Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Vật liệu kỹ thuật Bài giảng Vật liệu kỹ thuật Bài giảng Vật liệu kỹ thuật Bài giảng Vật liệu kỹ thuật Bài giảng Vật liệu kỹ thuật Bài giảng Vật liệu kỹ thuật Bài giảng Vật liệu kỹ thuật Bài giảng Vật liệu kỹ thuật Bài giảng Vật liệu kỹ thuật Bài giảng Vật liệu kỹ thuật Bài giảng Vật liệu kỹ thuật Bài giảng Vật liệu kỹ thuật Bài giảng Vật liệu kỹ thuật Bài giảng Vật liệu kỹ thuật Bài giảng Vật liệu kỹ thuật
LỜI MỞ ĐẦU Trong lịch sử phát triển xã hội loài người sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau, với tính sử dụng chúng ngày cao Đầu tiên thời kỳ đồ đá, sau tiến đến thời đại đồ đồng, đồ sắt.v v Cho đến ngày loạt loại vật liệu như: composit, ceramit, pôlyme v.v Các loại vật liệu (đặc biệt kim loại & hợp kim, với loại vật liệu mới) góp phần thúc đẩy phát triển xã hộ loài người cách nhanh chóng Ngày lĩnh vực công nghiệp, quốc phòng, đời sống đòi hỏi vật liệu sử dụng cần phải có nhiều tính chất khác Ví dụ: cần có tính dẫn điện rẩt cao để dùng ngành điện lực, lúc lại yêu cầu có độ cứng lớn để làm loại dụng cụ cắt gọt kim loại, lại cần có độ bền lớn để làm cấu kiện xây dựng, phải có tính dẻo cao để cán, dập, kéo nguội, hay cần độ bền cao khối lượng riêng nhỏ để dùng công nghiệp hàng không Tất yêu cầu đáp ứng vật liệu kim loại loại vật liệu Môn vật liệu học trang bị cho sinh viên kiến thức loại vật liệu chính: tinh thể, hợp kim, bán dẫn ion, cộng hóa trị kiến thức xử lý nhiệt chúng Mục đích môn học giúp cho sinh viên hiểu rõ loại vật liệu khác dựa mối quan hệ cấu trúc (liên kết hóa học, kiểu mạng tinh thể) lý tính, thực hành thí nghiệm để xác định tính vật liệu biết lựa chọn vật liệu phù hợp đáp ứng nhu cầu sử dụng sau Khi nghiên cứu vật liệu dựa vào bốn cực sau : Kết cấu cấu trúc, tính chất, tổng hợp phương pháp gia công hiệu sử dụng Một sản phẩm gồm hàng chục loại vật liệu khác tạo nên Ví dụ ô tô RENAULT CLIO 1,2 RN Pháp cần mười loại vật liệu: 1- Thép 40,9% 2-Thép hình 10,9% 2-Gang 11,3% 4-Hợp kim nhôm 4,2% 5-Các kim loại màu khác 3,9% 6-Chất dẻo 10,2% 7-Chất dẻo đàn hồi 3,4% 8-Vật liệu hữu khác 3,4% 9-Thủy tinh 4,2% 10-Sơn 1,7% 11-Chất lỏng 5,9% Yêu cầu cán kỹ thuật, khả hiểu biết chuyên môn sâu ngành học, phải nắm tính chất loại vật liệu để từ sử dụng cách hợp lý nhằm nâng cao tuổi thọ máy móc, công trình, hạ giá thành sản phẩm Môn học kế thừa kiến thức nhiều lĩnh vực khác nhau: tinh thể học, lượng tử, vật lý tia rơn ghen, ăn mòn bảo vệ kim loại khối lượng kiến thức lớn có nhiều mặt Vì đòi hỏi người học phải nắm vững kiến thức vật liệu thực hành nghiêm túc thí nghiệm Khi nghiên cứu môn học phải nắm mối quan hệ thành phần hóa học, cấu trúc tính chất vật liệu Bất kỳ thay đổi thành phần hóa học cấu trúc dẫn tới biến đổi tính chất vật liệu MỤC LỤC TỔNG QUAN 15 1.1 KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU 15 1.1.1 Khái niệm chung 15 1.1.2 Phân loại vật liệu 15 1.1.2.1 Vật liệu kim loại 15 1.1.2.2 Vật liệu vô – ceramíc 16 1.1.2.3 Vật liệu hữu – polyme 16 1.1.2.4 Vật liệu kết hợp – compozit 16 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU 17 1.2.1 Giai đoạn tiền sử loài người 17 1.2.2 Giai đoạn chế tạo sử dụng vật liệu theo kinh nghiệm 18 1.2.3 Giai đoạn chế tạo sử dụng vật liêu theo kiến thức khoa học 18 1.3 Nội dung môn học 19 1.3 Nội dung môn học 20 CHƯƠNG 21CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ SỰ HÌNH THÀNH 21 1.1 Cấu tạo liên kết nguyên tử 21 1.1.2 Các dạng liên kết nguyên tử chất rắn 21 1.1.2.1 Liên kết đồng hóa trị 21 1.1.2.2 Liên kết ion 21 1.1.2.3 Liên kết kim loại (hình 1.3) 22 1.1.2.4 Liên kết hỗn hợp 22 1.1.2.5 Liên kết yếu (Van der Waals) 22 1.2 Sắp xếp nguyên tử vật chất 22 1.2.1 Chất khí 22 1.2.2 Chất rắn tinh thể 22 1.2.3 Chất lỏng, chất rắn vô định hình vi tinh thể 22 1.2.3.1 Chất lỏng 23 1.2.3.2 Chất rắn vô định hình 23 1.2.3.3 Chất rắn vi tinh thể 23 1.3 Khái niệm mạng tinh thể 23 1.3.1 Tính đối xứng 23 1.3.2 Ô sở - ký hiệu phương, mặt tinh thể 24 1.3.2.1 Ô sở 24 1.3.2.2 Nút mạng 24 1.3.2.3 Chỉ số phương 24 1.3.2.4 Chỉ số Miller mặt tinh thể 25 1.3.2.5 Chỉ số Miller - Bravàis hệ lục giác 25 1.3.3 Mật độ nguyên tử 26 1.3.3.1 Mật độ xếp 26 http://www.ebook.edu.vn 1.3.3.2 Số phối trí (số xếp): 26 1.3.3.3 Lỗ hổng 26 1.4 Cấu trúc tinh thể điển hình chất rắn 26 1.4.1 Chất rắn có liên kết kim loại (kim loại nguyên chất) 26 1.4.1.1 Lập phương tâm khối A2 26 1.4.1.2 Lập phương tâm mặt A1 27 1.4.1.3 Lục giác xếp chặt A3 28 1.4.2 Chất rắn có liên kết đồng hóa trị 28 1.4.2.1 Kim cương A4 28 1.4.2.2 Mạng grafit 29 1.4.2.3 Cấu trúc sợi cacbon fullerene 29 1.4.2.4 Cấu trúc SiO2 29 1.4.3 Chất rắn có liên kết ion 30 1.4.4 Cấu trúc polyme 30 1.4.5 Dạng thù hình 30 1.5 Sai lệch