏng, nhỏ

- Gang trắng không có ký hiệu riêng

2.2.2 Gang xám: là loại gang mà hầu hết cacbon ở dạng graphit hình tấm.

Nhờ có graphit nên mặt gẫy có mầu xám

Tổ chức tế vi của gang xám gồm nền cơ sở và các graphit dạng tấm Nền củagang xám có thể là: pherit, pherit - peclit; peclit Vậy cơ tính của gang xám phụthuộc vào hai yếu tố: Tổ chức của nền, độ bền của nền tăng lên từ nền của pherit đếnpeclit; yếu tố thứ hai là số lợng, hình dạng và sự phân bố graphit Nếu số lợng hợp lý,hình dạng thu gọn và phân bố đều trên nền thì cơ tính sẽ đợc cải thiện

- Thành phần hóa học: C= 2,8- 3,6%C; Si = 1,2 - 2,8%; Mn = 0,5 - 1,6%%; P

< 0,65%; S < 0,15%

- Ký hiệu: Theo TCVN gang xám đợc ký hiệu bằng chữ GX với hai cặp số chỉ

Trong đó: a là σk (giới hạn bền kéo KG/mm2 ) ; b là σu (giới hạn bền uốnKG/mm2 )

VD: GX 21 - 40, GX 15 - 32, CЧ18 - 36, CЧ36 - 56

- Công dụng: làm các chi tiết chịu tải trọng tĩnh nh băng máy, bệ máy, bạc lót,

vỏ xylanh

2.2.3 Gang cầu: là loại gang có thể có tổ chức nh gang xám, nhng graphit có

dạng thu nhỏ thành hình cầu Ngời ta thu đợc graphit dạng cầu do tác dụng biến tínhcủa Mg, Ce (hoặc các nguyên tố đất hiếm)

Để có tổ chức gang cầu, phải nấu chảy gang xám và dùng phơng pháp biếntính đặc biệt là cầu hóa để tạo ra graphit hình cầu Kết quả cũng trên các nền tơng tự

- Ký hiệu: Theo TCVN gang cầu đợc ký hiệu bằng chữ GC với hai cặp số chỉ

Ví dụ: GC 45 - 15 có nghĩa là mác gang xám với σk = 45KG/mm2 (450N/

mm2) và δ = 15%

Trong đó: a là σk (giới hạn bền kéo KG/mm2 ); b là độ dản dài %δ.

VD: GC 50 - 2; GC 60 - 2; BЧ50 - 2; BЧ60 - 2

- Công dụng: dùng để chế tạo các chi tiết máy trung bình và lớn, có hình dạngphức tạp, cần tải trọng cao, chịu va đập nh trục khuỷu, trục cán

2.2.4 Gang dẻo: là loại gang đợc chế tạo từ gang trắng bằng phơng pháp nhiệt

gang trắng tạo nên dạng cụm

- Thành phần hóa học: C= 2,2 - 3,4%C; Si = 0,4 - 1,6%; Mn = 0,2 - 0,50%%;

S = 0,15 - 0,25%; P càng nhỏ thì càng tốt

- Ký hiệu: Theo TCVN gang dẻo đợc ký hiệu bằng chữ GZ với hai cặp số chỉ

Trong đó: a là σk (giới hạn bền kéo KG/mm2 ); b là độ dải dài tơng đối %δ.

VD: GZ 37 - 12; GZ45 - 6; KЧ60 - 3; BЧ30 - 6

- Công dụng: gang dẻo thờng có thờng có giá thành cao hơn vì khó đúc hơn vàthời gian ủ lâu hơn, chúng thờng đợc dùng để chế tạo các chi tiết phức tạp có thànhmỏng

