Đánh gia và lựa chọn vật liệu cho công nghiệpTiểu luận Vật Liệu Học

3.3 Chọn nhóm và đặc tính của vật liệu làm bulông, đai ốc, ốc vít...11 3.3.1 Thép...11 3.3.2 Hợp kim màu: Đồng thanh Trong thực tế sử dụng vật liệu, đặc biệt là vật liệu kim loại, khôn

1.2-Tổ chức tế vi 03

II GANG XÁM 03

 Khái niệm 03

3.3 Chọn nhóm và đặc tính của vật liệu làm bulông, đai ốc, ốc

vít 11

3.3.1

Thép 11 3.3.2 Hợp kim màu: Đồng thanh

Trong thực tế sử dụng vật liệu, đặc biệt là vật liệu kim loại, không thể lựa chọn một cách chung chung mà phải thật cụ thể theo các quy định nghiêm ngặt về các điều kiện kĩ thuật do các tiêu chuẩn tương ứng quy định

Trong ngành Vật Liêu thì có rất nhiều loại vật liêu và được phân theo nhóm:

Trong phạm vi bài tiểu luận này, tôi đã trình bày khái quát nội dung của :

 ‘Gang Xám’_Để mọi người có thể biết một cách sơ bộ về đặc điểm,

tính chất và phạm vi ứng dụng của loại vật liệu này

 Giới thiệu sơ bộ về Bulông, đai ốc, ốc vít_ Đặc điểm, cách chọn các

vật liệu phù hợp để làm ra nó

Sách được biên soạn dựa trên cơ sở tham khảo tài liệu Vật liệu học cơ sở

của Nghiêm Hùng, các tài liệu trên mạng Internet và hiểu biết thực tế của

bản thân

Do kinh nghiệm của người viết có hạn và cũng là lần đầu tiên trình bày tiểu

luận nên rất khó tránh khỏi những hạn chế

Rất mong bạn đọc thông cảm và mong sự đóng góp ý kiến của bạn đọc để

cho tôi được hoàn thiện kiến thức và kỹ năng của mình hơn

Chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 19/05/2013 Người thực hiện

Trần Đình

Linh

 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GANG

1.1-Khái niệm

Gang là một hợp kim của Fe và cácbon với hàm lượng cácbon lớn hơn

2,14% Trong thực tế gang luôn có một ít các nguyên tố như Mn, Si, P, S

Các loại gang thông dụng thường chứa : 2÷1,5%C; 0,4÷3,5%Si;

0,2÷1,5%Mn; 0,04÷0,65%P; 0,02÷ 0,15%S

1.2-Tổ chức tế vi:

a-Gang trắng : là loại gang có tổ chức tế vi tương ứng với giản đồ pha

Fe-C, toàn bộ cácbon của nó nằm dưới dạng liên kết với Fe trong tổ chức

xêmentít Mặt gãy của nó có màu trắng đó là màu của xêmentít Gang

trắng hầu như không sử dụng trong sản xuất cơ khí,chủ yếu dùng để luyện

thép

b-Các loại gang xám có graphit: là loại gang mà phần lớn hay toàn bộ

cácbon của chúng nằm dưới dạng tự do graphit nên mặt gãy của nó có

màu xám (màu của graphit ) Tùy thuộc hình dáng của graphit của graphit

người ta chia ra làm các loại gang: gang xám, gang dẻo, gang cầu.Tổ chức

graphit phân bố trên nền kim loại pherit, pherit-peclit, peclit Các loại

gang có graphit được sử dụng rộng rãi trong cơ khí

 GANG XÁM

 Khái niệm

- Gang xám là loại gang mà phần lớn hay toàn bộ cácbon tồn tại dưới dạng tựdo graphit Graphit của nó tồn tại ở dạng tấm, phiến, chuỗi Mặt gãy của nó có màu xám đó là màu của graphit tự do và ferit Đây là loại gang phổ biến nhất và được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật, thông thường khi nói về gang người ta hiểu rằng đó là gang xám

- Trong quá trình đông đặc, do tốc độ tản nhiệt chậm trong khuôn đúc

bằng cát, dân đến lượng graphít hòa tan trong sắt lỏng có đủ thời gian để

giải phóng thành các phiến nhỏ, có hình thù tự do (thường là dạng tấm)

