Ch¬ng I ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG BÀI MỞ ĐẦU 1 Khái niệm và vai trò của vật liệu cơ khí 1 1 Khái niệm về vật liệu cơ khí Vật liệu cơ khí là các vật chất mà con người sử dụng trong sản xuất cơ khí để tạo dựn[.]
ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG BÀI MỞ ĐẦU Khái niệm vai trị vật liệu khí 1.1 Khái niệm vật liệu khí Vật liệu khí vật chất mà người sử dụng sản xuất khí để tạo dựng nên sản phẩm cho sống như: máy móc, thiết bị, xây dựng cơng trình, nhà cửa… 1.2 Sơ lược q trình phát triển vật liệu học - Vật liệu kim loại (Hình 1.1 - a): vật thể dẫn điện tốt, có ánh kim, có khả biến dạng dẻo tốt nhiệt độ thường, bền vững hóa học Vật liệu kim loại thơng dụng thép, gang, đồng, nhôm…và hợp kim chúng, nhóm vật liệu dùng chủ yếu sản xuất khí đối tượng mơn học - Vật liệu vô - ceramic: chất dẫn điện kém, không biến dạng dẻo giịn, bền vững hóa học nóng chảy nhiệt độ cao Các vật liệu ceramic thông dụng gốm, sứ, thủy tinh, gạch thường gạch chịu lửa… - Vật liệu hữu - polyme: chất dẫn điện kém, có khả biến dạng dẻo nhiệt độ cao, bền vững hóa học nhiệt độ thường, nóng chảy phân hủy nhiệt độ tương đối thấp Hai nguyên tố thành phần chủ yếu loại vật liệu cacbon hydro Vật liệu hữu tự nhiên thường gặp loại gỗ, cao su loại vật liệu hữu nhân tạo polyetylen (PE), polyvinylclorua (PVC)… - Vật liệu kết hợp - compozit: loại vật liệu tạo thành từ kết hợp hai hay nhiều loại vật liệu khác, ví dụ như: bê tơng cốt thép, vật liệu kết hợp kim loại polyme, polyme ceramic… 1.3 Đối tượng môn học vật liệu khí Mơn học vật liệu khí mơn học có nhiều thơng tin lý thuyết mang tính ứng dụng thực tiễn cao Mục đích mơn học thời gian ngắn giúp cho người đọc Tính chất vật liệu khí 2.1 tính chất học a) Độ bền: đo giới hạn bền gồm có: − Giới hạn bền kéo,σb − Giới hạn bền nén,σbn − Giới hạn bền uốn, σbu − Giới hạn bền mỏi, σbm (σ-1) − Giới hạn chảy, σc (σ0,2) − Giới hạn đàn hồi, σđh b/ Độ cứng: khả chống lại xuyên lún vật thể khác vào Thử độ cứng thực máy thử, đánh giá đơn vị đo độ cứng sau: độ cứng Brinen(HB), Rốcven(HRC,HRB, HRA), So(HSh), Vicke(HV) c/ Độ dai : xác định độ dai va đập αk Đơn vị đo KJ/m2 d/ Tính dẻo: chịu tải vật liệu biến dạng dẻo trước bị phá hỏng Thép có hàm lượng cacbon thấp, kim loại nhẹ có tính dẻo cao e/ tính dịn: chịu tải đến giới hạn phá hủy vật liệu bị gẫy vỡ mà khơng có q trình biến dạng Vật liệu có tính dịn như: gang, gốm, thủy tinh 2.2 Tính chất vật lí Anh kim vẻ sáng bề ngòai kim loại, theo vẻ sáng bề ngịai kim loại chia thành kim loại màu kim loại đen Kim loại đen hợp kim sắt như: gang, thép Còn kim loại màu tất kim loại lại m - Khối lượng riêng: d = V Trong m: khối lượng vật V thể tích vật - Tính nóng chảy: kim loại có tính chảy lõang bị đốt nóng đơng đặc lại làm nguội Nhiệt đọ ứng với lúc kim loại chuyển từ thể đặc sang thể lỏng hòan tịan gọi điểm nóng chảy Điểm nóng chảy có ý nghĩa quan trọng công nghệ đúc, hàn - Tính dẫn nhiệt: tính truyền nhiệt kim loại bị đốt nóng bị làm lạnh Tính truyền nhiệt kim loại giảm xuống nhiệt độ tăng ngược lại nhiệt độ giảm xuống - Tính giãn nở nhiệt: đốt nóng kim loại giãn làm lạnh co lại - Tính dẫn điện: khả cho dòng điện qua kim loại So sánh tính dẫn nhiệt dẫn điện ta thấy kim loại có tính dẫn nhiệt tốt tính dẫn điện tốt ngược lại 2.3 Tính chất hố học a Tính chống ăn mịn khả chống lại ăn mòn nước hay oxy khơng khí nhiệt độ thường nhiệt độ cao b Tính chịu Axít: khả chống lại tác dụng mơi trường axít 2.4 Tính chất cơng nghệ − Tính đúc: Xác định độ chảy lõang kim loại nấu chảy để đổ đầy vào khn đúc − Tính rèn:.là khả biến dạng vĩnh cửu kim loại chịu lực tác dụng bên ngịai mà khơng bị phá hỏng − Tính hàn: khả tạo thành liên kết chi tiết nung nóng cục chi tiết đến trạng thái dẻo − Tính cắt gọt: khả kim loại gia cơng dể hay khó, xác định tốc độ cắt gọt, lực cắt gọt độ bóng bề mặt kim loại sau cắt gọt − Tính nhiệt luyện: khả làm thay đổi độ cứng, độ bền, độ dẻo…của kim loại sau nhiệt luyện 2.5 Độ tin cậy 2.6 Tuổi thọ Chương 1: Lí thuyết kim loại hợp kim 1.1 Kim loại đặc điểm cấu tạo 1.1.1 Khái niệm đặc điểm kim loại Kim loại vật thể sáng, có ánh kim, dẻo, rèn được, có tính dẫn điện dẫn nhiệt cao, có hệ số điện trở dương 1.1.2 Cấu tạo kim loại - Số điện tử hoá trị lớp điện tử ngồi ít, thường có 1-3 điện tử Chúng liên kết yếu với hạt nhân, nên dễ bị bứt thành điện tử tù do, nguyên tử trở thành ion dương - Sự tồn điện tử tự định nhiều tính chất quan trọng kim loại như: vẻ sáng (ánh kim); tính dẻo; tính dẫn điện dẫn nhiệt a Liên kết kim loại (Hình 1) - Đặc điểm: + Liên kết kim loại thường tạo nên từ ngun tử có điện tử hóa trị + Cấu trúc tinh thể chất với liên kết kim loại có tính đối xứng cao (Các dạng liên kết nguyên tử chất rắn như: Liên kết đồng hóa trị; Liên kết ion; Liên kết hỗn hợp; Liên kết yếu- Liên kết Vander Waals) Là liên kết mạng ion dương xác định với điện tử tự Năng lượng liên kết Hình 1: Cấu trúc tinh thể liên kết kim loại tổng hợp lực đẩy lực hút tĩnh điện ion dương mây điện tử tự b Cấu tạo mạng tinh thể kim loại nguyên chất a Các khái niệm mạng tinh thể điều kiện nhiệt độ thường áp suất khí quyển, hầu hết kim loại tồn trạng thái rắn tinh thể – nguyên tử (ion kim loại) xếp theo trật tự định không gian – kiểu mạng tinh thể định * Mạng tinh thể - Là mạng không gian tạo nên ion, nguyên tử xếp theo quy luật chặt chẽ, tạo thành dạng hình học định (Hình 2) * Ơ sở (ô bản) Mạng tinh thể Mạng tinh thể gồm vô số ô nhỏ xếp liên chiều không gian Các ô nhỏ gọi sở (Hình 3) Ơ sở * Mật độ khối Là phần thể tích tính phần trăm mạng nguyên tử chiếm chỗ Mv = nv πr 100% V b Các kiểu mạng tinh thể thường gặp kim loại - Có tất 14 kiểu mạng tinh thể khác thuộc hệ - Kim loại nguyên chất thường tồn kiểu mạng chính: + Lập phương thể tâm + Lập phương diện tâm + Lục giác xếp chặt * Lập phương thể tâm(Hình 4) Trong mạng nguyên tử nằm nút khối hình lập phương Chú ý : Coi nguyên tử cầu khối nguyên tử tiếp xúc với nguyên tử nút ô bản, nguyên tử nút lại không tiếp xúc Mật độ nguyên tử mạng : Là phần thể tích tính phần trăm mạng nguyên tử chiếm chỗ Các nguyên tố có kiểu mạng là: Sắtα, Crơm, vơnfram, mơlipden, vanađi, Lập phương thể tâm * Lập phương diện tâm( Hình 5) Trong kiểu mạng này, nguyên tử nằm nút hình lập phương nằm trung tâm mặt hình lập phương Các nguyên tử xếp sít đường chéo mặt Các nguyên tố có kiểu mạng là: Sắtγ, đồng, niken, coban, chì, bạc, vàng, Lập phương diện tâm * Lục giác xếp chặt (Hình 6) Trong nguyên tử nằm nút hình lục lăng, nguyên tử nằm trung tâm mặt đáy nguyên tử nằm trung tâm khối lăng trụ tam giác cách Các ngun tố có kiểu mạng nàygồm: Kẽm, Cơban, magiê 1.2 Hợp kim đặc điểm cấu tạo 1.2.1 Những khái niệm hợp kim Hợp kim hỗn hợp nhiều nguyên tố mang tính chất kim loại kim ( nguyên tố phải kim loại) Hợp kim tạo kim loại với kim loại với kim Hợp kim đơn giản gồm hai nguyên tố, hợp kim phức tạp gồm từ nguyên tố trở lên Thành phần nguyên tố hợp kim thường biểu thị phần trăm trọng lượng 1.2.2 Tổ chức hợp kim Sự tương tác nguyên tố, cấu trúc mạng tinh thể hợp kim phức tạp kim loại nguyên chất theo hai chiều hướng: - Giữ nguyên kiểu mạng kim loại nguyên chất biến đổi thông số mạng gây thêm xô lệch, dạng cấu tạo gọi dung dịch rắn - Tạo nên kiểu mạng khác hẳn với mạng nguyên tố thành phần dạng cấu tạo gọi hợp chất hố học hay pha trung gian - Cũng có trường hợp ( gặp hơn) ngun tố khơng có tương tác với nhau, chúng giữ ngun kiểu mạng 1.2.2.1 Cấu tạo hợp kim a Dung dịch rắn: Khi hai nguyên tố hoà tan vào trạng thái rắn, nguyên tố giữ nguyên kiểu mạng gọi dung mơi cịn ngun tố phân bố tương đối đặn vào mạng nguyên tố dung mơi gọi ngun tố hồ tan Các đặc tính chung: Các dung dịch rắn hệ kim loại có đặc tính chung sau + Liên kết liên kết kim loại + Cấu trúc mạng tinh thể giống kim loại dung môi + Thành phần nguyên tố thay đổi phạm vi mà khơng thay đổi cấu trúc mạng + Nguyên tử nguyên tố hoà tan vào mạng kim loại dung môi nguyên tử lạ làm xơ lệch mạng + Về tính dung dịch rắn giữ độ dẻo song có độ bền, độ cứng cao ( mạng tinh thể bị xô lệch) Tuỳ theo vị trí phân bố kim loại dung mơi có hai loại dung dịch rắn: thay xen kẽ - Dung dịch rắn thay thế: Khi nguyên tử nguyên tố hoà tan vào mạng tinh thể kim loại dung mơi nút mạng, tức thay cho tạo nên dung dịch rắn thay nguyên tử phải thoả mãn điều kiện kích thước: đường kính nguyên tử chúng phải gần giống khác Theo độ hoà tan lại chia ra: Dung dịch rắn thay hồ tan vơ hạn có hạn Khi ngun tử hồ tan B thay vị trí kim loại dung mơi A cách liên tục tạo nên dung dịch rắn hồ tan vơ hạn Khi ngun tử hồ tan B thay vị trí kim loại dung mơi với tỷ lệ tối đa dung dịch rắn tạo thành loại hồ tan có hạn trường hợp thường gặp - Dung dịch rắn xen kẽ: Khác với loại thay thế, loại xen kẽ nguyên tử hồ tan vào mạng kim loại dung mơi nút mạng, tức xen kẽ vào lỗ hổng mạng Dung dịch rắn xen kẽ thường tạo thành dung môi kim loại nguyên tố hoà tan kim Pha trung gian: Ngồi dung dịch rắn kim loại cịn có tính chất gần hợp chất hố học thường gặp ngung có nét dung dịch rắn nên thường gọi pha trung gian Đặc tính chung: So với dung dịch rắn pha trung gian có điểm khác sau đây: + Mạng tinh thể có kiểu khác với nguyên tố tạo thành (phức tạp hơn) nên khơng giữ tính chất kim loại ngun chất dẻo + Có tính điển hình giịn, độ cứng cao có nhiệt độ chảy cao + Thành phần cố định thay đổi phạm vi hẹp, biểu diễn cơng thức hố học Các pha trung gian thường gặp pha xen kẽ pha điện tử - Pha xen kẽ: Là pha trung gian tạo nên kim loại kim với đặc tính sau: + Đường kính nguyên tử kim bé kim loại nhiều + Mạng tinh thể khác hẳn nguyên tố thành phần kiểu đơn giản + Có tính chất điển hình cứng nhiệt độ chảy cao VD: Các cacbit có vị trí quan trọng pha xen kẽ ứng dụng rộng rãi kỹ thuật CacbitVonfram, CacbitTitan - Pha điện tử: Là pha phức tạp tạo nên hai kim loại với đặc tính: + Thành phần gồm kim loại thuộc hai nhóm: nhóm 1: kim loại hố trị I kim loại chuyển tiếp Nhóm 2: Các kim loại hố trị II, III, IV + Thành phần hố học biến đổi phạm vi hẹp + Các pha giòn Như vậy: Tổ chức hợp kim thông dụng thường dung dịch rắn, có độ bền cao độ dẻo dai tốt so với kim loại nguyên chất Khi có thêm pha trung gian, độ cứng, độ bền hợp kim tăng thêm, độ dẻo, dai giảm Dựa qui luật đó, người ta pha chế thành phần để hợp kim có tính thích hợp với điều kiện làm việc 1.2.2.2 ưu việt hợp kim - Độ bền cao, độ cứng, giới hạn bền, giới hạn chảy giới hạn đàn hồi cao hẳn độ dẻo, độ dai đủ cao - Tính cơng nghệ: phù hợp phương pháp đúc, gia công cắt, rèn, cán - Luyện hợp kim đơn giản phải khử tạp chất Chương 2: Vật liệu kim loại 2.1 Hợp kim sắt cacbon Fe.C 2.1.1 Giản đồ trạng thái hợp kim Fe.C a Khái niệm Khơng có quy luật chung để xác định tương tác nguyên tổ trạng thái rắn Đối với cặp nguyên tố quy luật tương tác chúng biết thực nghiệm ghi lại nhờ giản đồ trạng thái b Công dụng giản đồ trạng thái - Từ giản đồ trạng thái xác định nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ chuyển biến pha hệ nung nóng làm nguội, từ mà xác định chế độ: đúc, cán, rèn, nhiệt luyện… - Biết trạng thái pha: pha nào, thành phần, tỷ lệ pha hợp kim hệ Do mà suy đốn đặc tính công dụng c Giản đồ trạng thái Fe_C (Fe _ Fe3C) Nói giản đồ trạng thái Fe_C song khảo sát phần(phần giàu Fe) với lượng Cacbon đến 6,67%(tương ứng với hợp chất Fe3C) – tức hệ Fe - Fe3C (Hình 9) Ngồi cịn có giản đồ Fe – grafit hệ cân ổn định nhất, song thực tế khó đạt tới nên giản đồ Fe _ Fe3C coi cân ổn định Giản đồ trạng thái Fe_C * Các điểm giản đồ A: Điểm nóng chảy sắt nguyên chất C: Điểm tinh * Các đường đặc biệt D: Điểm nóng chảy hợp chất Fe3C S: Điểm tích ABCD: Đường lỏng AHJECF: Đường đặc ECF: Đường tinh PSK: Đường tích CF: Đường tinh ES: Giới hạn hoà tan Feγ * Các tổ chức pha giản đồ + Tổ chức pha - Ferit(F, Feα, α) Là dung dịch rắn xen kẽ Cacbon Feα, có mạng lập phương thể tâm giản đồ trạng thái nằm vùng GPQ Độ hoà tan Cacbon Feα nhỏ, 727 0C 0,02%, 00 C 0,006% Bởi coi Ferit sắt nguyên chất Ferit pha dẻo dai - Austenit(A, γ) Là dung dịch rắn xen kẽ Cacbon Feγ, có dạng lập phương diện tâm Độ hoà tan Cacbon Fe 1147 0C 2,14% 7270C 0,8% Austenit pha dẻo dai song tồn nhiệt độ lớn 7270C Tổ chức Austenit hạt