BÀI TIỂU LUẬN THÉP KẾT CẤU MÔN VẬT LIỆU KĨ THUÂT

BÀI THAM KHẢO DÀNH CHO SINH VIÊN CƠ KHÍ

Môn: Vật liệu cơ khí

Đề tài: Thép kết cấu

Giáo viên hướng dẫn:

Trường đại học công nghiệp thực phẩm TP.HCM



Khoa cơ khí

Vấn đề hôm nay chúng ta sẽ

tìm hiểu là :

Thép kết cấu

Thép kết cấu

Theo thành phần cacbon

Thép đàn hồi

(0,5 - 0,7%)

Thép ổ lăn thép dễ cắt

Thép kết cấu

I Khái niệm, đặc điểm của thép kết cấu :

 Khái niệm thép kết cấu : là loại

thép dùng chủ yếu trong chế tạo các chi tiết máy, chúng có chất

lượng cao và nhiều chủng loại

 Đặc điểm của thép kết cấu

Đặc điểm thép kết

cấu

về tính

chất

về thành phần cacbon

về nguyên

tố hợp kim

 Về nguyên tố hợp kim : cho thêm các nguyên tố hợp kim vào nhằm mục đích nâng cao độ thấm tôi và cơ tính nên hàm lượng nguyên tố hợp kim không cao

thường chỉ từ 1 ÷ 3%.

II Phân loại thép kết cấu theo đăc điểm nhiệt luyện chung :

Kí hiệu thép kết cấu

Theo TCVN 1766-75 quy định cách kí hiệu thép kết cấu như sau:

Kí hiệu : CXX Trong đó :

+ C : Chỉ thép kết cấu

+ XX : Hàm lượng cacbon tính theo phần vạn

VD: Thép C45

C45

Có nghĩa là: Thép kết cấu có hàm lượng cacbon là 0,45%

a Thép thấm cacbon: có độ dẻo, dai cao,

bề mặt có độ cứng cao, chịu mài mòn

(bánh răng, chốt, xích, đĩa ma sát )

thấm cacbon

Nhóm thép rôm-mangan-titan

(môlipđen)

Nhóm thép crôm Nhóm thép cacbon

Nhóm thép crôm-niken

- Đặc điềm thành phần hóa học:

+Hàm lượng cacbon thấp nằm trong khoảng 0,10 ÷ 0,25%

+Thường bổ xung thêm các nguyên

tố tạo cacbit: Cr, Ni, Mn, Mo, V, Ti

- Đặc điểm cơ tính :

+ Độ cứng bề mặt: 59 ÷ 63 HRC + Độ cứng lõi : 30 ÷ 42 HRC

+ Độ bền kéo : 600 ÷ 1200 MPa + Độ dai va đập : 700 ÷ 1200 kJ/ ㎡

Bảng 6.8: Thành phần hóa học của một số mác thép thấm cacbon

< 0,25

< 0,25 0,70-1,00 0,70-1,00 0,80-1,10 0,45-0,75 0,60-0,90 1,25-1,65 1,35-1,65 1,00-1,30 1,00-1,30 1,00-1,30 0,90-1,20

< 0,25

< 0,25 - - - 1,00-1,40 2,75-3,15 3,25-3,65 4,00-4,40

- - -

-0,35-0,65 0,35-0,65 0,40-0,70 0,50-0,80 0,40-0,70 0,40-0,70 0,30-0,60 0,30-0,60 0,25-0,55 0,80-1,10 0,80-1,10 0,80-1,10 0,90-1,20

- - - 0,06-0,12V

- - 0,3-0,4Mo 0,03-0,09Ti 0,03-0,09Ti 0,03-0,09Ti 0,2-0,3Mo

-Nhóm thép cacbon: gồm các mác C10, C15, C20, C25 và đôi khi cả CT38

Thường được dùng làm các chi tiết

mỏng, hình dạng đơn giản, có yêu cầu

chống mài mòn ở bề mặt mà không yêu cầu cao về độ bền.

- Cơ tính sau khi thấm cacbon, tôi và

ram thấp của nhóm thép này: σb = 500 ÷ 600MPa, σ0,2 = 300 ÷ 400MPa, δ = 15 ÷ 20%, độ cứng bề mặt ≥ 60HRC

- Các chi tiết chống mài mòn ở bề mặt mà không yêu cầu cao về độ bền

Nhóm thép crôm: Gồm các mác 15Cr, 20Cr, 15CrV Chúng được làm các chi

tiết nhỏ có đường kính dưới 30mm yêu cầu chống mài mòn bề mặt cao, chịu tải trung bình.

- Cơ tính sau khi thấm cacbon, tôi và

ram thấp: σb = 700 ÷ 800MPa, σ0,2 =

500 ÷ 600MPa, δ = 10 ÷ 12%, độ cứng bề mặt ≥ 60HRC

- Đây là hình ảnh chốt piston và trục cam

ô tô

Nhóm thép crôm-niken : Gồm các mác 20CrNi, 12CrNi3A, 12Cr2Ni4A,

18Cr2Ni4WA, 18Cr2Ni4MoA.