mạng tinh thể 30 1.5.1 Sai lệch điểm 31 1.5.1.1 Nút trống nguyên tử tự xen kẽ (Hình 1.17a) 31 1.5.1.2 Nguyên tử tạp chất 31 1.5.2 Sai lệch đường - Lệch 31 1.5.2.1 Lệch biên (edge dislocation hay dislocation line) (hình 1.18a) 31 1.5.2.3 Lệch xoắn (screw dislocation) (hình 1.19a) 32 1.5.2.4 Đặc trưng hình thái lệch 32 1.5.3 Sai lệch mặt 32 1.6 Đơn tinh thể đa tinh thể 33 1.6.1 Đơn tinh thể 33 1.6.2 Đa tinh thể 33 1.6.2.1 Hạt 33 1.6.2.2 Độ hạt 33 1.6.2.3 Siêu hạt 34 1.6.3 Textua 35 1.7 Sự kết tinh hình thành tổ chức kim loại 35 1.7.1 Điều kiện xảy kết tinh 35 1.7.1.1 Cấu trúc trạng thái lỏng 35 1.7.1.2 Biến đổi lượng kết tinh 35 1.7.1.3 Độ nguội 35 1.7.2 Hai trình kết tinh 36 1.7.2.1 Tạo mầm 36 1.7.2.2 Phát triển mầm 36 1.7.3 Sự hình thành hạt 36 1.7.3.1 Tiến trình kết tinh 36 1.7.3.2 Hình dạng hạt 37 http://www.ebook.edu.vn 1.7.4 Các phương pháp tạo hạt nhỏ đúc 37 1.7.4.1 Nguyên lý 37 1.7.4.2 Các phương pháp làm hạt nhỏ đúc 37 1.7.5 Cấu tạo tinh thể thỏi đúc 38 1.7.5.1 Ba vùng tinh thể thỏi đúc 38 1.7.5.2 Các khuyết tật vật đúc 38 CHỮƠNG BIẾN DẠNG DẺO VÀ CƠ TÍNH 41 2.1 Biến dạng dẻo phá hủy 41 2.1.1 Khái niệm 41 2.1.2 Trượt đơn tinh thể 42 2.1.2.1 Các mặt phương trượt 42 2.1.2.2 Ứng suất gây trượt 42 2.1.2.3 Tính dễ trượt, chế trượt 43 2.1.3 Trượt đa tinh thể: 43 2.1.3.1 Các đặc điểm 43 2.1.3.2 Tổ chức tính chất kim loại sau biến dạng dẻo 44 2.1.4 Phá hủy 44 2.1.4.1 Tải trọng tĩnh 45 2.1.4.2 Trong điều kiện tải trọng thay đổi theo chu kỳ 46 2.2 Các đặc trưng tính thông thường ý nghĩa 46 2.2.1 Độ bền (tĩnh) 47 2.2.1.1 Các tiêu 47 2.2.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng 47 2.2.1.3 Các biện pháp hóa bền vật liệu 47 2.2.2 Độ dẻo: Độ dẻo khả biến dạng vật liệu tải trọng 47 2.2.2.1 Hai tiêu: 47 2.2.2.2 Tính siêu dẻo 47 2.2.3 Độ dai đập: 48 2.2.4 Độ dai phá hủy biến dạng phẳng (plane - strain fracture toughness), KIC 48 2.2.5 Độ cứng 50 2.2.5.1 Đặc điểm 50 2.2.5.2 Độ cứng Brinen HB: HB=F/S, F tải trọng, kg hay N, S diện tích hình chỏm cầu 50 2.2.5.3 Độ cứng Rô cvel HR (HRC, HRA, HRB) 50 2.2.5.4 Độ cứng Vicke HV 51 2.2.5.5 Chuyển đổi thang độ cứng 51 2.3 Nung kim loại qua biến dạng dẻo - Thải bền - Biến dạng nóng 51 2.3.1 Trạng thái kim loại qua biến dạng dẻo 51 2.3.2 Các giai đoạn chuyển biến nung nóng 51 2.3.2.1 Hồi phục 51 2.3.2.2 Kết tinh lại (kết tinh lại lần thứ nhất) 51 2.3.2.3 Kết tinh lại lần thứ hai 52 http://www.ebook.edu.vn 2.3.3 Biến dạng nóng 52 2.3.3.1 Khái niệm 52 2.3.3.2 Các trình xảy 52 2.3.3.3 Các đặc điểm 52 2.4 Ăn mòn bảo vệ kim loại: 53 2.4.1 Phân loại: Theo chế xảy ăn mòn: 53 2.4.2 Cơ chế trình ăn mòn kim loại: 53 2.4.2.1 Cơ chế điện hóa trình ăn mòn kim loại 53 2.4.2.2 Cơ chế ăn mòn hoá học kim loại 54 2.4.3.Tốc độ ăn mòn 54 2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn 55 2.4.4.1 Ảnh hưởng chất kim loại 55 2.4.4.2 Ảnh hưởng `môi trường 55 2.4.4.3 Ảnh hưởng cấu trúc tính chất hợp kim: 55 2.4.4.4 Ảnh hưởng công nghệ vật liệu 55 2.4.5 Chống ăn mòn kim loại 55 PHẦN II HỢP KIM VÀ BIẾN ĐỔI TỔ CHỨC 57 CHỮƠNG HỢP KIM VÀ GIẢN ĐỒ PHA 57 3.1 CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA HỢP KIM 57 3.1.1 Khái niệm hợp kim 57 3.1.1.1 Định nghĩa 57 3.1.1.2 Ưu việt hợp kim so với kim loại 57 3.1.1.3 Một số khái niệm 57 3.1.1.4 Phân loại tương tác 57 3.1.2 DUNG DỊCH RẮN 58 3.1.2.1 Khái niệm - phân loại 58 3.1.2.2 Dung dịch rắn thay 58 3.1.2.3 Dung dịch rắn xen kẽ 58 3.1.2.4 Các đặc tính dung dịch rắn 59 3.1.3 Pha trung gian 59 3.1.3.1 Bản chất phân loại 59 3.1.3.2 Pha xen kẽ 59 3.1.3.3 Pha điện tử (Hum - Rothery) 60 3.1.3.4 Pha Laves 60 3.2 GIẢN ĐỒ PHA CỦA HỆ HAI CẤU TỬ 60 3.2.1 Quy tắc pha ứng dụng 60 3.2.2 Quy tắc đòn bẩy 61 3.2.3 Giản đồ loại I 61 3.2.4 Giản đồ loại II 62 3.2.5 Giản đồ loại III 62 3.2.6 Giản đồ loại IV 63 http://www.ebook.edu.vn 3.2.7 Các giản đồ pha với phản ứng khác 63 3.2.8 Quan hệ dạng giản đồ pha tính chất hợp kim 64 3.2.8.1 Tính chất pha thành phần 64 3.2.8 Tính chất hỗn hợp pha: 64 3.3 GIẢN ĐỒ PHA Fe – C (Fe - Fe3C) 65 3.3.1 Tương tác Fe C 65 3.3.1.1 Sự hòa tan C vào Fe 65 3.3.1.2 Tương tác hóa học Fe C 65 3.3.2 Giản đồ pha Fe - Fe3C tổ chức 65 3.3.2.1 Giản đồ pha Fe - Fe3C 65 3.3.2.2 Các chuyển biến làm nguội chậm 66 3.3.2.3 Các tổ chức pha 66 3.3.2.4 Các tổ chức hai pha 67 3.3.3 Phân loại 68 3.3.3 Khái niệm chung thép, gang 68 3.3.3.2 Các loại thép, gang theo giản đồ pha Fe - C 68 3.3.3.3 Các điểm tới hạn thép 69 CHỮƠNG NHIỆT LUYỆN THÉP 70 4.1 KHÁI NIỆM VỀ NHIỆT LUYỆN THÉP 70 4.1.1 Sơ lược nhiệt luyện thép 70 4.1.1.1 Định nghĩa: 70 4.1.1.2 Các yếu tố đặc trưng cho nhiệt luyện 70 4.1.1.3 Phân loại nhiệt luyện thép 70 4.1.2 Tác dụng nhiệt luyện sản xuất khí 70 4.1.2.1Tăng độ cứng, tính chống mài mòn độ bền thép: phát huy triệt để tiềm vật liệu: bền, cứng, dai…do giảm nhẹ kết cấu, tăng tuổi thọ, 70 4.1.2.2 Cải thiện tính công nghệ 70 4.1.2.3 Nhiệt luyện nhà máy khí 70 4.2 CÁC TỔ CHỨC ĐẠT ĐƯỢC KHI NUNG NÓNG VÀ LÀM NGUỘI THÉP 71 4.2.1 Các chuyển biến xảy nung nóng thép - Sự tạo thành austenit 71 4.2.1.1 Cơ sở xác định chuyển biến nung 71 4.2.1.2 Đặc điểm chuyển biến peclit thành austenit 71 4.2.2 Mục đích giữ nhiệt 72 4.2.3 Các chuyển biến làm nguội 72 4.2.3.1 Giản đồ chuyển biến đẳng nhiệt austenit nguội (giản đồ T-T-T) thép tích 72 4.2.3.2 Sự phân hóa γ làm nguội liên tục 73 4.2.3.3 Giản đồ T - T - T thép khác tích 73 4.2.4 Chuyển biến austenit làm nguội nhanh - Chuyển biến mactenxit (khi tôi) 74 4.2.4.1 Bản chất mactenxit 74 4.2.4.2 Các đặc điểm chuyển biến mactenxit 75 4.2.4.3 Cơ tính mactenxit 75 http://www.ebook.edu.vn 4.2.5 Chuyển biến nung nóng thép (khi ram) 75 4.2.5.1 Tính không ổn định mactenxit austenit 75 4.2.5.2 Các chuyển biến xảy ram 76 4.3 Ủ VÀ THƯỜNG HÓA THÉP 76 4.3.1 Ủ thép 76 4.3.1.1 Định nghĩa mục đích 76 4.3.1.2 Các phương pháp ủ chuyển biến pha 77 4.3.1.3 Các phương pháp ủ có chuyển biến pha 77 4.3.2 Thường hóa thép 77 4.3.2.1.Định nghĩa: 77 4.3.2.2 Mục đích lĩnh vực áp dụng: 78 4.4 TÔI THÉP 78 4.4.1 Định nghĩa mục đích 78 4.4.1.1 Định nghĩa: 78 4.4.1.2 Mục đích: 78 4.4.2 Chọn nhiệt độ thép 78 4.4.2.1 Đối với thép TCT (< 0,80%C): 78 4.4.2.2 Đối với thép CT SCT (≥ 0,80%C): → 78 4.4.2.3 Lý để chọn nhiệt độ tôi: 78 4.4.2.4 Đối với thép hợp kim: 79 4.4.3 Tốc độ tới hạn độ thấm 79 4.4.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ tới hạn: 79 4.4.3.2 Độ thấm 79 4.4.3.3 Đánh giá độ thấm tôi: 79 4.4.3.4 Tính thấm tính cứng: 80 4.4.4 Các phương pháp thể tích công dụng Các môi trường 80 4.4.4.1 Tôi môi trường 80 4.4.4.2 Tôi hai môi trường (nước qua dầu) Đường b hình 4.18 81 4.4.4.3 Tôi phân cấp: đường c hình 4.18 82 4.4.4.4 Tôi đẳng nhiệt: đường d hình 4.18 82 4.4.4.5 Gia công lạnh 82 4.4.4.6 Tôi tự ram 82 4.4.5 Cơ - nhiệt luyện thép 82 4.4.5.1 Bản chất: 82 4.4.5.2 Cơ - nhiệt luyện nhiệt độ cao: 82 4.4.5.3 Cơ – nhiệt luyện nhiệt độ thấp: 83 4.5.RAM THÉP 83 4.5.1 Mục đích định nghĩa 83 4.5.1.1 Trạng thái thép thành M: 83 4.5.1.2 Định nghĩa: 83 4.5.2 Các phương pháp ram thép cacbon 83 http://www.ebook.edu.vn 4.5.2.1 Ram thấp (150 ÷ 250oC): 83 4.5.2.2 Ram trung bình (300 ÷ 450oC): 84 