- Lượng cabon càng nhiều thì khả năng graphit hóa càng mạnh, nhiệt

độ nóng chảy thấp nên dễ đúc, cơ tính kém

-Xu hướng hiện nay là người ta sử dụng cácbon thấp để có độ bền cao

và lượng cacbon được khống chế vào khoảng 2.8 ÷ 3.5%

+Silic

- Silic là nguyên tố hợp kim quan trọng nhất trong gang xám, nó thúc đẩy sự tạo thành graphit trong gang.Silíc càng nhiều thì việc tạo thành graphit càng dễ dàng

- Hàm lượng khống chế vào khoảng 1.5 ÷ 3%

+ Mangan

- Là nguyên tố cản trở sự tạo thành graphit

- Nhưng có tác dụng nâng cao cơ tính của gang: tăng độ cứng, độ bền của gang (Nếu trong gang xám lượng Mn mà tăng lên thì Si cũng phải tăng lên tương ứng)

- Hàm lượng khống chế vào 0.5 ÷ 1.0%

+ Phốt pho

- Không ảnh hưởng gì tới việc tạo thành graphit

- Làm tăng độ chảy loãng

- Làm tăng tính chống mài mòn (tạo ra cùng tinh Fe + Fe3P và Fe +

Fe3P + Fe3C)

- Hàm lượng không chế 0.1 ÷ 0.2%, khi cần tính chống mài mòn cao

có thể đên 0.5%.Không sử dụng tỷ lệ cao hơn vì sẽ làm gang bị giòn

+ Lưu huỳnh

- Làm cản trở sự tạo thành graphit

- Làm xấu tính đúc, giảm độ chảy loãng

- Là nguyên tố có hại, vì thế khống chế 0.08 ÷ 0.12%

2.3 Đặc tính của gang xám

- Mặt gãy của gang có màu xám

- Dẫn nhiệt, dẫn điện kém hơn so với thép

-Gang xám có một giá thành rẻ và khá dễ nấu luyện, có nhiệt độ nóng chảy thấp (1350°C) và không đòi hỏi khắt khe về tạp chất Gang xám

có tính đúc tốt và khả năng tắt âm cao, do tổ chức xốp nên cũng là ưu

điểm cho các vật liệu cần bôi trơn có chứa dầu nhớt

-Tuy vậy, gang xám khá giòn, khả năng chống uốn kém, không thể rèn được Khi làm nguội nhanh trong khuôn, gang bị biến trắng rất khó gia công cơ khí

2.4 Tổ chức tế vi của gang xám

Tổ chức tế vi của gang xám được phân ra làm hai phần: nền kim loại (cơ bản) và graphit Tùy theo mức độ graphit hóa gang xám có ba loại:

 Gang xám pherit : Tổ chức của nó gồm nền kim loại là sắt nguyên chất

kỹ thuật (pherit) và graphit Loại này có độ bền thấp nhất

 Gang xám pherit-peclit : Gồm có nền kim loại là thép trước cùng tích

và graphit, lượng cacbon trong nền kim loại < 0.8%

 Gang xám peclit : Gồm có nền kim loại là thép trước cùng tích và

graphit, lượng cacbon trong nền kim loại là ≈ 0.8%, loại gang này có độ bền cao nhất

Hình 2: Tô chức tế vi của gang xám

-Độ cứng thấp: 150 ÷250 HB, phoi dễ gãy, cắt gọt tốt.

-Độ dẻo ( δ=0,5%), coi như không biến dạng dẻo được

-Độ dai thấp ak < 100kJ/m2

-Graphit có tính bôi trơn tốt, làm giảm ma sát, tăng tính chống mài mòn,

có tác dụng làm tắt rung dao động và dao động cộng hưởng

b.Các yếu tố ảnh hưởng tới cơ tính

+Nền kim loại

-Là yếu tố quyết định nhất đến cơ tính của gang xám, nếu nền kim loại càng bền thì gang xám có cơ tính cao

c Các biện pháp nâng cao cơ tính

Cải thiện tổ chức sẽ dẫn đến nâng cao cơ tính chủ yếu là giới hạn bền kéo

- Làm giảm lượng grafit tức giảm số lượng vết nứt, rỗng Muốn vậy trước hết phải làm giảm lượng cacbon (tổng) của gang (vì Ctổng = Ctự do + Clk) Để nấu chảy gang cacbon thấp (< 3%) do nhiệt độ chảy tăng phải dùng lò điện (thay cho lò đứng chạy than) hay pha thép vào gang