sáng đa cạnh có song tinh (thỉnh thoảng có hai đường song song cắt ngang hạt) Rất quan sát tổ chức nhiệt độ cao Chỉ lượng Mn Ni lớn làm Austenit tồn nhiệt độ thường - Xementit( Xe, Fe3C) Là pha xen kẽ có kiểu mạng phức tạp với 6,67%C Xe cứng (khoảng 800 HB) dòn Xêmentit phân thành ba loại: Xêmentit thứ (XeI )chỉ tạo thành %C > 4,3% Xêmentit thứ hai (XeII) tạo thành từ dung dịch rắn Austenit theo đường ES khoảng nhiệt độ từ 11470 đến 7270C, độ hoà tan Cacbon Fe giảm từ 2,14% đến 0,8% XeII tạo thành %C > 0,8% XeII thường có dạng mạng lưới bao quanh hạt Peclit làm giảm mạnh độ dẻo, độ dai Xêmentit thứ ba (XeIII) tạo thành từ dung dịch rắn Peclit theo đường PQ, nhiệt độ < 7270C, Khi độ hoà tan Cacbon Peclit giảm từ 0,02đến 0,006% XeIII tạo thành với lượng nhỏ nên bỏ qua + Tổ chức pha - Peclit(P, α+Xe) Là hỗn hợp học tích Perit Xêmentit (F +Xe) Khi thành phần hoá học Austenit 0,8%C xảy chuyển biến tích 7270C: Fe(C)0,8 [F +Xe] Austenit Peclit Gồm Peclit Peclit hạt Peclit tổ chức có Xêmentit dạng Khi quan sát tổ chức tế vi thấy vạch Xêmentit tối Peclit sáng - Peclit hạt tổ chức có Xêmentit dạng hạt - Lêđêburit(Lê, P+Xe, γ+Xe) Là hỗn hợp học tinh Austenit Xêmentít Khi thành phần Cacbon hợp kim lỏng 4,3%C 1147 0C xẩy chuyển biến tinh: L4,3 → (γ + Xe) Tiếp tục làm nguội hợp kim xuống 727 0C có phản ứng tích γ chuyển thành Péclít Bởi t0 < 7270C: Le → (P + Xe) Phân tích đến Lêđêburít hỗn hợp Perit Xêmentít Trong Xêmentít nhiều nên Lêđêburít cứng dòn : Le → (F + XeI) + XeII 2.1.2 Thép cacbon a Khái niệm - Thép cacbon (thép thường) dùng phổ biến đời sống kỹ thuật, chiếm tỷ lệ lớn tổng sản lượng thép (80 -90%) - Thép hợp kim Fe – C với lượng C < 2,14% có đặc tính cán nóng Trong thực tế thép không hợp kim Fe-C mà chứa nhiều nguyên tố khác với hàm lượng định mà thép có: Mn ≤ 0,8%, Si ≤ 0,4%, P,S≤ 0,05% Chúng gọi tạp chất khơng phải cố ý đưa vào Trong số tạp chất có số có lợi (Mn, Si) số có hại(P, S) Ngồi P, S ngun tố có hại thép cịn chứa ngun tố Hyđrơ, oxy, nitơ chúng hồ tan vào thép lỏng từ khí lị luyện, chúng đặc biệt có hại làm thép không đồng tổ chức (gây tập chung ứng suất) giòn b Tiêu chuẩn loại thép cácbon a Thép kết cấu * Thép xây dựng ( thép cacbon chất lượng thường) Thực chất loại thép xây dựng cung cấp dạng bán thành phẩm cán nóng ( tấm, thanh, ống dây, thép hình) Chủ yếu dùng xây dựng, phần dùng chế tạo chi tiết quan trọng khí Trong nhóm có phân nhóm - Phân nhóm A: Là loại quy định bảo đảm tính ( độ bền, độ dẻo) mà khơng quy định thành phần hố học Tiêu chuẩn Liên Xơ quy định phân nhóm ký hiệu chữ CT với số thứ tự 0,1,2 ( Số lớn độ bền cao, độ dẻo thấp) TCVN quy định phân nhóm ký hiệu chữ CT với số giới hạn bền kéo ( σ bk: KG/mm2) với mác CT 31; CT 33; CT 34; CT 38; CT 42; CT 51; CT 61 - Phân nhóm B: Là loại quy định, bảo đảm thành phần hố học mà khơng quy định tính Ký hiệu giống phân nhóm A trước có chữ Б ký hiệu Liên Xô, chữ B ký hiệu Việt Nam - Phân nhóm C: Là loại quy định, bảo đảm tính phân nhóm A, thành phần hố học phân nhóm B, ký hiệu giống phân nhóm thứ trước có chữ B ký hiệu Liên Xơ, chữ C ký hiệu Việt Nam BCT đến BCT ( Liên Xô) CCT 31 đến CCT61 * Thép chế tạo (thép cácbon chất lượng tốt) Loại cung cấp dạng bán thành phẩm Nó quy quy định tính lẫn thành phần hoá học dùng để chế tạo chi tiết máy vì: Các chi tiết máy địi hỏi chất lượng cao hơn, phải chứa P,S (P, S < 0,04%) Do có tính bảo đảm nên dễ dàng tính tốn sức bền Do có thành phần cácbon xác định nên dễ dàng xác định chế độ gia cơng nóng: rèn, dập, nhiệt luyện chế tạo chi tiết máy Ký hiệu: TCVN: Nhóm thép ký hiệu chữ C số Xx số hàm lượng cacbon trung bình tính theo phần vạn Ví dụ: C8, C10, C15, C20 C85 Liên Xơ: Khác với TCVN khơng có chữ C mà có hệ thống số xx, hàm lượng cacbon trung bình tính theo phần vạn Ví dụ: 08, 10, 20, 25 85 b Thép bon dụng cụ Nhóm có thành phần bon cao từ (0,7 ÷ 1,3)% với chất lượng tốt chất lượng cao (sau ký hiệu thêm chữ A) với lượng P, S < 0,025% dùng để chế tạo loại dụng cụ cắt suất thấp, khuôn dập, dụng cụ đo TCVN qui định ký hiệu nhóm thép chữ CD (C- bon, D- dụng cụ) với số hàm lượng cacbon trung bình tính theo phần vạn Ví dụ: Việt Nam: CD70, CD80, CD130 Liên Xơ ký hiệu nhóm thép chữ Y với số hàm lượng cacbon trung bình tính theo phần nghìn Ví dụ: Liên Xơ: Y7, Y8, Y13 Tính chất: Độ cứng sau tối cao (62 ÷ 64)HRC tính chống mài mịn khác (lượng C lớn tính chống mài mịn lớn hơn) Tính cứng, nóng thấp Tính thấm tơi bé ( tơi thấu với chi tiết có chiều dày hay đường kính nhỏ 6mm) Cơng dụng: Dùng làm dụng cụ cắt với suất thấp dũa, đục, búa, mũi khoan, taro, bàn ren khuôn dập, dụng cụ đo 2.1.3 Gang a.Khái niệm * Gang vật liệu đúc dùng phổ biến để chế tạo chi tiết máy Nhìn chung có tính tổng hợp thép, song có đặc điểm quý cần tận dụng nhiệt độ nóng chảy thấp, dễ nấu luyện, tính đúc tốt dễ gia công cắt (trừ gang trắng) * Gang hợp kim Fe Cacbon dó thành phần C > 2,14% Song có khác chỗ có nguyên tố khác: Mn, Si, Mg với hàm lượng cao thấp khác b Các loại gang thường dùng Gang xám a Tổ chức tế vi: Gang xám loại gang mà mặt gẫy có màu xám (màu grafit tối) Tổ chức tế vi gang xám có hai phần rõ rệt grafit kim loại Trong gang xám, phần lớn hay toàn bon nằm dạng grafit hình phiến b Cơ tính - Độ bền thấp, giới hạn bên kéo σbk < 350 - 400(MPa), 1/2 thép thông dụng, 1/5 1/3 thép hợp kim - Độ dẻo, độ dai thấp : δ = 0,5%, ak < 100(KJ/m2) Lý tính: + Tấm grafit với bề mặt lớn, chia cắt kim loại (làm tính liên tục kim loại) + Các đầu nhọn grafit nơi để tập trung ứng suất Grafit khơng có hại mà có mặt có lợi + Grafit mềm giịn làm gang có độ cứng thấp, phoi dễ gẫy , dễ gia cơng cắt gọt + Grafit có tính bơi trơn tốt nên làm tăng tính chống mài mịn + Có khả giảm chấn động gang xám dùng làm đế, bệ máy + Có tác dụng làm giảm co ngót đúc c Ký hiệu + TCVN 1659 - 75 quy định mác gang xám GXxx-xx, số xx giới hạn bền kéo tối thiểu giới hạn bền uốn tối thiểu tính theo đơn vị KG/mm2 Ví dụ: GX15-32: σbktt=15(KG/mm2); σbutt=32(KG/mm2) + Nga ( OCT 1412-70) quy định mác gang xám Cчxx-xx, với hai số giới hạn bền kéo giới hạn bền uốn tối