Bài giảng vật liệu học chương 4 thép

Phân loại thép cacbon a, Theo độ sạch của tạp chất có hại P,S b, Theo phương pháp khử Oxy... Phân loại thép cacbon b, Theo phương pháp khử Oxy: phân chia ra thep sôi, thép lặng, thép n

4.1.Sản xuất thép

Khử cacbon Gang lỏng

Thép Hợp kim hóa Khử oxy

•Nguyên liệu chính

Thép vụn Gang

Fe-Si Fe-Mn Al

Chất khử ôxy

1.2 Thép hợp kim: Thực chất từ thép C, người

ta thêm vào một số nguyên tố như: Mn,Si,W, Cr,

Ni, Mo, Ti để làm tăng cơ tính của thép

4.2.Khái niệm về thép cacbon & thép hợp kim

4.2.Khái niệm về thép cacbon & thép hợp kim

4.2.2 Tính chất chung của thép

2.1 Cơ tính:

Thép có cơ tính tốt hơn gang cả về độ bền, độ dẻo, độ chịu

đàn hồi và độ chịu va đập…

2.2 Tính công nghệ ( so với gang)

- Tính gia công biến dạng tốt

- Tính cắt gọt cao hơn

- Dễ hóa bền bằng nhiệt luyện

- Tính hàn tốt hơn

- Tính đúc kém hơn gang

4.2.Khái niệm về thép cacbon & thép hợp kim

4.2.3 Ảnh hưởng của cacbon

Cacbon: là nguyên tố quan trọng nhất, quyết định chủ yếu

+ Về cơ tính : Thép có %C khác nhau sẽ có cơ tính khác nhau

- Thép Cacbon thấp: C ≤ 0,25%, có độ dẻo, độ dai rất cao, nhưng

-Dùng làm kết cấu xây dựng, làm thép lá, tấm để dập nguội,

4.2.3 Ảnh hưởng của cacbon

- Thép Cacbon trung bình: C =(0,3  0,5)%, có độ bền, độ cứng, độ

dẻo, độ dai đều cao( có cơ tính tổng hợp cao)

+Dùng làm chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh và va đập như: trục, bánh răng,

- Thép Cacbon tương đối cao: C = (0,5  0,7)%, có độ cứng, độ

nhất so với các thép khác;(không cho phép có biến dạng dẻo)

+ Dùng làm các chi tiết cần tính đàn hồi cao như: lò xo, nhíp,

- Thép Cacbon cao: C  0,7%, có độ cứng và tính chống mài

mòn cao nhất

+ Dùng làm dụng cụ như dao cắt, dụng cụ đo, khuôn dập nguội

Khi thành phần C tăng lên,độ bền,độ cứng cũng tăng lên, còn

4.2.3 Ảnh hưởng của cacbon

Ảnh hưởng của Cacbon đến cơ tính của thép

4.2.4 Ảnh hưởng của Mn,Si,P,S

a, Mangan: Mn được cho vào thép dưới dạng fero-Mn(FeMn) để

khử ôxy và lưu huỳnh ở trạng thái lỏng theo các phản ứng sau:

FeO +Mn  Fe + MnO và FeS +Mn  Fe + MnS

( MnO nổi lên, đi vào xỉ và được cào ra khỏi lò)

- Mn hòa tan vào nền Ferit, làm tăng độ bền, độ cứng và giảm độ giãn dài của thép. ảnh hưởng tốt cơ tính, khử oxy hạn chế tác hại của lưu huỳnh

b, Silic: Si được cho vào thép dưới dạng fero-Si(FeSi) để khử ôxy

triệt để ở trạng thái lỏng:

- Si hòa tan vào nền Ferit, làm tăng độ bền, cứng;

- Hàm lượng: 0,2  0,4%Si

- Tuy nhiên, lượng Mn,Si có ít trong thép nên ảnh hưởng của

4.2.3 Ảnh hưởng của Mn,Si,P,S

d, Phốtpho

là dòn nguội (bở nguội)

e, Lưu huỳnh :

làm thép bị đứt, gãy, hiện tượng này gọi là dòn nóng( bở nóng)