- Làm nhỏ mịn (làm ngắn) grafit, tức giảm kích thước vết nứt rỗng Muốn vậy phải biến tính gang lỏng bằng ferô mangan, ferô silic, ferô nhôm Grafit trong gang được chia thành tám cấp (theo ASTM) từ 1 đến 8, trong

đó chiều dài trung bình của cấp 8 là < 0,015mm, cấp 1 là > 1mm

- Tạo nền kim loại có độ bền cao hơn Có thể coi cơ tính của gang là sự kết hợp giữa cơ tính của nền kim loại và grafit, do đó nền có độ bền cao giúp gang có độ bền cao hơn và ngược lại

Như thấy ở bảng 1, lượng cacbon liên kết có ảnh hưởng tốt đến độ bền,

độ cứng.

Bảng 1: Cơ tính của các loại gang xám sau khi tạo nền:

Hình 3: Sự phân bố graphít trong gang xám đúc

 Graphít loại A : nghĩa là sự phân bố ngẫu nhiên của các tấm graphít cùng kích cỡ giống nhau Để đạt được cấu trúc graphít loại A thì mật độ mầm kết tinh trong gang lỏng phải nhiều, khi đó, quá trình nguội, các mầm này sẽ thúc đẩy sự phát triển graphít tương ứng với graphít tại điểm cùng tinh

 Hình dạng Graphít loại B : giống hoa hồng Tại trung tâm hoa hồng tập trung các tấm graphít khá mảnh, được hình thành do quá trình làm nguội nhanh

 Cấu trúc loại C : chỉ tồn tại sau cùng tinh Graphít phát triển dưới dạng

là những bọt xốp graphít, làm giảm cơ tính của gang và là nguyên nhân xuất hiện các vết rỗ trên bề mặt trong quá trình làm việc

 Loại D và loại E : cơ tính tốt hơn Cấu trúc graphít như trên hình là do quá trình nguội nhanh, mầm garphít hình thành không đủ Mặc dù, những

tấm graphít loại này có làm tăng cơ tính của gang, nhưng sự phân bố graphít dạng này cũng không được mong đợi bởi vì chúng ngăn sự hình thành của tổ chức péclít.

Như vậy sau khi đúc, gang xám tốt nhất là loại có grafit nhỏ mịn và nền kim loại peclit

Để làm tăng hơn nữa độ bền, độ cứng, gang xám được hợp kim hóa và tiến hành tôi + ram :

- Hợp kim hóa cơ học có tác dụng chủ yếu là hóa bền nền kim loại (tạo peclit phân tán nhỏ mịn dạng xoocbit), nâng cao độ cứng, tính chống mài mòn, tính chịu nhiệt và hiệu quả đối với nhiệt luyện

+Phương pháp hợp kim hóa cơ học (HKHCH):

 Hợp kim hóa cơ học là quá trình nghiền bi trong đó hỗn hợp bột dưới tác động năng lượng cơ học từ va chạm của bi-bi, bi-tang nghiền

 Quá trình thường được thực hiện trong môi trường khí trơ HKHCH là

kỹ thuật thay thế cho quá trình sản xuất bột kim loại và gốm ở trạng thái rắn

 Có 2 quá trình quan trọng nhất trong quá trình HKHCH là quá trình lặp lại của hàn và phá hủy hạt bột Quá trình hợp kim hóa chỉ có thể xảy

ra nếu có sự cân bằng giữa tốc độ hàn và tốc độ phá hủy, và kích thước hạt trung bình đượcduy trìở trạng thái tương đối thô

 Các hợp kim với sự kết hợp khác nhau về nguyên tố đã được tổng hợp thành công nhờ tính duy nhất của quá trình có thể tổng hợp vật liệu mới

từ đáy của giản đồ pha

- Tôi + ram: Khi tôi + ram, grafit là pha ổn định nên không có biến đổi gì

về tỷ lệ, hình dạng, kích thước và sự phân bố Khi nung nóng (ở cao hơn

850oC) để tôi, nền kim loại chuyển biến như thép đứng riêng rẽ: ferit thành Feγ, ferit – peclit thành austenit ít cacbon, peclit thành austenit với 0,6 - 0,8%C, khi làm nguội nhanh austenit chuyển biến thành mactenxit (với độ cứng cao khác nhau) + grafit tấm và tùy thuộc vào nhiệt độ ram