Thành phần hoá học của các loại Gang

Chơng 3: Thép

Bài 1 : thép cac bon

1 Khái niệm về thép cacbon

1.1 Khái niệm: Là hợp kim trên cơ sở sắt và cacbon với hàm lợng cacbon nhỏ

N2, các tạp chất ngẫu nhiên nh Cr, Ni, Cu, Mo, Ti

Thành phần hóa học của thép cacbon thông thờng, ngoài Fe ra đợc giới hạn

nh sau: C < 2,14%; Mn ≤ 0,8%; Si ≤ 0,6%; P ≤ 0,05; S ≤ 0,05

1.2 ảnh hởng của các nguyên tố đến tính chất của thép

1.2.1 Cacbon:

- Nguyên tố ảnh hởng lớn nhất

trong thép là cacbon Chỉ cần thay đổi

một lợng rất nhỏ đã làm thay đổi nhiều

tính chất cơ, lý, hóa của thép

- Cùng với sự tăng hàm lợng

cacbon, độ cứng và độ bền tăng, còn độ

dẻo và độ dai lại giảm xuống

1.2.2 Mangan: Mangan đợc đa vào thép dới dạng fêrô mangan, để khử oxy,

tức là để loại trừ FeO có hại

FeO Mn+ →MnO Fe+

Mn là nguyên tố tạp chất có lợi, khi hàm lợng thích hợp sẽ khử oxy trong thép,làm tăng độ bền, độ cứng của thép Nhng nếu cho nhiều sẽ gây ảnh hởng đến tínhcông nghệ nh gia công cắt gọt, nhiệt luyện

1.2.3 Silic: Silic đợc đa vào thép dới dạng fêrô silic, để khử oxy, tức là để khử

1.2.3 Phôtpho: Phôtpho là nguyên tố có khả năng hoà tan vào Feα (tới 1,2%

ở hợp kim Fe-C nguyên chất), Khi lợng P vợt quá giới hạn hoà tan nó sẽ tạo nên

Fe3-P cả hai tác dụng này đều làm giảm mạnh độ dẻo, độ dai tăng mạnh, độ giòn ở nhiệt

độ bình thờng hay còn gọi là giòn nguội

1.2.4 Lu huỳnh: Lu huỳnh là nguyên tố có khả năng hoà tan vào Fe Nguyên

tố S sẽ làm cho thép bị dòn nóng ở nhiệt độ cao, những tạp chất nh lu huỳnh sẽ mềm

ra gây ảnh hởng đến liên kết bền vững của thép, ngời ta gọi là giòn nóng

2 Phân loại thép cacbon:

2.1 Phân loại theo tổ chức tế vi của thép

2.1.1 Thép trớc cùng tích ( C < 0,8%) với tổ chức pherit + peclit

600

400 10

2.2 Phân loại theo hàm lợng cacbon thờng dùng

2.2.1 Thép cacbon thấp (C<0,25%)

2.2.2 Thép cacbon trung bình (0,25% < C < 0,5%)

2.2.3 Thép cacbon cao (C > 0,5%)

2.3 Phân loại theo công dụng

2.3.1 Thép Cacbon cán nóng chất lợng thờng

2.3.2 Thép Cacbon kết cấu

2.3.3 Thép cacbon dụng cụ

3 Các loại thép cacbon thờng gặp

2.3.1 Thép Cacbon chất lợng thờng: là loại có cơ tính không cao, chỉ dùng

để chế tạo các chi tiết máy, các kết cấu chịu tải trọng nhỏ Thép chất lợng thờng đợcchia làm 3 nhóm:

2.3.1.1 Nhóm A: Là nhóm thép đảm bảo về cơ tính: Giới hạn bền, giới hạn

chảy, độ dãn dài…

- Ký hiệu: theo TCVN 1765-75 quy định ký hiệu thép thông dụng là chữ CT,

CT61

Theo tiêu chuẩn Liên Xô ký hiệu bằng chữ CT, sau chữ CT là số thứ tự, và đợc

ký hiệu từ CT0, CT1, CT2, CT3, CT4, CT5, CT6

2.3.1.1 Nhóm B: Là loại thép đảm bảo thành phần hoá học

- Ký hiệu: theo TCVN 1765-75 quy định ký hiệu thép thông dụng là chữ BCT,

-Tính chất và công dụng:

nh que hàn, đinh tán

không cao, dẻo dai đảm bảo) đợc sử dụng nhiều trong lĩnh vực xây dựng, giaothông

2.3.2 Thép Cacbon kết cấu: là loại thép có hàm lợng tạp chất S, P rất nhỏ

( từ 0,03 - 0,04%), tính năng lý hóa tốt, hàm lợng cacbon chính xác và chỉ tiêu cơtính rõ ràng

- Ký hiệu: theo TCVN ký hiệu thép cacbon kết cấu là chữ C, sau chữ C ghichỉ số hàm lợng cacbon của thép nh: C05, C08, C10, C15, C20, ,C85

Hàm lợng cacbon đợc tính theo phần vạn

Ví dụ: C45 - chữ C ký hiệu thép cacbon kết cấu, 45 chỉ hàm lợng cacbon trungbình là 0,45%C