thiểu tính KG/mm2 (1KG/mm2 ≈ 10N/mm2; 1N/mm2 = MPa = 106Pa) Ví dụ: Cч15-32: σbktt=15(KG/mm2); σbutt=32(KG/mm2) d Cơng dụng + Đuara: Là hợp kim nhơm biến dạng điển hình sử dụng rộng rãi kỹ thuật Thành phần ngồi Al ngun tố hợp kim Cu (4%), Mg (1%) cịn có Mn Si, Fe Mg nâng cao hiệu nhiệt luyện hố bền (tơi + ram), Mn tăng tính chống ăn mịn Do đặc tính độ bền cao σb = 420 - 470 (N/mm2) (tương đương CT42), khối lượng riêng nhẹ nên đuara dùng rộng rãi lĩnh vực hàng không, công nghiệp dân dụng chế tạo máy Tuy nhiên đuara có tính chống ăn mịn khó hàn (AlCu4,5Mg0,5MnSi; AlCu4,5Mg1,5Mn0,5) - Hợp kim nhôm đúc Thường dùng hợp kim nhôm đúc sở hệ Al-Si (thường gọi Silumin) với hai loại + Silumin đơn giản: gồm nguyên tố Al Si (10 -13%) có tính đúc cao nên dùng để đúc định hình chi tiết phức tạp, tính thấp (kể sau biến tính) khơng có khả hố bền nhiệt luyện (AlSi13) + Silumin phức tạp có tính đúc tốt song với tính cao có thêm nguyên tố Cu, Mg có tác dụng tốt nhiệt luyện hố bền tơi + hố già, σb = 200 - 250(N/mm2); δ =1 ÷6% Các Silumin phức tạp có thành phần nguyên tố thay đổi rộng Si: (4-30)%; Mg < 1%; Cu 45% độ bền giảm xuống Ký hiệu: Việt Nam ký hiệu chữ L ký hiệu Cu, Zn đến nguyên tố hợp kim với thành phần kèm theo Các số đứng sau ký hiệu nguyên tố hàm lượng trung bình theo % tương ứng VD: LCuZn40Pb2: Latơng chứa 40% Zn, 2% Pb cịn lại 58% Cu Latông ( đồng thau) đơn giản: hợp kim có hai nguyên tố Cu Zn Trong thực tế thường dùng hai loại Latông: Một pha α pha α + β - Latơng pha có 39% Zn có đặc tính có độ dẻo cao ( đồng), độ bền tương đối cao rẻ đồng Nó cán nguội thành bán thành phẩm làm chi tiết máy qua dập sâu Khi lượng Zn: (30 ÷ 32)% Latơng có độ dẻo cao Zn: 37% latơng có độ bền cao - Latơng pha có nhiều 39% Zn có độ bền, độ cứng cao độ dẻo thấp loại pha Loại thường cán nóng dạng tấm, băng, ống, dây để làm chi tiết dập yêu cầu cao - Latông phức tạp Là loại hợp kim Cu, Zn nguyên tố chủ yếu đưa vào nguyên tố đặc biệt để cải thiện số tính chất hợp kim, Pb, Al, Ni, Sn Cho Pb vào Latơng để làm tăng tính cắt gọt, Sn làm tăng tính chống ăn mịn nước biển Al Ni có tác dụng làm tăng tính (VD: LCuZn36AlNi2 có giới hạn bền cao tới 500N/mm2, δ = 42%) Ni khắc phục tượng nứt thoát kẽm, tăng khả chịu gia công áp lực La tông phức tạp dùng làm chi tiết không qua biến dạng công nghiệp đồng hồ, chi tiết ngành đóng tàu, chi tiết quang học, đồ dùng xác, đồ trang trí, dùng làm lót ổ vận tốc thấp Một số mác thường dùng: LCuZn29Sn1Pb3; LCuZn27Ni18, * Brông (đồng thanh) Là hợp kim đồng với nguyên tố kẽm, người ta phân biệt loại Brông khác theo nguyên tố hợp kim chủ yếu đưa vào Một số Brông thông dụng: Brông thiếc, Brông nhôm, Brông Berili Ký hiệu: TCVN qui định kí hiệu Brơng bắt đầu chữ B Cu đến nguyên tố hợp kim tạo Brơng Phần cuối ký hiệu nguyên tố hợp kim phụ Các số đứng sau ký hiệu nguyên tố hàm lượng trung bình theo % tương ứng - Brơng thiếc: Là hợp kim đồng với nguyên tố hợp kim chủ yếu thiếc Sn với lượng Sn < 16% + Là loại Brơng có lượng Sn 6% có tính biến dạng tính đúc tốt (nhiệt độ nóng chảy thấp, tính điền đầy khn cao, hệ số co ngót nhỏ) tính chống ăn mòn, khả chống mài mòn ma sát tốt, tính ổ truợt, làm tác phẩm nghệ thuật phù điêu, tượng đài, hoạ tiết trang trí Các mác BCuSn10P; BCuSn10Zn2 có xu hướng dùng Sn BCuSn5Pb5 - Brơng nhơm Là hợp kim đồng với nguyên tố hợp kim chủ yếu Al với lượng Al < 13% + Loại Brơng với lượng Al < 10% có tính tổng hợp tương đối cao, khả chống mài mòn, giới hạn mỏi tương đối lớn dùng rộng rãi, chế tạo ngưng tụ hơi, hệ thống trao đổi nhiệt, lò xo tải dòng, chi tiết máy bơm (BCuAl5; BCuAl7) + Loại Brông chứa lượng Al >10% thường hợp kim hố thêm Fe, Ni sau nhiệt luyện tơi ram đạt tính cao, khả chống ăn mòn mài mòn tốt, dùng để chế tạo chi tiết van, bơm bánh răng, gối đỡ, bạc lót (làm việc với áp suất lớn, vận tốc thấp) BCuAl9Fe4; BCuAl10Fe4Ni4 - Brơng chì Là hợp kim đồng với nguyên tố hợp kim chủ yếu chì Bằng biện pháp cơng nghệ thích hợp người ta tạo nên phân bố đồng phần tử chì mềm xen kẽ với pha đồng rắn Tổ chức thích hợp cho hợp kim ổ trượt (dùng vận tốc áp suất cao, tải trọng thay đổi) hợp kim đồng với 30% Pb trở lên thông dụng cho mục tiêu Khi làm việc cặp ma sát, chì mịn trước tạo rãnh chứa dầu bơi trơn thân chì trở nên chất bôi trơn tạo thành màng mỏng bao quanh ngõng trục BCuPb30 - Brông Berili (BCuBe2) Là hệ hợp kim đồng có tiêu độ bền, khả chống ăn mòn, chống mỏi, độ bền nóng, đặc biệt giới hạn đàn hồi cao Brông Berili thường chứa khoảng 2% Be sau nhiệt luyện (tốt, hoá già) dùng làm chi tiết quan trọng cần dẫn điện cao, chịu nhiệt, không phát tia lửa điện va đập lò xo, màng đàn hồi 2.3.3 Niken hợp kim niken 2.3.4 Kẽm hợp kim kẽm Chương 3: Vật liệu phi kim loại 3.1 Gỗ 3.1.1 Khái niệm gỗ Gỗ dạng tồn vật chất có cấu tạo chủ yếu từ thành phần như: xenluloza (40-50%), hemixenluloza (15-25%),lignin (15-30%) số chất khác Nó khai thác chủ yếu từ lồi thân gỗ 3.1.2 Tính chất lí gỗ a Tính chất học Gỗ có cấu tạo khơng đẳng hướng nên tính chất học khơng theo phương khác Tính chất học gỗ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Độ ẩm, khối lượng thể tích, tỷ lệ phần trăm lớp gỗ sớm lớp gỗ muộn, tình trạng khuyết tật, v v b Tính chất vật lý: Mức độ hút nước phụ thuộc vào nhiệt độ độ ẩm tương đối khơng khí Vì độ ẩm khơng khí khơng cố định nên độ ẩm gỗ luôn thay đổi Độ ẩm mà gỗ nhận người ta giữ lâu dài khơng khí có độ ẩm tương đối nhiệt độ khơng đổi gọi độ ẩm cân Độ ẩm cân gỗ khơ phịng ÷ 12%, gỗ khơ khơng khí sau sấy lâu dài ngồi khơng khí 15 ÷ 18% Vì tiêu tính chất gỗ (khối lượng thể tích, cường độ) thay đổi theo độ ẩm (trong giới hạn lượng nước hấp phụ), để so sánh người ta thường chuyển độ ẩm tiêu chuẩn (18%) Khối lượng riêng loại gỗ thường giá trị trung bình 1,54 g/cm3 Khối lượng thể tích gỗ phụ thuộc vào độ rỗng (độ rỗng gỗ kim: 46 ÷81%, gỗ rộng: 32480%) độ ẩm Người ta chuyển khối lượng thể tích gỗ độ ẩm (W) khối lượng thể tích độ ẩm tiêu chuẩn (18%) theo công thức: W 18 γ=γ [ + 0,01(1- K0) (18 - W)] Trong đó: - - Khối lượng thể tích gỗ có độ ẩm W độ ẩm 18% 18 γ W γ - K0 - Hệ số co thể tích Dựa vào khối lượng thể tích, gỗ chia năm loại: Gỗ nhẹ (γ0 900 kg/m3 ) Những loại gỗ nặng gỗ nghiến (γ0 = 1100 kg/m3 ), gỗ sến (γ0=1080kg/m3 ) Những loại gỗ nhẹ như: Gỗ sung, gỗ muồng trắng Độ co ngót gỗ độ giảm chiều dài thể tích sấy khơ Nước mao quản bay không làm cho gỗ co Co xảy gỗ nước hấp phụ Khi chiều dày vỏ tế bào giảm mixen xích lại gần làm cho kích thước gỗ giảm 3.1.3 Biện pháp bảo quản gỗ a Phòng chống nấm trùng b Phịng chống hà c Phơi sấy gỗ Ứng dụng gỗ chế tạo khí 3.2 Chất dẻo 3.2.1 Khái niệm chất dẻo vật liệu nhân tạo, nhận sở polime hữu Chất dẻo nung nóng mềm ra, dẻo, có lực ép chúng tạo thành hình dáng định giữ ngun hình dạng lúc nguội 3.2.2 Tính chất lí nhiệt chất dẻo − Chất dẻo có đặc điểm bật mật độ thấp − Có tính dẫn nhiệt thấp − Có hệ số giãn nở nhỏ − Cách nhiệt tốt − Trong suốt quang học − Không bị ăn mịn có tính ổn định hóa học cao − Tính ma sát tính chống ma sát tốt − Độ bền học số chất dẻo tương đương với thép − Có tính cơng nghệ tốt − Nhược điểm chủ yếu chất dẻo lả tính ổn định nhiệt khơng cao 3.2.3 Phạm vi ứng dụng số loại chất dẻo 3.3 Sơn Cao su 3.3.1 Khái niệm phân loại 3.3.2 Tính chất phạm vi ứng dụng 3.4 Vật liệu Compozit Amiăng 3.4.1 Khái niệm tính chất chung a Compozit (polymer composites) loại vật liệu cấu tạo hay nhiều cấu tử (thành phần) Trong đó, loại cấu tử thứ hay nhiều polyme thông thường Loại cấu tử thứ hai chất phụ gia (chất độn) vật liệu sợi, bột chất vơ Cịn có thêm thành phần thứ ba chất liên kết, có tác dụng làm tăng độ kết dính chất độn (cốt sợi) nhựa ( người ta cho thêm bột màu để làm nên màu đặc trưng Composite mà khơng làm thay đổi tính chất học nó) Polyme compozit có tính chất hoá, lý khác nhiều so với vật liệu thành phần riêng rẽ Chất độn dùng Polyme composite Cốt sợi sợi tự nhiên (sợi đay, sợi gai, sợi lanh, xơ dừa, xơ tre, ), sợi nhân tạo (sợi thuỷ tinh, sợi vải, sợi polyamit ) Tùy theo yêu cầu sử dụng mà người ta chế tạo sợi thành nhiều dạng khác nhau: Sợi ngắn, sợi dài, sợi rối, sợi Việc trộn thêm loại cốt sợi vào hỗn hợp có tác dụng làm tăng độ bền học độ bền hoá học vật liệu PC như: khả chịu va đập; độ giãn nở cao; khả cách âm tốt; tính chịu ma sát mài mòn; độ nén, độ uốn dẻo độ kéo đứt cao; khả chịu môi trường ăn mịn như: muối, kiềm, axít Những khả chứng tỏ tính ưu việt hệ thống vật liệu PC so với loại polyme thông thường Và tính ưu việt mà hệ thống vật liệu PC sử dụng rộng rãi sản suất đời sống Nhìn chung, vật liệu composite gồm hay nhiều pha gián đoạn phân bố pha liên tục (pha loại vật liệu thành phần nằm cấu trúc vật liệu composite) Pha liên tục gọi vật liệu (matrix), thường làm nhiệm vụ liên kết pha gián đoạn lại Pha gián đoạn gọi cốt hay vật liệu tăng cường (reinforcement) trộn vào pha làm tăng tính, tính kết dính, chống mịn, chống xước b.Amiang Amiăng nhóm sợi khống thiên nhiên , lấy từ quạng mỏ , có chứa can xi , silicat, Mage 3.4.2 Phân loại - Thành phần cốt ( SỢI) Sợi loại vật liệu có chiều kích thước (gọi chiều dài) lớn nhiều so với hai chiều kích thước khơng gian cịn lại Theo hai chiều chúng phân bố gián đoạn vật liệu composite, cịn theo chiều dài chúng dạng liên tục hay gián đoạn Ta thường thấy loại vật liệu cốt sợi gắn liền với từ composite tên gọi Các sản phẩm composite dân dụng thường chế tạo từ loại vật liệu composite cốt sợi, nhựa chủ yếu Nhóm sợi khống chất: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi gốm; nhóm sợi tổng hợp ổn định nhiệt: sợi Kermel, sợi Nomex, sợi Kynol, sợi Apyeil Các nhóm sợi khác phổ biến hơn: sợi gốc thực vật (gỗ, xenlulô): giấy, sợi đay, sợi gai, sợi dứa, sơ dừa, sợi gốc khoáng chất: sợi Amiăng, sợi Silic, ; sợi nhựa tổng hợp: sợi polyeste (tergal, dacron, térylène, ), sợi polyamit, sợi kim loại: thép, đồng, nhôm, - Sợi thủy tinh Sợi thủy tinh, kéo từ loại thủy tinh kéo sợi (thủy tinh dệt), có đường kính nhỏ vài chục micro mét Khi sợi nhược điểm thủy tinh khối, như: giịn, dễ nứt gẫy, mà trở nên có nhiều ưu điểm học Thành phần thủy tinh dệt chứa thêm khống chất như: silic, nhơm, magiê, tạo loại sợi thủy tinh khác như: sợi thủy tinh E (dẫn điện tốt), sợi thủy tinh D (cách điện tốt), sợi thủy tinh A (hàm lượng kiềm cao), sợi thủy tinh C (độ bền hóa cao), sợi thủy tinh R sợi thủy tinh S (độ bền học cao) Loại thủy tinh E loại phổ biến, loại khác thường (chiếm 1%) sử dụng ứng dụng riêng biệt - Sợi hữu Các loại sợi hữu phổ biến: Sợi kevlar cấu tạo từ hợp chất hữu cao phân tử aramit, gia công phương pháp tổng hợp nhiệt độ thấp (-10 °C), kéo thành sợi dung dịch, cuối sử lý nhiệt để tăng mô đun đàn hồi Sợi kevlar tất sợi làm từ aramit khác như: Twaron, Technora, có giá thành thấp sợi thủy tinh tính lại thấp hơn: loại sợi aramit thường có độ bền nén, uốn thấp dễ biến dạng cắt lớp - Sợi Carbon Sợi carbon sợi graphit (than chì), có cấu trúc tinh thể bề mặt, tạo thành lớp liên kết với nhau, cách khoảng 3,35 A° Các nguyên tử cacbon liên kết với nhau, mặt phẳng, thành mạng tinh thể hình lục lăng, với khoảng cách nguyên tử lớp 1,42 A° Sợi carbon có tính tương đối cao, có loại gần tương đương với sợi thủy tinh, lại có khả chịu nhiệt cực tốt - Sợi Bor Sợi Bor hay Bore (ký hiệu hóa học B), dạng sợi gốm thu nhờ phương pháp kết tủa Sản phẩm thương mại loại sợi dạng: dây sợi dài gồm nhiều sợi nhỏ song song, băng tẩm thấm dùng để quấn ống, vải đồng phương - Sợi Cacbua Silic Sợi Cacbua Silic (cơng thức hóa học là: SiC) loại sợi gốm thu nhờ kết tủa - Sợi kim loại 3.4.3 Công dụng a Composit: Vỏ động tên lửa Vỏ tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ Bình chịu áp lực cao Ống dẫn xăng dầu composite cao cấp lớp (Sử dụng công nghệ ướt Nga tiêu chuẩn sản xuất ống dẫn xăng, dầu) Ống dẫn nước sạch, nước thơ, nước nguồn composite (hay cịn gọi ống nhựa cốt sợi thủy tinh) Ống dẫn nước thải, dẫn hóa chất composite Ống thủy nơng, ống dẫn nước nguồn qua vùng nước ngậm mặn, nhiễm phèn Vỏ bọc loại bồn bể, thùng chứa hàng, mặt bàn ghế, trang trí nội thất, panell composite Hệ thống ống thoát rác nhà cao tầng Hệ thống sứ cách điện, sứ polymer, sứ silicon, sứ epoxy loại sứ chuỗi, sứ đỡ, sứ cầu giao, sứ thiết bị điện, chống sét, cầu chì Lốp xe tơ, xe máy, xe đạp Vỏ tầu thuyền composite (vỏ lãi) Thùng rác cơng cộng Mơ hình đồ chơi trẻ em b Sợi Amiang dùng làm đệm cách nhiệt , giấy Amiang dùng làm đệm cách nhiệt , cách điện , làm vật liệu ống lót , nồi làm việc nhiệt độ cao , ép làm cấu hãm máy , ngồi vải Amiang cịn dùng làm găng tay , quần áo chịu nhiệt thợ lị , lính cứu hỏa 3.5.Vật liệu bơi trơn 3.5.1 Khái niệm công dụng a Dầu: chất bôi trơn chế tạo từ dầu mỏ, có màu tùy theo cách pha chế Dầu nặng xăng dầu diesel, nhẹ nước Dầu truyền động dùng để bôi trơn cho xe, hộp số, hộp giảm tốc, động cơ, hộp tay lái Tùy theo điều kiện sử dụng, thời tiết loại xe, máy, độ nhớt dầu truyền động thường từ 10 đến 35 cst 1000C Dầu truyền động cho ơtơ có ký hiệu tùy theo quốc gia Thường ký hiệu cho biết độ nhớt, sử dụng cho mùa đông hay mùa hè,… b Mỡ Mỡ chất bôi trơn thể đặc quánh dùng thay cho dầu Làm nhiệm vụ bôi trơn bề mặt chi tiết máy dùng dầu khơng thích hợp Mỡ chịu nước, mỡ chịu nhiệt, mỡ chịu nóng chịu lạnh tốt, mỡ bảo quản.chủ yếu để bảo quản chi tiết máy q trình vận chuyển, dùng để bơi trơ phận khó dầu , cáp cầu trục phận lâu cần kiểm tra bôi trơn 3.5.2 Dầu công nghiệp * Khái niệm: Là loại dầu dùng để bôi trơn cho động hệ thống máy móc Dầu nhờn hỗn hợp bao gồm dầu gốc phụ gia, hay người ta thường gọi dầu nhờn thương phẩm Phụ gia thêm vào với mục đích giúp cho dầu nhờn thương phẩm có tính chất phù hợp với tiêu đề mà dầu gốc khơng có * Cơng dụng: Dầu truyền động dùng để bôi trơn cho xe, hộp số, hộp giảm tốc, động cơ, hộp tay lái 3.5.3 Mỡ bảo quản * Khái niệm: Mỡ chất bôi trơn thể đặc quánh dùng thay cho dầu Làm nhiệm vụ bôi trơn bề mặt chi tiết máy dùng dầu khơng thích hợp * Công dụng: Dầu truyền động dùng để bôi trơn cho xe, hộp số, hộp giảm tốc, động cơ, hộp tay lái Chương 4: Các phương pháp hố bền kim loại 4.1 Mục đích ngun lý chung hố bền 4.1.1 Mục đích Bề mặt chi tiết máy dụng cụ thường làm kim loại Vì chúng dễ bị ăn mịn mài mòn Việc ăn mòn mài mòn làm cho chi tiết làm tăng độ ma sát, giảm tính dẫn nhiệt, giảm tính dẫn điện làm tính thẩm mỹ Vì với chi tiết quan trọng người ta thường có cách bảo vệ bề mặt 4.1.2 Ngun lí chung hố bền kim loại 4.2 Hợp kim hóa 4.3 Nhiệt luyện 4.3.1 Thực chất - đặc điểm tác dụng nhiệt luyện Nhiệt luyện cơng nghệ nung nóng kim loại, hợp kim đến nhiệt độ định, giữ nhiệt thời gian thích hợp sau làm nguội với tốc độ thích hợp để làm thay đổi tổ chức, làm biến đổi tính theo phương hướng chọn trước - Khác với đúc, hàn: khơng nung nóng đến trạng thái lỏng, trạng thái rắn - Khác với cắt gọt, biến dạng dẻo: hình dạng kích thước khơng thay đổi, thay đổi khơng đáng kể Kết nhiệt luyện đánh giá biến đổi tổ chức tế vi, khơng kiểm tra bề ngồi mắt thường 4.3.2 Phân loại dạng nhiệt luyện 4.3.3 Các phương pháp nhiệt luyện thông dụng Giản đồ có đường cong chữ “C”, chữ C (bên trái) biểu thị bắt đầu chữ C thứ biểu thị bắt đầu kết thúc chuyển biến γ thành hỗn hợp (F+Xe) Vì sách kỹ thuật người Nga gọi giản đồ chữ C ( hay giản đồ T_T_T) Các sản phẩm phân hoá đẳng nhiệt γ nguội Trên giản đồ có khu vực rõ rệt: + 727˚C khu vực tồn Austenit ổn định + Bên trái chữ C đầu tiên: Austenit nguội + Giữa đường cong chữ C: Austenit chuyển biến (tồn pha: γ, F Xe) + Bên phải chữ C thứ 2: sản phẩm phân hoá đẳng nhiệt γ nguội (F+Xe) với mức độ nhỏ mịn khác + Dưới đường Ms: Mactenxit + Austenit dư Đây giản đồ quan trọng nhiệt luyện, sử dụng nhiều để xác định tổ chức sau nhiệt luyện Bây xét xem làm nguội đẳng nhiệt với mức độ nguội khác phân hoá thành hỗn hợp với đặc điểm 700˚C: 100s -1000s) Peclit (tấm) với độ cứng thấp (10 – 15)HRC - Khi giữ γ nguội sát A1(trên 700˚C), sau thời gian dài ( gần 100s) bắt đầu phân hố, (sau khoảng 1000s) kết thúc chuyển biến Hỗn hợp (F+Xe) tạo thành thô to gọi Peclit (tấm) với độ cứng thấp (10 – 15)HRC 650˚C: 33s -100s Xoocbit với độ cứng cao (25 – 35)HRC - Khi giữ γ nguội nhiệt độ thấp hơn(trên 650˚C) Nó bắt đầu kết thúc sau thời gian ngắn rõ rệt (sau khoảng 33s bắt đầu chuyển biến, khoảng 100s kết thúc chuyển biến) Hỗn hợp (F+Xe) tạo thành nhỏ mịn đến mức phân biệt chúng kính hiển vi quang học Tổ chức gọi Xoocbit (hay xoocbit tôi) với độ cứng cao (25 – 35)HRC 500 -600˚C: (0,5 – 0,8)s -8s) Trôxit (hay Trôxit tôi) với độ cứng cao 45HRC - Khi giữ γ nguội nhịêt độ thấp nữa, ứng với đỉnh lồi chữ C (khoảng 500 - 600˚C), chuyển biến nhanh, sau gần (0,5 – 0,8)s bắt đầu chuyển biến, sau khoảng 8s kết thúc chuyển biến Hỗn hợp (F+Xe) tạo thành nhỏ mịn Tổ chức gọi Trôxit (hay Trôxit tôi) với độ cứng cao 450- 250˚C: thời gian chuyển biến kéo dài ra, chế chuyển biến có thay đổi chút ít, tạo nên tổ chức gọi Bainit (50 – 55)HRC - Khi giữ γ nguội nhịêt độ thấp nữa, khoảng (450- 250)˚C, thời gian chuyển biến kéo dài ra, chế chuyển biến có thay đổi chút ít, tạo nên tổ chức gọi Bainit Có thể coi Bainit hỗn hợp F + Xe dạng nhỏ mịn với độ cứng cao khoảng (50 – 55)HRC b Chuyển biến γ làm nguội liên tục + Làm nguội chậm lò biểu thị vectơ V1, cắt đường cong chữ C sát A1, γ nguội nhiệt độ cao Peclit với độ cứng thấp + Làm nguội khí nén biểu thị vectơ V2, cắt đường cong chữ C phần nhánh trên, γ phân hố thành Xoocbit + Làm nguội khí nén biểu thị vectơ V3, cắt đường cong chữ C phần lồi, γ phân hố thành Trơxit + Làm nguội dầu biểu thị vectơ V4, cắt phần lồi đường cong chữ C bên trái, γ nguội chuyển biến phần thành Trơxit phần cịn lại chuyển biến thành Mactenxit + Làm nguội nước biểu thị vectơ V5, khơng cắt đường cong chữ C nào, tức γ không chuyển biến thành hỗn hợp F + Xe , phần lớn γ chuyển biến thành Mactenxit.t a Ủ thép a Định nghĩa mục đích - Định nghĩa Ủ thép phương pháp nung nóng thép đến nhiệt độ định, giữ nhiệt lâu làm nguội chậm lò để đạt tổ chức ổn định Peclit, với độ cứng thấp độ dẻo cao - Mục đích: mục đích + Giảm độ cứng (làm mềm) thép để dễ tiến hành gia công cắt + Làm tăng độ dẻo để dễ tiến hành biến dạng (dập, cán, kéo)nguội + Làm giảm hay làm ứng suất dư bên gây nên gia công cắt hàn, biến dạng dẻo + Làm đồng thành phần hố học vật đúc bị thiên tích + Làm nhỏ thép