có mactenxit ram hay trôxtit ram hay xoocbit ram + grafit tấm

2.6 Kí hiệu và công dụng

a Kí hiệu

Các nước đều đánh số các mác gang theo giới hạn bền kéo tối thiểu theo kG/mm2 (xx) hoặc MPa (xxx), riêng Mỹ theo ksi (xxx) TCVN 1659-75 quy định ký hiệu các mác gang là GX xx-xx, trong đó hai nhóm số lần lượt chỉ giới hạn bền kéo và giới hạn bền uốn tối thiểu tính theo kG/mm2

giống như ΓOCT 1412-70 là CЧxx-xx Nhưng theo ΓOCT 1412-85 các mác gang xám gồm có: CЧ10, CЧ15, CЧ20, CЧ25, CЧ30 và CЧ35 (chỉ

ký hiệu giới hạn bền)

- Ở Hoa Kỳ thường dùng hai tiêu chuẩn SAE và ASTM Tiêu chuẩn SAE J431 có các mác: G1800, G2500, G3000, G3500, G4000, trong đó số chỉ giới hạn bền tối thiểu tính theo đơn vị 10psi, ví dụ G3000 có σb ≥

30000psi hay 30ksi Tiêu chuẩn ASTM có các class: 20, 25, 30, 35, 40,

45, 50, 55, 60 chỉ giới hạn bền theo đơn vị ksi

- JIS có các mác gang xám sau: FC100, FC150, FC200, FC250, FC300, FC350, trong đó số chỉ giới hạn bền tối thiểu tinh theo đơn vị MPa

b Công dụng của gang xám

- Các mác gang có độ bền thấp, σb ≤ 150MPa, với nền ferit + grafit tấm thô như: CЧ10, CЧ15 được dùng làm các vỏ, nắp không chịu lực (chỉ để che chắn)

Các mác gang có độ bền trung bình, σb = 150 200MPa, với nền ferit peclit tấm tương đối thô như CЧ 20, CЧ25 được dùng làm các chi tiết chịu tải trọng nhẹ, ít chịu mài mòn như vỏ hộp giảm tốc, thân máy, bích, cacte, ống nước

Các mác gang có độ bền tương đối cao, σb = 200 300MPa, với nền peclit + grafit tấm nhỏ mịn qua biến tính như CЧ25, CЧ30 được dùng làm các chi tiết chịu tải trọng tương đối cao như bánh răng (bị động, tốc độ chậm), bánh đà, sơmi, xecmăng, thân máy quan trọng

- Các mác gang có độ bền cao, σb ≥ 300MPa, với nền peclit nhỏ mịn và grafit tấm rất nhỏ mịn qua biến tính cẩn thận như CЧ30, CЧ35 được dùng làm các chi tiết chịu tải cao, chịu mài mòn như bánh răng chữ V, trục chính, vỏ bơm thủy lực

2.7 Gang xám biến trắng.

- Trong sản xuất cơ khí hầu như không dùng gang trắng do quá cứng, không thể gia công cắt được, và giòn, song có sử dụng gang xám biến trắng (ở bề mặt) có tính chống mài mòn cao (với bề mặt có HB 400 -600), như để làm bi, trục nghiền, trục xay sát Muốn vậy khi đúc gang xám thay cho làm nguội thong thường người ta làm nguội nhanh những phần, bề mặt cần cứng (như đúc trong khuôn kim loại hay bằng cách đặt kim loại dẫn nhiệt nhanh trong phần khuôn cát tiếp giáp để tạo ra gang trắng)

- Đôi khi dù không mong muốn, khi đúc vẫn nhận được gang xám biến

trắng (do đúc trong khuôn kim loại, ly tâm, áp lực, ở các thành mỏng )

Để dễ gia công cắt phải đem ủ ở 700 – 750oC, xêmentit bị phân hóa thành ferit và grafit nhờ đó độ cứng giảm đi Nếu ủ ở 600 – 650oC chỉ có khả năng làm mất ứng suất bên trong do làm nguội không đều khi đúc gây ra

 VẬT LIỆU LÀM BU- LÔNG, ĐAI ỐC, ỐC VÍT.

3.1.Khái niệm, chức năng của bulông, đai ốc, vít.