4.5.2.3 Ram cao (500 ÷ 650oC): 84 4.5.2.4 Ram màu tự ram: 84 4.5.2.5 ảnh hưởng thời gian ram: 84 4.6 CÁC KHUYẾT TẬT XẢY RA KHI NHIỆT LUYỆN THÉP 84 4.6.1 Biến dạng nứt 84 4.6.1.1 Nguyên nhân tác hại: 84 4.6.1.2 Ngăn ngừa: 84 4.6.1.3 Khắc phục: 85 4.6.2 Ôxy hóa thoát cacbon 85 4.6.2.1 Nguyên nhân tác hại: 85 4.6.2.2 Ngăn ngừa: 85 4.6.2.3 Khắc phục: 85 4.6.3 Độ cứng không đạt: 85 4.6.3.1 Độ cứng cao: 85 4.6.3.2 Độ cứng thấp: 85 4.6.4 Tính giòn cao 85 4.6.5 Ảnh hưởng nhiệt độ tầm quan trọng kiểm nhiệt 85 4.6.5.1 Ảnh hưởng nhiệt độ: 85 4.6.5.2 Kiểm tra nhiệt độ nung: 85 4.7 HOÁ BỀN BỀ MẶT 86 4.7.1 Tôi bề mặt nhờ nung nóng cảm ứng điện (tôi cảm ứng) 86 4.7.1.1 Nguyên lý nung nóng bề mặt: (hình 4.21a) 86 4.7.1.2 Chọn tần số thiết bị: 86 4.7.1.3 Các phương pháp tôi: 86 4.7.1.4 Tổ chức tính thép cảm ứng: 86 4.7.1.5 Ưu việt: 86 4.7.2 Hóa - nhiệt luyện 87 4.7.2.1 Nguyên lý chung 87 4.7.2.2 Thấm cacbon: phổ biến nhất, dễ làm hầu hết xưởng Cơ khí áp dụng 87 4.7.2.3 Thấm nitơ 89 4.7.2.4 Thấm cacbon - nitơ 90 PHẦN III VẬT LIỆU KIM LOẠI 91 CHỮƠNG THÉP VÀ GANG 91 5.1 KHÁI NIỆM VỀ THÉP CACBON VÀ HỢP KIM 91 5.1.1 Thép cacbon 91 5.1.1.1 Thành phần hóa học: 91 5.1.1.2 Ảnh hưởng C đến tổ chức, tính chất công dụng thép thường 91 5.1.1.3 Ảnh hưởng tạp chất thường có 92 5.1.1.4 Phân loại thép cacbon 92 http://www.ebook.edu.vn 5.1.1.5 Tiêu chuẩn thép cacbon 93 5.1.1.6 Ưu nhược điểm thép cacbon 94 5.1.2 Thép hợp kim 94 5.1.2.1 Thành phần hóa học 94 5.1.2.2 Các đặc tính thép hợp kim 94 5.1.2.3 Tác dụng nguyên tố hợp kim đến tổ chức thép 94 5.1.2.4 Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến trình nhiệt luyện 96 5.1.2.5 Chậm chuyển biến ram 97 5.1.2.6 Các khuyết tật thép hợp kim 97 5.1.2.7 Phân loại thép hợp kim 98 5.1.2.8 Tiêu chuẩn thép hợp kim 99 5.2 THÉP XÂY DỰNG 100 5.2.1 Đặc điểm chung - phân loại 100 5.2.1.1 Đặc điểm chung 100 5.2.1.2 Phân loại 100 5.2.2 Thép thông dụng 100 5.2.2.1 Đặc điểm chung (thép cacbon) 100 5.2.2.2 Phân loại theo TCVN 100 5.2.2.3 Tiêu chuẩn nước 5.2.3 Thép hợp kim thấp độ bền cao HSLA (High Strength Low Alloy steel) 5.2.3.1 Đặc điểm chung 5.2.3.2 Tiêu chuẩn Việt Nam 5.2.3.3 Tiêu chuẩn nước 5.2.4 Thép làm cốt bêtông 5.2.5 Các thép khác 5.3 THÉP CHẾ TẠO MÁY (Thép kết cấu) 5.3.1 Các yêu cầu chung 5.3.1.1 Cơ tính: 5.3.1.2 Tính công nghệ: 5.3.1.3 Tính kinh tế: 5.3.1.4 Thành phần hóa học: 