- Hàm lượng: ≤ 0,05%

Tuy nhiên P,S làm tăng tính gia công cắt gọt, nâng cao sản

lượng chế tạo và hạ giá thành

4.2.4 Phân loại thép cacbon

a, Theo độ sạch của tạp chất có hại P,S

b, Theo phương pháp khử Oxy

4.2.4 Phân loại thép cacbon

b, Theo phương pháp khử Oxy: phân chia ra thep sôi, thép lặng,

thép nửa lặng:

- Thép sôi: là loại thép được khử oxy bằng chất khử yếu: Fe-Mn

khi rót khuôn có thể tác dụng với cacbon để thành khí CO  phản ứng: FeO + C  Fe +CO

tượng sôi

- Vật đúc thép sôi chứa nhiều rỗ khí Quá trình cán nóng tiếp

theo các rỗ khí được hàn lại không ảnh hưởng đến cơ tính

- Thép này có độ dẻo cao và rất mềm, dập nguội tôt

Ký hiệu: có thêm chữ “s” theo TCVN : CT31s; CT33s

- Thép lặng: Oxy được khử triệt để bằng cả fero-Mn lẫn

fero-Si Nên không còn FeO nữa, do vậy bề mặt thép

lỏng phẳng lặng

- Thép lặng là loại thép tốt, có độ cứng khá cao, phần

lớn để làm chi tiết máy

- Ký hiệu: cuối mác thép không ghi là thép lặng : CT51;

CT61

- Thép nửa lặng : Trung gian giữa hai loại trên

- Ký hiệu: có thêm chữ “n” theo TCVN : CT51n; CT61n

4.1.3 Phân loại thép cacbon

c, Theo công dụng : gồm 4 nhóm chính

- Thép cán nóng thông dụng(thép xây dựng): loại này chủ yếu dùng trong xây dựng(cầu, nhà khung,tháp ) Loại thép này

không cần qua nhiệt luyện

- Thép kết cấu( thép chế tạo máy): loại này thường dùng để làm chi tiết máy, thường phải qua nhiệt luyện

- Thép dụng cụ: chủ yếu để làm các dụng cụ cắt gọt, đo lường Loại này bắt buộc phải qua nhiệt luyện

- Thép có công dụng riêng( thép có tính chất đặc biệt)

Thép dễ cắt, thép ổ lăn, thép đường ray, dây thép các loại

Thép không gỉ, thép làm việc ở nhiệt độ cao, thép có hệ số giãn

nở nhiệt đặc biệt, thép chống mài mòn cao

4.1.3 Phân loại thép cacbon

2. Nhóm thép kết cấu – thép Cacbon chất lượng tốt

3 Nhóm thép dụng cụ – thép Cacbon chất lượng cao

4.1.4 Ký hiệu thép cacbon

1 Nhóm thép cacbon chất lượng thường( thép xây dựng )

Theo TCVN 1765-75 ký hiệu bằng chữ CT (C-cacbon, T thép chất

lượng thường) Chia làm ba nhóm

+ Phân nhóm A: quy định về cơ tính.Giới hạn bền kéo tối thiểu

- Ký hiệu CTxxy (xx- b, y – cách khử oxy);

Ví dụ: CT31; CT33; CT38; CT42; CT51; CT61

CT31s; CT33s;

CT51n; CT61n

4.1.4 Ký hiệu thép cacbon

+ Phân nhóm B: quy định về thành phần hóa học( tra theo bảng)

- Ký hiệu BCTxxy (xx- thành phần hoá học, y – cách khử oxy);

Mác thép Cacbon, % Mangan, % Sili,% S, max % P, max %

BCT33s 0,060,12 0,250,5 0,05 0,05 0,04

BCT33n 0,050,12 0,250,5 0,050,17 0,05 0,04

4.1.4 Ký hiệu thép cacbon

3 Nhóm thép dụng cụ – thép Cacbon chất lượng cao

Theo TCVN 1822-76 ký hiệu bằng chữ CD(C – cacbon, D –

Phân tích ký hiệu CD100: thép dụng cụ cacbon trong đó trong đó

có 1%C( phần trăm còn lại là Fe và một ít tạp chất Mn,Si,P,S…)