- Cơ tính sau khi thấm cacbon, tôi và

ram thấp σb = 1000 ÷ 1200MPa, σ0,2 =

700 ÷ 950MPa, δ = 10 ÷ 12%, độ cứng bề mặt

> 60HRC

- Trục động cơ máy bay và tàu biển

Nhóm thép crôm-mangan-titan (hoặc

molipđen) bao gồm mác 18CrMnTi,

25CrMnTi, 30CrMnTi, 25CrMnMo.

- Sau khi thấm cacbon, tôi và ram thấp,

cơ tính của thép này như sau :σb = 1150

÷ 1500MPa, σ0,2 = 900 ÷ 1300MPa, δ = 9

÷ 11%

- Bánh răng cầu số và bánh răng trục sau

- Các nhóm thép hóa tốt :

+ Nhóm thép cacbon + Nhóm thép crôm + Nhóm thép crôm-mangan,crôm- mangan-silic

+ Nhóm thép crôm-niken hợp kim hóa thấp

+ Nhóm thép crôm-niken hợp kim hóa trung bình

Bảng 6.9 Trình bày thành phần hóa học của một số mác thép

hóa tốt

Mác thép

Thành phần các nguyên tố %

C Cr Mn Si Ni các nguyên tố khác C40

< 0,25

< 0,25 0,80-1,10 0,80-1,10 0,80-1,10 0,80-1,10 0,45-0,75 0,60-0,90 0,80-1,10 1,20-1,50

< 0.8

< 0.8

< 0.8

< 0.8 0.7-1.0 0.8-1.1

<0.8

< 0.8 0.7-1.0

< 0,3 3,0-3,4

0.002-0.005B

- - 0,15-0,25Mo 0,03-0,09Ti 0,002-0,005B 0,35-0,45Mo 0,1-0,2V

-Nhóm thép cacbon: gồm các mác C35, C40, C45, C50, trong đó thường dùng

tô nhỏ và trung bình, trục truyền, thanh truyền, bánh răng có tốc độ chậm,

- Một số hình ảnh về ứng dụng của thép cacbon

Nhóm thép crôm: Gồm mác 35Cr,

40Cr4, 45Cr, 50Cr, trong đó nhóm mác 40Cr được dùng phổ biến hơn cả.

- Sau khi luyện hóa tốt với phôi có

đường kính dưới 50mm, thép 40Cr có cơ tính: σb = 800 ÷ 950, σ0,2 = 650÷750, δ = 10%, ak = 600kJ/ ㎡

-Nhóm thép crôm được dùng làm các chi tiết làm việc trong điều kiện tốc

độ, áp lực riêng và tải trung bình như

trục, bánh răng, hộp số các máy cắt gọt.

- Sau đây là một số ví dụ về ứng dụng thép crôm

Nhóm thép

crôm-mangan,crôm-mangan-silic : gồm các mác 40CrMn,

40CrMnB, 30CrMnSi, 35CrMnSi.

- Được dùng nhiều trong chế tạo ôtô:

các trục, các kết cấu chịu lực, các chi tiết

bộ phận lái

Nhóm thép crôm-niken hợp kim hóa

thấp : gồm các mác 40CrNi, 45CrNi,

50CrNi, 40CrNiMo(cho thêm Mo để

tránh giòn ram) Do có Ni nên thép có độ dẻo dai hơn các nhóm thép trên, đồng

thời có độ thấm tôi cao

- Ở trạng thái hóa tốt với phôi có tiết

diện 25 mm, cơ tính thép 40CrNi đạt

được như sau: σb = 1000 MPa, σ0,2 =

800MPa, δ = 11%, ψ = 45%, ak = 70 0kJ/ ㎡

- Nhóm thép này dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng động lớn, yêu cầu độ

tin cậy cao như : Trục vít, hệ thống lái

ôtô, bánh răng, trục truyền chịu tải

cao

Nhóm thép crôm-niken hợp kim hóa

trung bình : Gồm các mác 38CrNi3MoA, 38CrNi3MoVA, 18Cr2Ni4MoA,

18Cr2Ni4WA Đây là nhóm thép hóa tốt nhất.

- Được dùng làm các chi tiết lớn, quan

trọng như trục rôto tuabin, các chi tiết

chịu tải của máy nén khí

Hình ảnh trục rôto tuabin

 Nhiệt luyện thép hóa tốt

Nhiệt luyện

thép hóa tốt

Nhiệt luyện kết thúc Nhiệt luyện sơ bộ

- Nhiệt luyện sơ bộ : để nâng cao tính

cắt gọt (cho gia công thô)

+ Với thép cacbon và crôm, sau khi biến dạng nóng được đem ủ hoàn toàn.

+ Với thép crôm-niken thấp có thể dùng cách thường hóa thay cho ủ.

+ Với thép crôm-niken cao (là loại thép mactenxit) phải thường hóa (thực chất là tôi) rồi ram cao.