5.3.2 Thép thấm cacbon 5.3.2.1 Đặc điểm loại thép thấm cacbon tác dụng nguyên tố 5.3.2.2 Thép hợp kim Cr: 15Cr, 20Cr, 15CrV, 20CrV 5.3.2.3 Thép Cr-Ni Cr-Ni-Mo: 5.3.3 Thép hóa tốt 5.3.3.1 Đặc điểm thành phần hóa học 5.3.3.2 Đặc điểm nhiệt luyện: 5.3.3.3 Thép cacbon: 5.3.3.4 Thép Cr: 5.3.3.5 Thép Cr-Mo: 5.3.3.6 Thép Cr-Mn Cr-Mn-Si: http://www.ebook.edu.vn 5.3.3.7 Thép Cr-Ni Cr-Ni-Mo: 5.3.3.8 Thép chuyên dùng để thấm nitơ: 5.3.4 Các chi tiết máy điển hình thép 5.3.4.1 Các loại trục 5.3.4.2 Các loại bánh 5.3.5 Thép đàn hồi 5.3.5.1 Điều kiện làm việc yêu cầu thép đàn hồi: 5.3.5.2 Đặc điểm thành phần hóa học nhiệt luyện 5.3.5.3 Các mác thép đặc điểm: 5.3.6 Các thép kết cấu có công dụng riêng 5.3.6.1 Thép để dập nguội sâu: 5.3.6.2 Thép dễ cắt 5.3.6.3 Thép ổ lăn 5.4 Thép dụng cụ 10 5.4.1 Các yêu cầu chung 10 5.4.1.1 Phân loại: 10 5.4.1.2 Cơ tính & chịu nhiệt: 10 5.4.1.3 Tính công nghệ tính kinh tế: 10 5.4.1.4 Thành phần hóa học: 10 5.4.2 Thép làm dụng cụ cắt 10 5.4.2.1 Yêu cầu vật liệu làm dụng cụ cắt: điều kiện làm việc yêu cầu tính: 10 5.4.2.2 Thép làm dao có suất thấp 11 5.4.2.3 Thép làm dao có suất cao - Thép gió: 12 5.4.3 Thép làm dụng cụ đo 14 5.4.3.1 Điều kiện làm việc yêu cầu 14 5.4.3.2 Thép làm dụng cụ đo cấp xác cao 14 5.4.3.3 Thép làm dụng cụ đo cấp xác thấp 15 5.4.4 Thép làm dụng cụ biến dạng nguội 15 5.4.4.2 Đặc điểm thép làm dụng cụ biến dạng nguội 15 5.4.4.3 Thép làm khuôn bé 15 5.4.4.4 Thép làm khuôn trung bình 15 5.4.4.5 Thép làm khuôn lớn có tính chống mài mòn cao: 16 5.4.4.6 Thép làm khuôn chịu tải trọng đập 16 5.4.5 Thép làm dụng cụ biến dạng nóng 16 5.4.5.1 Điều kiện làm việc yêu cầu: 16 5.4.5.2 Đặc điểm thép làm dụng cụ biến dạng nóng 17 5.4.5.3 Thép làm khuôn rèn 17 5.4.5.4 Thép làm khuôn ép chảy: 17 5.5 Thép hợp kim đặc biệt (có tính chất vật lý - hóa học đặc biệt) 17 5.5.1 Đặc điểm chung phân loại 17 5.5.2 Thép không gỉ 18 5.5.2.1 Thép không gỉ hai pha: 18 10 http://www.ebook.edu.vn hợp kim day số chi phầm tram nguyên tố tương ứng GB ký hiệu hợp kim màu sau: - LF hợp kim nhôm chống gi, LY đuy-ra (cả hai loại, tiếp sau số thứ tự), ZL: Hợp kim nhôm đúc với số (trong số đầu tien chi loại, ví dụ chi Al-Si, chi Al-Cu) - H chi latông, tiếp sau chi phần trăm đồng, Q chi brông tiếp sau nguyên tố hợp kim chính, số chi phần trăm nguyên tố tổng nguyên tố khác Đối với gang ΓOCT ký hiệu