4.1.5 Ưu nhược điểm của thép Cacbon

- Độ thấm tôi thấp nên kém hiệu quả khi hóa bền nhiệt luyện;

- Khả năng chịu nhiệt độ cao kém;

- Không có các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt như: chống ăn mòn, chịu nhiệt độ cao, có tính chất từ và điện đặc biệt

4.2 THÉP HỢP KIM

b, Các đặc tính của thép hợp kim

Về cơ tính

- Thép hợp kim có độ bền cao hơn hẳn thép cacbon sau

khi tôi và ram( do có tính thấm tôi cao hơn);

- Khi mức độ hợp kim hóa tăng độ bền, độ cứng tăng nhưng đồng thời làm giảm độ dẻo, độ dai, tính công nghệ

Về tính chịu nhiệt

Về các tính chất lý hóa đặc biệt

- Thép không gỉ, chống ăn mòn trong axít, bazơ muối;

- Thép có tính chịu nóng, chống mài mòn cao

- Thép có từ tính cao và giãn nở nhiệt đặc biệt

4.2 THÉP HỢP KIM

c, Tác dụng của nguyên tố hợp kim đến tổ chức của thép

Các nguyên tố Mn, Si, Ni, Cr hoà tan vào dung dịch rắn của Fe:

- Mn, Si: Làm tăng độ bền và độ cứng; giảm độ dẻo, dai làm thép

dòn khó sử dụng

- Cr, Ni: Làm tăng độ bền và độ cứng nhưng không làm giảm độ dẻo,dai và tăng độ thấm tôi (Ni đắt tiền- dùng cho các chi tiết quan trọng.)

Các nguyên tố Mn, Cr, Mo, W, Ti, kết hợp với C tạo cacbit: Me x C y

- Làm thay đổi kiểu mạng;

- Làm tăng độ cứng;

- Tăng tính chống mài mòn;

- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ tôi cao;

- Có tính bền nóng

4.2 Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim:

cao nhất (6-18% ) làm tăng tính cứng nóng

- Cacbon: 0,7-1,5% làm tăng độ cứng và tính chống mài

mòn

- Cr: khoảng 4% làm tăng tính thấm tôi của thép do đó làm

tăng tuổi bền và tuổi thọ của dao cắt

- V : tồn tại dưới dạng cacbit Vanadi(VC) làm tăng độ

cứng và khả năng chịu mài mòn nhưng làm giảm tính

công nghệ mài

- Co : 5-10% làm tăng tính cứng nóng

- Mo: dùng thay thế W(đắt), do tác dụng tương tự như W,

cho hiêụ quả kinh tế cao

4.2 THÉP HỢP KIM

4.2.2 Phân loại và ký hiệu thép hợp kim

a Theo nguyên tố hợp kim chủ yếu : Dựa vào nguyên tố hợp

kim chủ yếu có hàm lượng chứa lớn hơn cả để phân loại

- Thép chỉ có một nguyên tố hợp kim chính VD: Thép Cr, thép Mn là thép chỉ có một nguyên tố Cr, Mn

 Chúng là thép hợp kim hoá đơn giản;

- Thép có hai hay nhiều nguyên tố hợp kim

VD: Thép Cr – Ni, thép Cr – Ni – Mo,

 Chúng là thép hợp kim hoá phức tạp

 Đánh giá chính xác về giá cả và phạm vi sử dụng của thép

4.2.2 Phân loại và ký hiệu thép hợp kim

b Theo tổng lượng nguyên tố hợp kim(NTHK)

Ký hiệu thép hợp kim

Tiêu chuẩn Việt Nam 1759-75 quy định như sau:

- Ký hiệu nguyên tố hợp kim bằng chính ký hiệu hoá học của nó;