+Theo tiêu chuẩn Liên Xô ký hiệu bằng số: 05, 08, 10, 15, 20, 25 85

- Công dụng: thép cacbon kết cấu dùng chế tạo các chi tiết máy chịu lực cao

2.3.3 Thép cacbon dụng cụ: là loại thép có hàm lợng cacbon cao (0,7

-1,3%), có hàm lợng tạp chất S, P thấp (< 0,025%)

- Ký hiệu: theo TCVN ký hiệu thép cacbon dụng cụ đợc ký hiệu bằng chữ CD,sau chữ CD ghi chỉ số hàm lợng cacbon của thép: CD70, CD80, CD90, ,CD130.Hàm lợng cacbon đợc tính theo phần vạn

Ví dụ: CD90 - CD chỉ thép cacbon dụng cụ, 90 chỉ hàm lợng cacbon trungbình là 0,9%C

+ Theo tiêu chuẩn Liên Xô ký hiệu bằng chữ Y, sau chữ Y ghi chỉ số hàm lợngcacbon của thép: Y7, Y8, Y9, Y10, Y11, Y12, Y13 Hàm lợng cacbon tính theo phần ngàn

0,9%C

* Chú ý: Nếu sau mỗi ký hiệu có chữ "A" thì đó là ký hiệu của thép tốt

là 1,3%C, A chỉ thép tốt

- Công dụng:

cụ làm việc trong điều kiện không chịu va đập

nh dũa

tổ chức và tính chất của thép cho phù hợp với yêu cầu sử dụng Các nguyên tố thờng

đợc đa vào một cách cố ý nh vậy gọi là nguyên tố hợp kim và thép đợc gọi là théphợp kim

- Các nguyên tố hợp kim thờng gặp nh: Cr, Ni, Mn, W, Si, V, Ti, Cu khi hàmlợng các nguyên tố này thấp hơn một giới hạn nhất định thì chúng đợc gọi là tạpchất, hàm lợng hợp kim đợc đa vào trong thép: Mn > 0,8%, Si > 0,5%, Cr > 0,5%, Ni

> 0,4%, W > 0,4%

Ví dụ: Thép có chứa 0,7%Mn thì nguyên tố Mn vẫn chỉ đợc coi là nguyên tốtạp chất trong thép

1.2 Tính chất chung của thép hợp kim

- Trong thép hợp kim, các chất có hại nh P,S và các khí Oxy, Hiđrô, Nitơ đợckhống chế rất thấp so với thép cacbon, thép hợp kim nói chung rất khó chế tạo và đắthơn so với thép cacbon song thép hợp kim có nhiều u điểm vợt xa so với thép cacbon:

+ Cơ tính: - Thép hợp kim có độ bền cao hơn so với thép cacbon sau khi nhiệtluyên (tôi và ram) Nhờ vào các nguyên tố hợp kim hóa độ thấm tôi của thép đợc cảithiện hơn nhiều so với thép cacbon

- Sau khi nhiệt luyện thép hợp kim có thể đạt độ bền cao nhng độdẽo dai lại giảm xuống ( do thép hợp kim ngoài hai nguyên tố sắt và cacbon ngời tacòn đa vào các nguyên tố hợp kim khác với một hàm lợng nhất định do đó hàm lợngsắt trong thép giảm xuống dẫn đến độ dẻo dai giảm đồng thời các nguyên tố hợp kim

nh Cr, Ni làm tăng độ cứng, độ bền cho thép)

+ Tính cứng nóng: Là khả năng duy trì độ nóng ở nhệt độ cao Thép hợp kim

( Mn, Ti, W tăng tính chống mài mòn và khả năng chịu nóng cho thép)

+ Giản nỡ vì nhiệt

+ Thép hợp kim có tính chất lý hóa đặc biệt: làm việc trong điều kiện môi ờng AXit, Bazơ, muối bằng cách hợp kim hóa, ngời ta đã tạo ra nhiều loại thép rất

tr-đặc biệt nh thép không gỉ, thép có tính giản nỡ vì nhiệt, thép từ tính

Nh vậy: nguyên tố hợp kim có tác dụng rất tốt, thép hợp kim là vật liệu khôngthể thiếu đợc trong nghành chế tạo máy, dụng cụ-thiết bị điện, công nghiệp hóa học,giao thông Nó đợc làm các chi tiết quan trong, làm việc trong điều kiện đặc biệt

Ví dụ: ổ lăn, lỗ, nhíp ôtô, nam châm từ, dụng cụ-thiết bị trong ngành y tế

2 Ký hiệu thép hợp kim

- Theo TCVN thép hợp kim đợc ký hiệu bằng hệ thống chữ và số

+ Chữ dùng chỉ loại vật liệu và dùng chính ký hiệu hóa học của nguyên tố hợpkim để chỉ sự có mặt của nó

+ Số đứng đầu mác thép để chỉ hàm lợng cacbon, tính theo phần vạn

+ Số đứng sau mỗi chữ nguyên tố hợp kim chỉ hàm lợng phần trăm trung bìnhnguyên tố hợp kim đó

+ Nếu 1% thì không ghi

+ Nếu có chữ "A" ở phía sau là ký hiệu của thép chất lợng cao.