b.Các phương pháp ủ * Ủ khơng có chuyển biến pha - Ủ thấp ( ủ non): tiến hành nhiệt độ từ (200 – 600) oC với mục đích làm giảm hay khử bỏ ứng suất dư bên vật đúc hay sản phẩm qua gia cơng khí (cắt gọt, dập nguội) - Ủ kết tinh lại: Được tiến hành nhiệt độ từ (600 – 700) C, khác với ủ thấp, ủ kết tinh lại làm giảm độ cứng làm thay đổi kích thước hạt (ít áp dụng cho thép) biến dạng từ (2 – 8)% sau kết tinh lại có hạt lớn, thép bị giịn, thường áp dụng cho thép kỹ thuật điện để giảm tổn thất từ, cho kim loại, hợp kim hợp kim nhôm * Ủ có chuyển biến pha: Phương pháp ủ có nhiệt độ cao AC1, nên có xảy chuyển biến P thành γ nung nóng với hiệu ứng làm nhỏ hạt nên làm nguội chậm γ hạt nhỏ lại chuyển biến thành P với kích thước hạt nhỏ - Ủ hoàn toàn: + Phạm vi áp dụng: Dùng cho thép trước tích với hàm lượng C khoảng (0,3 – 0,65)% + Phương pháp: Nung nóng tới nhiệt độ: Ton = AC3 + (20-30)0C để thép trạng thái hoàn toàn γ + Mục đích: Làm nhỏ hạt Làm giảm độ cứng, tăng độ dẻo - Ủ khơng hồn tồn + Phạm vi áp dụng: Dùng cho thép dụng cụ có thành phần C cao (cùng tích, sau tích trước tích với hàm lượng C 0,7%) + Phương pháp: Nung nóng tới nhiệt độ: Ton = AC1 + (20-30)0C + Mục đích: Tạo thành tổ chức Peclit hạt khơng phải Peclit có độ cứng HB < 220 để dễ gia cơng cắt Thường hố a Định nghĩa: Thường hố phương pháp nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn γ, giữ nhiệt làm nguội chậm khơng khí tĩnh để γ phân hoá thành tổ chức gần ổn định: P phân tán hay Xoocbit với độ cứng tương đối thấp b Nhiệt độ: Toth = AC3 + (20 - 30)0C cho thép trước tích Toth = Acm + (20 - 30)0C cho thép sau tích c Mục đích: - Đạt độ cứng thích hợp để dễ gia công cắt cho thép Cacbon thấp(≤ 0,25%) Loại thép ủ hoàn toàn đạt độ cứng thấp (HB 0,8%C) - Nhiệt độ tơi lớn AC1 nên cịn gọi tơi khơng hồn tồn (γ + XeII) Tot = AC1 + (30 - 50)0C - Mọi thép có nhiệt độ tơi với tổ chức được: M + γdư + XeII Lý chọn nhiệt độ tơi: - Đối với thép tích, tơi khơng hồn tồn ngồi M cịn F (γ + α làm nguội M + α) pha mềm ảnh hưởng xấu đến độ bền, độ cứng tính chống mài mịn - Đối với thép sau tích, tơi hồn tồn tổ chức hồn tồn γ nồng độ C cao nên làm nguội nhiều γ dư, làm giảm độ cứng thép + Ở nhiệt độ cao dễ gây hạt lớn, C, ơxy hố giịn sau tơi + Tơi khơng hồn tồn tổ chức gồm (M + Xe II + γ dư) mà XeII có độ cứng gần M lại cịn làm tăng tính chống mài mịn Vì thép tích sau tích sau tơi có độ cứng gần (62- 65) HRC song tính chống mài mịn tăng theo hàm lượng C (tăng XeII) * Các phương pháp tơi: Theo phương pháp làm nguội có phương pháp tơi sau: - Tơi mơi trường: Nung nóng thép đến nhiệt độ tôi, giữ nhiệt nhúng vào môi trường lỏng để làm nguội đến nhiệt độ thường Môi trường lỏng dùng làm nguội nước, dầu, nước muối, sút phương pháp đơn giản nguội nhanh thép dễ sinh biến dạng nứt - Tơi mơi trường: Nung nóng thép đến nhiệt độ tôi, giữ nhiệt nhúng thép vào hai môi trường làm nguội, môi trường thứ nguội nhanh, môi trường thứ hai nguội chậm Thép làm nguội môi trường thứ đến nhiệt độ (300 ÷ 400)0C chuyển sang mơi trường thứ để làm nguội đến nhiệt độ thường Ưu điểm: gẫy, biến dạng nứt khó xác định nhiệt độ chuyển môi trường làm nguội Thường áp dụng cho thép bon cao - Tôi phân cấp: Giống môi trường khác môi trường làm nguội thứ muối nóng chảy có nhiệt độ khoảng (300 ÷ 400)0C sau làm nguội mơi trường thứ ( thường khơng khí) * Ram thép: Ram thép q trình nung nóng thép nhiệt độ thấp A để làm giảm ứng suất bên trong, giảm độ cứng tăng độ dẻo thép tới mức cần thiết để bảo đảm chi tiết làm việc tốt theo yêu cầu Ram công việc bắt buộc làm sau Phụ thuộc vào tính chất yêu cầu người ta chia làm loại: - Ram thấp: Tiến hành nhiệt độ (150 ÷ 250)0C Tổ chức đạt mactenxit ram Mục đích giảm phần ứng suất bên mà khơng làm giảm hay giảm độ cứng áp dụng cho dụng cụ cắt cho trường hợp cần độ cứng tính chống mài mịn cao - Ram trung bình: Tiến hành nhiệt độ cao (300 ÷ 450)0C Mục đích làm ứng suất bên trong, làm thép có giới hạn bền, giới hạn đàn hồi cao chịu tải trọng va đập tốt Thường áp dụng cho loại lò xo, nhíp - Ram cao: Tiến hành nhiệt độ (500 ÷ 650)0C Mục đích bảo đảm giới hạn bền, giới hạn đàn hồi độ cứng thép Áp dụng cho chi tiết chịu tải trọng cao thay đổi, đặc biệt chịu va đập biên, bulông biên động cơ, trục trước ôtô, trục truyền, bánh 4.4 Hố nhiệt luyện 4.4.1 Mục đích chất q trình hóa nhiệt luyện * Hố nhiệt luyện phương pháp làm thay đổi thành phần hố học tổ chức lớp bề mặt chi tiết cách thấm hay nhiều nguyên tố cho vào để làm thay đổi tính chất lớp theo ý muốn * Hố nhiệt luyện nhằm mục đích: - Nâng cao độ cứng, tính chống mài mịn độ bền mỏi chi tiết với hiệu cao bề mặt - Nâng cao tính chống ăn mịn điện hố hố học ( chống Ơxi hố nhiệt độ cao) 4.4.2 Các phương pháp hố nhiệt luyện thơng dụng Thấm bon a Định nghĩa mục đích: Thấm cácbon q trình làm bão hồ cácbon bề mặt chi tiết làm thép cácbon thấp ( 0,1 ÷ 0,25)%C với mục đích sau tơi ram thép, bề mặt có độ cứng cao ( > 60HRC) lõi giữ độ dẻo tính chịu va đập tốt b Các thể thấm cácbon: - Thấm cácbon thể rắn: Hỗn hợp thấm cácbon thể đặc gồm chủ yếu than gỗ có kích thước (5 ÷ 15) mm với tỷ lệ (80 ÷ 90)% lượng nhỏ muối ( NaCo 3, BaC03) có tác dụng xúc tác Hỗn hợp trộn đều, cho vào hộp với chi tiết, đậy kín đem nung lên đến nhiệt độ thấm Trong hộp thấm chi tiết xếp cách (10 ÷ 15) mm cách hộp (15 ÷ 20) mm Nhiệt độ thấm cácbon khoảng (880 ÷ 950) 0C ( để khả hoà tan cácbon nhiều) Nhiệt độ cao, thời gian thấm nhanh nhiệt độ cao làm xấu tính thép Chiều dày lớp thấm quy định theo yêu cầu kỹ thuật Thời gian giữ nhiệt nhiệt độ thấm phụ thuộc vào chiều sâu lớp thấm nhiệt độ thấm Sau thấm tiến hành nhiệt luyện để đạt yêu cầu quy định Ưu, khuyết điểm: ưu điểm: thấm bon thể đặc đơn giản dễ thực Khuyết điểm: Thời gian dài, suất thấp, điều kiện làm việc xấu, khó khí hố hộp thấm mau hỏng - Thấm bon thể lỏng Đem chi tiết nung nóng hỗn hợp muối gồm (75÷85)% Na 2CO3, (5 ÷10)% NaCl (6 ÷10)% SiC nhiệt độ (840 ÷ 860)0C Trong SiC Na2CO3 chất lỏng làm cho hỗn hợp muối không bị sệt Ưu, khuyết điểm: Ưu điểm: Tốc độ thấm nhanh, thời gian ngắn Có thể