Bulông, đai ốc và ốc vít là vật liêu: “Gắn Kết Mọi Thứ”

 Bulong là một mối ghép bằng ren

+ Ưu điểm của bulông, vít ốc

- Mối lắp ghép bằng bu lông có thể chịu được tải trọng kéo cũng như uốn rất tốt, nó lại có độ bền, độ ổn định lâu dài

- Cấu tạo đơn giản;

- Có thể cố định chi tiết máy ở bất kỳ vị trí nào nhờ khả năng tự hãm của ren

- Dễ tháo lắp, giá thành hạ (vì ren được tiêu chuẩn hoá và chế tạo bằng các phương pháp đạt năng suất cao)

Do có nhiều ưu điểm nên bu lông được sử dụng rộng rãi trong các máy móc, thiết bị công nghiệp, các công trình xây dựng, công trình giao thông, cầu cống ở khắp mọi nơi trên thế giới

+ Nhược điểm: Có sự tập trung ứng suất ở chân ren do dó làm giảm sức

bền mỏi của mối ghép

Hình 4: Hình ảnh mặt cắt ngang của bulông.

 Ốc vít hoặc bu lông là một loại dụng cụ gắn kết nhờ sự ma sát tạo bởi các vòng xoắn Thực tế, người ta ít phân biệt đinh ốc với bu lông Chiều xoắn của ốc có thể xác định qua quy tắc bàn tay phải, ngược lại quy tắc cái đinh ốc cũng tương đương với quy tắc bàn tay phải trong việc xác định chiều của cảm ứng từ cũng như chiều dòng điện

3.1.2 Đai ốc

- Đai ốc hay ê-cu (tiếng Pháp: écrou) là một chi tiết liên kết cơ khícó lỗ đã được tạoren Đai ốc luôn được dùng cùng bu lôngđể kẹp chặt hai hoặc nhiều chi tiết với nhau Hai bộ phận kết hợp với nhau bởima sát ren, sức căng vừa củabu lông, và sức nén của chi tiết

- Trong môi trường rung động hoặc xoay tròn có thể sử dụng đai

ốc chống xoay, dùng các chất dính, chốt an toàn hay các biện pháp khác để giữ chặt mối ghép

- Đai ốc thông dụng nhất là đai ốc 6 cạnh với các góc nhọn đã được làm tròn Các dạng đai ốc khác được dùng trong các trường hợp nhất định như đai ốc tai hồng (đai ốc cánh) được dùng khi điều chỉnh bằng ngón tay hay các đai ốc liên kết ở những nơi không có rãnh vặn đai ốc

Hình 5: Một số bulông, đai ốc, ốc vít trên thị trường

3.2 Những yêu cầu về đặc tính của vật liệu chọn làm bulông, đai ốc, ốc vít

- Bulông, ốc vít được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau Nhưng thực

sự thể hiện giá trị của chúng trong các môi trường mà tính ăn mòn được

quan tâm hàng đầu Thuộc tính kháng cự (chống oxy hóa), chúng có thể chịu đựng được điều kiện khắc nghiệt trong nhiều năm

 Bulông được dung để ghép các chi tiết máy, chiều dày không lớn lắm, làm bang vật liệu có độ bền thấp

 Độ dai va đập rất quan trọng đối với chi tiết chịu tải trọng va đập vì phải tăng tải một cách đột ngột nó đảm bảo khỏi phá hủy giòn

 Chịu ứng suất kéo ngang

 Xảy ra hiện tượng mòn và Oxy hóa chân răng

 Hiện tượng cong vênh khi rung động

 Biện pháp: chọn vật liệu, chọn điều kiện nhiệt luyện thích hợp.

3.3 Chọn nhóm và đặc tính của vật liệu để làm bulông, đai ốc, ốc vít 3.3.1 Thép

a Thép Cacbon.

 Có hàm lượng Các bon thấp và trung bình (C =<

b Thép Dụng Cụ

 Chế tạo: Dụng cụ cắt, thép làm khuôn dập nguội, làm khuôn dập nóng, thép làm dụng cụ đo

 Hàm lượng Các bon cao( C>0,7%)

 Có hàm lượng nguyên tố hợp kim cao

 Độ cung cao(>60HRC) , tính chống mài mòn cao, tinh cứng nóng(600- 6500C)

 Thời gian nung phôi dài, nhiệt độ nung cao lượng Các bon thoát ra nhiều