- Gia công có thể tiến hành sau khi

luyện hóa tốt

- Nhiệt luyện kết thúc : Đó là ram và tôi

để nhận được tổ chức xoocbit ram, có độ dai va đập lớn nhất Với những chi tiết vừa chịu va đập vừa chịu mài mòn, sau khi nhiệt luyện hóa tốt còn phải qua tôi

bề mặt, thấm cacbon-nitơ hoặc thấm

nitơ để nâng cao độ cứng và tính chống mài mòn.

c Thép đàn hồi :

- Là loại thép có lượng cacbon tương đối cao (0,5 - 0,7%) sau khi tôi và ram trung bình nhận được tổ chức trôstit ram có

giới hạn đàn hồi cao, được dùng để chế tạo các chi tiết như lò so, nhíp

- Đặc điểm thành phần hóa học:

+ Hàm lượng cacbon không được quá cao cũng không được quá thấp,

lượng cacbon thích hợp là 0,50-0,70%,

thường dùng trong khoảng 0,55-0,65%.

+ Các nguyên tố hợp kim chủ yếu trong thép đàn hồi là Mn và Si với lượng chứa 1-2% Ngoài ra còn cho thêm các

nguyên tố Cr, Ni, V để nâng cao độ thấm tôi và ổn định tính đàn hồi.

- Nhiệt luyện thép đàn hồi

+ Để đạt giới hạn đàn hồi cao nhất Thép phải được nhiệt luyện để có tổ

chức trôstit ram bằng cách tôi và ram

trung bình.Với tổ chức này, tỷ lệ tăng lên gần tới 1 Ngoài ra, để tăng khả năng

chịu mỏi người ta còn tạo nên một lớp

ứng suất nén dư trên bề mặt bằng cách cán, phun bi, lăn ép,

0,5-0,8 0,8-1,2 0,6-0,9 0,8-1,0 0,5-0,8 0,5-0,8 0,5-0,8

0,17-0,37 0,17-0,37 1,50-2,00 1,30-1,80 0,17-0,37 1,40-1,80 1,40-1,80

< 0,25 - - - 0,8-1,1 0,7-1,0 -

- - - 0,1-0,2V

1,4-1,7Ni

- Dạng cung cấp của thép đàn hồi là tấm, lá, dây

d Thép kết cấu có công dụng riêng :

- Gồm 2 loại :

+ Thép dễ cắt + Thép ổ lăn

- Thép dễ cắt : Là loại thép chuyên dụng

để cắt gọt với năng suất cao trên các máy

tự động Thép có độ cứng vừa phải 250HB)

- Đặc điểm về thành phần hóa học : Để đảm bảo độ cứng vừa phải, lượng cacbon của thép không vượt quá 0,5% Để phôi

dễ gãy, thép phải chứa S và P cao hơn

giới hạn bình thường: S: 0,1 - 0,3%; P:

0,05 - 0,15%

+ Đồng thời lượng Mn cũng phải đủ cao

để giảm tác hại của S

+ Cũng do có nhiều P, S nên cơ tính của thép bị xấu đi: độ dẻo, dai giảm, đồng

thời độ bền mỏi và tính chống ăn mòn

xấu đi.

0,60-0,90 0,60-0,90 0,70-1,00 1,20-1,55

0,08-0,20 0,08-0,12 0,08-0,12 0,18-0,30

0,08-0,15 006 006 005

420-570 460-510 520-670 60-570

22 20 15 14

36 20 15 20

160 168 185 207

- Thép ổ lăn :

Gồm vòng ổ, bi (hoặc đũa) Khi làm việc

bề mặt chịu ứng suất tiếp xúc cao với số lượng chu kì ứng suất lớn Để đáp ứng

các nhu cầu đó, thép ổ lăn phải có độ bền mỏi tiếp súc và chống mài mòn cao, do

đó phải có độ cứng cao và độ bền đồng

nhất

+ Đặc điểm về thành phần hóa học và tổ chức tế vi : Để đảm bảo sau khi tôi có độ cứng cao và chống mài mòn tốt lượng

cacbon phải cao (khoảng 1%) Để tăng

độ thấm tôi và cơ tính đồng đều, thép

được hợp kim hóa bằng 0,6 - 1,5%Cr,

đôi khi cả Mn, Si, Mo Để đảm bảo

không có điểm mềm, lượng P và S phải thấp (< 0,020%S; < 0,027%P) và không

có rỗ xốp.

+ Thép ổ lăn được kí hiệu là OL với con

số chỉ lượng cacbon trung bình theo

phần vạn và lượng nguyên tố hợp kim

trung bình theo phần trăm

OL100Cr2 0,95-1,05 1,30-1,65 0,2-0,4 0,17-0.37

OL100Cr2SiMn 0,95-1,05 1,30-1,65 0,9-1,2 0,40-0,65

- Trục cá nguội ,tarô, bàn ren, các chi tiết vòi phun cao áp,dụng cụ đo

Cảm ơn thầy và các bạn

đã lắng nghe