Ví dụ: Mác thép CrWMn có nghĩa là: thép hợp kim có chứa 1%C, 1% Cr,1%W, 1%Mn

60Si2 có nghĩa là: thép hợp kim có chứa 0,6%C, 2%Si

- Theo tiêu chuẩn Liên Xô ký hiệu thép hợp kim bằng chữ và số:

+ Số đứng đầu mác thép để chỉ hàm lợng cacbon, tính theo phần vạn

+ Số đứng sau mỗi chữ nguyên tố hợp kim chỉ hàm lợng phần trăm trung bìnhnguyên tố hợp kim đó

+ Nếu 1% thì không ghi

+ Nếu có chữ "A" ở phía sau là ký hiệu của thép chất lợng cao

1%Mn

60C2 có nghĩa là: thép hợp kim có chứa 0,6%C, 2%Si

3 Các loại thép hợp kim.

3.1 Thép hợp kim kết cấu: là loại thép trên cơ sở thép kết cấu cacbon cho

thêm các nguyên tố hợp kim Hàm lợng cacbon khoảng 0,1 - 0,85% và lợng phầntrăm nguyên tố hợp kim thấp

- Thành phần hóa học:

Hàm lợng cacbon trong thép tính theo phần vạn ( < 0,7%)

Hàm lợng các nguyên tố hợp kim tính theo phần trăm ( < 5%)

3.1.1 Nhóm thép cacbon kết cấu dùng để thấm cacbon: có hàm lợng

cacbon nhỏ ( < 0,25%), các nguyên tố hợp kim là Ni, Cr, Ti, W

3.1.2 Nhóm thép cacbon kết cấu hóa tốt: có hàm lợng cacbon từ ( 0,3

-0,5%C ), các nguyên tố hợp kim là Mn, Cr, Si, Ni

Đặc trng gồm các nhóm thép: 35X, 40XH, 45X, 50X

3.1.2 Nhóm thép cacbon kết cấu làm lò xo: có hàm lợng cacbon từ ( 0,5%

-0,7%C ), các nguyên tố hợp kim là Mn, Si Có giới hạn mỏi và tính chống mài mòncao

- Thép cacbon kết cấu đợc sử dụng làm lò xo tàu hỏa, nhíp xe ô tô và các loại

lò xo cao cấp khác

3.3 Thép hợp kim dụng cụ:

3.3.1 Khái niệm: là loại thép có độ cứng cao sau khi nhiệt luyện, khả năng

chịu nhiệt độ cao, độ bền cao Hàm lợng cacbon trong hợp kim dụng cụ từ 0,7 1,4%; các nguyên tố hợp kim chủ yếu là Cr, W, Si và Mn

Ký hiệu: Thép hợp kim dụng cụ, hàm lợng cacbon tính theo phần ngàn,nguyên tố hợp kim tính theo phần trăm

Ví dụ: 9XC: 0,9%C, 1%Cr, 1% Si

3.3.2 Các loại thép hợp kim dụng cụ:

3.3.2.1 Thép hợp kim dụng cụ làm dao cắt.

* Thép hợp kim dụng cụ làm dao cắt năng suất thấp ( 10 - 14m/p): X05, 9XC,

hệ số biến dạng nhỏ, dùng để chế tạo dụng cụ đo nh thớc cặp, panme, calip

* Thép hợp kim dụng cụ làm dao cắt năng suất cao từ 25 - 35m/p(thép gió): làmột dạng thép hợp kim đặc biệt để cắt gọt các chi tiết máy có yêu cầu cao Trong tổchức của nó gồm các nguyên tố cacbon, crôm,vonfram, coban, vanadi và sắt(Fe)

gió có hàm lợng các nguyên tố hợp kim nh sau: 8,5 - 19%W, 0,7 - 1,4%C, 3,8 - 4,4%

"Thép gió P9" 0,7 - 0,8 3,8 - 4,4Cr; 5,8 - 10W1,0 - 1,4V; đến 1,0M O 63 - 64 617 100CrWMn 0,95 - 1,05 0,9 - 1,2 %Cr, 1,2 - 1,6%W0,8 - 1,1%Mn - -