- Chỉ số ở đầu ký hiệu phần vạn của nguyên tố C;không có số là chỉ C 1%

- Các chỉ số tiếp theo ký hiệu phần trăm các nguyên tố hợp kim

Nguyên tố hợp kim Ký hiệu Nguyên tố hợp kim Ký hiệu

Crôm (Cr) X Niken (Ni) H

Vonfram (W) B Molipđen (Mo) M

Titan (Ti) T Coban (Co) K

Mangan (Mn) Γ Silic (Si) C

Vanađi (V) Ф Đồng (Cu) Д

4.3.Thép xây dựng

4.3.1.Đặc điểm

4.3.2.Ứng dụng

4.3.2 Ứng dụng

• Thép cacbon xây dựng:

 Nhóm A : dùng ở trạng thái cung cấp :

thanh, tấm, ống…

Ghép nối với nhau bằng bulông

-Kết cấu XD đơn giản:

4.3.2 Ứng dụng

• Thép hợp kim xây dựng :

Làm các kết cấu hàn chịu lực, không bị ăn mòn trong khí quyển

 Kết cấu xây dựng: cầu , kết cấu thép trên cao

 Khung xe: xe ôtô, tàu biển : 17MnSi ;

14CrMnSi

 Ống dẫn dầu và khí đốt : 19Mn

 Vỏ lò cao, thiết bị lọc bụi: 14Mn2

 Cốt bê tông cường độ cao: 18Mn2Si,

25Mn2Si

 Ví dụ:

C18, C20 :Chi tiết máy chịu lực nhỏ

20Cr, 18CrMnTi : Chi tiết máy chịu lực lớn

Thấm C

4.4.3.Thép cacbon tương đối cao

55Si, 60Si2, 60Si2Mn: lò xo kt lớn 18

60Si2CrA, 60Si2NiA: lò xo, nhíp lớn

Dao doa, mũi khoan, bàn ren…

thao tác trên máy bán tự động

.Thép dao cắt năng suất cao (Thép gió)

49

4.3.3.Thép làm dụng cụ biến dạng

Thép khuôn dập nguội

HRC > 60 => Chống mài mòn  , ak : bảo đảm chịu lực va đập

 Thép cacbon : CD100, CD110, CD120

Khuôn dập kích thước nhỏ ( dày 30-40mm): Khuôn dập kim loại và hợp kim Cu, Al

 Thép hợp kim : 100Cr, 100CrMn, 110Cr6WV

Khuôn dập KT trung bình (dày 75-100mm):

Khuôn dập cắt thép lá < 3mm, t ấ m kim loại và hợp kim Cu, Al

Khuôn lỗ kéo sợi, bàn lăn ren

+ Yêu cầu sử dụng thép thấm cacbon để chế tạo:

- Bề mặt cần độ cứng cao và tính chống mài mòn để chịu cọ

- Với các mác 20CrNi, 12CrNi3A, 20Cr2Ni4A,18Cr2Ni4WA

+ Đặc điểm nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện:

- Sau khi thấm, TÔI+ RAM THẤP (1500-2500C )

THÉP THẤM CACBON

+ Các mác thép: 40CrNi, 40CrNiMn, 45CrNi

+ Đặc điểm nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện:

- Chế độ nhiệt luyện là TÔI + RAM CAO (5000- 6500C )

THÉP HÓA TỐT

+ Thép đàn hồi thấm tôi cao (>50mm)

- Gồm các mác thép: 60Si2CrVA, 60Si2Ni2A (với 2%Si, 1%Cr hoặc 2%Ni;

THÉP ĐÀN HỒI

Bài tập ứng dụng

Cho các ký hiệu thép:

- Thép cacbon: C18, C45, C65

- Thép hợp kim: 18CrMnTi, 40Cr, 65Mn

Yêu cầu chọn thép để chế tạo các chi tiết máy

làm việc trong điều kiện sau:

+ Độ cứng và độ chống mài mòn bề mặt cao còn lõi

có độ dẻo dai cao

+ Cần cơ tính tổng hợp

+ Cần tính đàn hồi

a Phân nhóm nhỏ nhất theo ký hiệu Từ đó nêu

công dụng và đặc điểm nhiệt luyện kèm

theo(nếu có)

b Chọn vật liệu chế tạo dũa, loxo, truc vit, chốt

piton