tơi trực tiếp sau thấm, nung nóng đồng nên lớp thấm Khuyết điểm: Chỉ áp dụng cho chi tiết bé, điều kiện làm việc nặng - Thấm cácbon thể khí Cho chi tiết cần thấm vào lị kín cho luồng khí có chứa cacbuahydro CH 4, C2H6 ôxit cácbon (CO) qua Ở nhiệt độ cao khí bị phân tích sinh cácbon, nguyên tử cácbon khuếch tán vào thép Đây phương pháp thấm tiên tiến vì: Năng suất cao, thời gian thấm ngắn, chất lượng bề mặt thấm tốt, dễ khí hố tự động hoá, điều kiện lao động tốt Thấm Nitơ: a Định nghĩa mục đích Thấm Nitơ q trình làm bão hồ Nitơ lớp bề mặt chi tiết thép để tạo cho lớp màu có độ cứng tính chống mài mịn cao, khả chống ăn mịn khí Do nâng cao nhiều độ bền mỏi độ bền lâu chi tiết b Quá trình thấm: Quá trình thấm Nitơ dựa tạo thành Nitơ nguyên tử có tính hoạt cao phân hố Amơniac theo phản ứng 2NH3 3H2 + 2N sau Nitơ nguyên tử khuếch tán vào thép Nhiệt độ tốt cho trình thấm là: (500 ÷ 650)0C Thép để thấm Nitơ: Thường dùng thép hợp kim với nguyên tố Al, Cr, Mo nguyên tố tạo với Nitơ Nitrit cứng có tính bền nhiệt Trước thấm Nitơ thép tiến hành ram cao Thấm Nitơ áp dụng chủ yếu cho chi tiết cần độ cứng tính chống mài mòn cao, làm việc nhiệt độ tới (500 ÷600) 0C, song chịu tải không lớn số trục, bánh răng, sơ mi máy bay, dụng cụ cắt gọt, dụng cụ đo Thấm Nitơ áp dụng để nâng cao độ bền mỏi Thấm Xyanua a Định nghĩa mục đích Thấm Xyanua q trình làm bão hoà đồng thời cácbon Nitơ vào lớp bề mặt thép q trình thấm thường dùng muối có gốc CN muối Xyanua Thấm Xyanua làm cho bề mặt cứng lõi thấm cao dùng cho mục đích quan trọng b Thấm Xyanua - Thấm Xyanua thể lỏng: Là q trình thấm lị có chứa muối Xyanua ( NaCN, KCN ) nóng chảy phân làm loại + Thấm nhiệt độ thấp (550 ÷ 600) 0C Trong lị có muối Xyanua Thường dùng để thấm thép gió làm nâng cao độ cứng thời hạn sử dụng dao cắt + Thấm nhiệt độ cao (820 ÷ 850) 0C bể có chứa muối Xyanua với hàm lượng 30% 10% áp dụng cho thép cácbon thép hợp kim có lượng C thấp trung bình - Thấm Xyanua thể đặc: Tương tự thấm bon thể đặc khác: Chất thấm chứa muối Xyanua, Na 2CO3 than gỗ Nhược điểm chung hai phương pháp phải dùng muối Xyanua độc - Thấm Xyanua thể khí: Tiến hành giống thấm cácbon thể khí khác khí bơm vào có NH Đây phương pháp tiên tiến 4.5 Hoá bền học 4.5.1 Mục đích phân loại nguyên lý chung 4.5.2 Các phương pháp hố bền thơng dụng Chương 5: Xử lý bảo vệ bề mặt kim loại 5.1 Khái niệm, phân loại phá huỷ kim loại 5.1.1 Khái niêm phân loại ăn mòn kim loại a Khái niệm Sự ăn mịn kim loại q trình phá hủy kim loại hợp kim hình thức hóa học điện hóa học, tác dụng mơi trường xung quanh Sự ăn mòn kim loại diễn thường xuyên nhiều tượng khác nhau: sắt thép để lâu ngày không bảo vệ tốt sẻ bị gỉ, đồng để lâu khơng khí ẩm mơi trường có chất chua mặn tạo lên lớp gỉ đồng màu xanh b Phân loại Sự ăn mòn hóa học: kết tác dụng khơng khí, loại khí dung dịch lên bề mặt kim loại mà khơng sinh dịng điện Ơ nhiệt độ cao ăn mịn nhanh Sự ăn mịn điện hóa học: q trình ăn mịn kim loại có chất điện phân tham dự có dòng điện chạy qua 5.1.2 Khái niệm phân loại mài mòn Sự mài mòn kim loại làm cho tuổi thọ chi tiết giảm Khi bề mặt chi tiết tiếp xúc gây mài mòn 5.1.2 Khái niệm phân loại mài mòn 5.2 Khái niệm phương pháp xử lý bảo vệ bề mặt kim loại 5.2.1 Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn a Phủ kim loại: Để bảo vệ kim loại khỏi gỉ, từ lâu người ta áp dụng cách phủ lớp kim loại khác lên chi tiết Các kim loại phủ lên thường kim loại khơng bị ăn mịn bị ăn mịn, có tính chống gỉ cao Các phương pháp phủ lớp bề mặt là: phương pháp nóng chảy, phương pháp xi, mạ, phương pháp phun cán dính kim loại b Phương pháp nóng chảy Thường phương pháp áp dụng để phủ lớp kẽm, thiếc, chì lên chi tiết máy c Mạ kim loại: Ngịai mục đích để bảo vệ kim loại khỏi bị gỉ, mạ kim loại cịn có tác dụng làm đẹp, trang trí chi tiết máy Mạ kim loại cho phép ta khống chế chiều dày lớp kim loại mạ d.Phun lớp kim loại bảo vệ: Được thực cách phun đắp lên chi tiết lớp kim loại nóng chảy Phương pháp tiến hành với lớp kim loại bảo vệ nhôm, đồng, kẽm, … Phương pháp phun kim loại thường áp dụng cho chi tiết lớn, nặng, sử dụng phương pháp khác khó khăn Cán dính lớp kim loại bảo vệ, thường thực cho kim loại, cách cán dính vào kim loại lớp kim loại bảo vệ mỏng Các kim loại cán dính để bảo vệ alf đồng, nhôm, niken,… e.Phủ chất phi kim loại: Người ta thường áp dụng phương pháp sau: sơn, êmay, bôi dầu mỡ, phủ lớp chất dẻo bảo vệ lớp bề mặt khỏi bị oxy hóa Vd: chi tiết nhúng nhựa Sơn bề mặt: Sơn phương pháp công nghệ bảo vệ kim loại sử dụng rộng rãi Có loại sơn sơn dầu, sơn vẹcni sơn êmay Emay Emay tính chất hóa học lý học coi dạng silicat khơng hịa tan (như thủy tinh) Cũng thủy tinh, êmay có tính chịu ăn mịn cao mơi trường ăn mịn nước, muối, axít hữu cơ, loại khí nhiệt độ thay đổi Nhược điểm êmay lớp phủ giịn Phủ dầu mỡ bề mặt: Bơi dầu mỡ lên bề mặt biện pháp áp dụng để bảo quản kim loại, chủ yếu cho dụng cụ kim loại, thiết bị xếp kho để lâu ngày, trình chuyên chở Dầu mỡ khó làm nhiệm vụ chống gỉ trình chi tiết làm việc, nhiệt cọ xát làm lớp dầu mỡ bôi Trước bôi dầu mỡ chi tiết cần phải lâu chùi Phủ lớp chất dẻo, thường dùng cao su polyme phủ lên bề mặt kim loại chi tiết nghành hóa học để bảo vệ chống gỉ cho bề mặt thùng chứa vận chuyển axít Ngày việc phủ lớp chất dẻo bảo vệ bề mặt mà cịn tăng tính thẩm mỹ, việc nhúng nhựa cho chi tiết quạt, dụng cụ gia đình,… Phủ dầu mở bề mặt vừa chống gỉ vừa giảm má sát trình truyền động Bảo vệ kim loại lớp oxýt: Để bảo vệ kim loại, ta tạo lên bề mặt kim loại lớp bảo vệ dạng oxyt kim lọai phốt phát Phương pháp tạo lớp oxit kim loại thường áp dụng cho việc chống gỉ kim loại đen, nhôm, magiê hợp kim chúng áp dụng cho chi tiết làm việc môi trường khơng khí, phương pháp bảo vệ kim loại khác áp dụng 5.2.2 Các phương pháp bảo vệ bề mặt chống mài mịn Phương pháp tơi bề mặt biện pháp xử lý bề, biện pháp xử lý chống ăn mòn mà chống mài mòn nhằm để nâng cao tuổi thọ chi tiết trình làm việc Việc xử lý bề mặt cần kết hợp hai q trình chống ăn mịn mài mịn TỔ MÔN GIÁO VIÊN SOẠN Nguyễn Ngọc Thanh Nguyễn Thị Thu Hà