50CrNiM O 0,50 - 0,60 0,5 - 0,8Mn; 0,5 - 0,8Cr -

-ứng dụng: dùng chế tạo dao tiện, dao phay, dao bào, mũi khoan

3.3.2.1 Thép hợp kim dụng cụ làm khuôn dập: khuôn dập là dụng cụ dùng

kích thớc theo yêu cầu

* Thép hợp kim dụng cụ làm khuôn dập Nguội: là phơng pháp biến dạng kimloại nguội do đó yêu cầu khuôn dập phải có độ cứng cao, tính chống mài mòn lớn,

* Thép hợp kim dụng cụ làm khuôn dập Nóng: là phơng pháp biến dạng kimloại khi đã đợc nung nóng do đó yêu cầu khuôn dập phải có độ cứng cao, tính chốngmài mòn lớn, tính chịu nhiệt cao Một số vật liệu thờng dùng là: 5XMN, 5XNHB,

2.4 Thép hợp kim đặc biệt: là thép hợp kim có tính chất lý hóa đặc biệt, làm

việc trong điều kiện môi trờng đặc biệt

2.4.1 Thép không gỉ: là loại thép có khả năng chống lại môi trờng ăn mòn

( ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa) Các nguyên tố hợp kim chủ yếu trong thépkhông gỉ là Cr và Ni Chúng gồm các ký hiệu nh sau: 20X13, 30X12, 12X18H9,12X18H9T

ứng dụng: dùng chế tạo các dụng cụ thiết bị trong lĩnh vực ytế, tuapin nhàmáy điện, cơ khí, giao thông

2.4.1 Thép bền nóng: là loại thép làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao mà

độ bền không giảm, không bị oxy hóa bề mặt Ngời ta sử dụng các loại thép với mứcchịu nhiệt khác nhau

Ví dụ loại thép peclit gồm 12CrMO, 04Cr9Si2 có khả năng chịu nhiệt độ từ

3000 - 5000C

điện trở, hợp kim đó gọi là NiCr

Ví dụ Cr20Ni80; Cr15Ni60

Chơng Iv kim loại màu hợp kim màu–

I.thành phần hoá học và cách chế tạo hợp kim

Hợp kim cứng không phải là thép vì trong thành phần của nó không có sắt.Thành phần hợp kim cứng bao gồm có các hạt cacbit ửonam( wc), Cacbit titan (TiC) rất nhỏ, mịn, có độ cứng và tính ổn định cao

Hợp kim cứng chế tạo bằng phơng pháp bột.Ngời ta sản xuất bột WC và bột TiC nhỏ, mịn trộn với bột kim loại Co Hỗn hợp đợc đem ép trong khuôn thành hình theo yêu cầu sau đó đem nung ở nhiệt độ 1450ºC trong thời gian từ 1- 3 giờ, sau đó sửa chữa bằng máy mài

Hợp kim cứng gồm các loại:

- Loại hợp kim gồm WC và Co co ký hiệu là BK kèm theo số chỉ lợng % Co còn lại

là WC

- Loại hợp kim cứng nhóm BK có các số hiệu: BK2, BK3, BK5, BK6, BK8

- Loaij hợp kim cứng gồm WC,TiC, và Co.Loại này có ký hiệu là TK vavf số dằng sau chỉ lợng TiC và Co còn lai là của WC

- Loại hợp kim cứng nhom TK có số hiệu : T4K10, T14K8, T15K6, T30K4,T60K6

II tính chất và công dụng của hợp kim

- Nhóm BK dùng để gia công gang xám và hợp kim màu

- Nhóm TK dùng để gia công thép có độ bền cao , thép không rỉ và các vật liệu cứng khác Khi gia công thép phôi dài thời gian tiếp xúc với phôi lâu nên lợng nhiệt truyền đến dao lớn, yêu cầu dao có tính cứng nóngcao, hệ số ma sát nhỏ và ít dính

Do đố phải dung loại TK Khi gia công gang phoi gãy vụn, hợp kim mau mèm nên dùng nhom BK

- Dùng hợp kim BK8 để tiện phá, chế tạo các dụng cụ va đập, làm khuôn kéo hoặc mũi khoan địa chất T15K6 dùng làm dao tiện nửa phá, tiện tinh làm cơ sở bẻ phoi Nhợc điểm của hợp kim cứng là khó chế tao dụng cụ định hình