sau : Cч chi gang xám số chi σb (kg/mm2) Bч chi gang cầu số chi σb (kg/mm2) Kч chi gang dẻo với chi số chi σb (kg/mm2) δ(%) GB ký hiệu gang sau: HT cho gang xám số chi σb (MPa) QT cho gang cầu số chi σb(MPa) δ(%) KTH cho gang dẻo ferit KTZ cho gang dẻo peclit chi số σb(MPa) δ(%) Mỹ nước có nhiều hệ thống tiêu chuẩn phức tạp, song có ảnh huởng lớn đến giới (phổ biến sách giáo khoa tài liệu kỹ thuật) đặc biệt nước hệ thống xa hội chủ nghĩa cũ Ở chi trình bày mác theo hệ tiêu chuẩn thường dùng loại vật liệu kim loại Đối với thép cán thông thường dùng ASTM (American Society for Testing and Materials) ký hiệu theo số tròn (42, 50, 60, 65) chi σ0,2 min(ksi – 1ksi = 1000 psi = 6.8948MPa = 0.703kG/mm2) Đối với bảng HSLA thường dùng SAE (Society for Automotive Engineers) ký hiệu bắt đầu số hai số chi σ0,2 min(ksi) Đối với thép C hợp kim kết cấu cho chế tạo máy thường dùng hệ thống AISI/SAE với bốn số số đầu chi loại thép, số cuối chi phần vạn cacbon: 10xx thép cacbon 4xxx thép Mo 11xx thép dễ cắt có S 5xxx thép Cr 12xx thép dễ cắt có S P 6xxx thép Cr-V 13xx thép Mn (1,00 – 1.765%) 7xxx thép W -Cr 15xx thép Mn (1.75%) 8xxx thép Ni-Cr-Mo 2xxx thép Ni 9xxx thép Si-Mn 3xxx thép Ni-Cr xxBxx thép B xxLxx thép chứa P Muốn biết thành phần cụ thể phải tra bảng Ví dụ thép 1038 có 0,35-0,42%C; 0,600,90%Mn; %P ≤ 0,040; %S ≤ 0,050 cho bán thành phẩm rèn, thanh, dây, cán nóng, cán tinh ống không rèn; thép 5140 có 0,38-0,43%C; 0,70-0,90%Mn; %P ≤ 0,035; %S ≤ 0,040; 0,15-0,3%Si; 0,70-0,90%Cr Nếu thép bảo đảm độ thấm đằng sau ký hiệu có them chữ H, ví dụ 5140 H, 1037 H Đối với thép dụng cụ thường dùng hệ thống AISI (American iron and steel institute) ký hiệu chữ chi đặc điểm thép chi thứ tự quy ước: 91 http://www.ebook.edu.vn M thép gió môlípđen T thép gió volfram (tungsten) H Thép làm khuôn dập nóng (hot word) A Thép làm khuôn dập nguội hợp kim trung bình tự tôi, không khí D Thép làm khuôn dập nguội, crôm cácbon cao O Thép làm khuôn dập nguội dầu (oil – hardening) S Thép làm dụng cụ chịu đập (shock – resisting) L Thép dụng cụ có công dụng riêng hợp kim thấp (low-alloy) P Thép làm khuôn ép (nhựa) có cacbon thấp W Thép dụng cụ cacbon nước (water-hardening) Đối với thép không gỉ, tiêu chuẩn AISI thịnh hành Mỹ mà nhiều nước đưa vào tiêu chuẩn mình, ký hiệu ba chữ số bắt đầu thép auxtenit, thép ferit hay mactenxit Đối với hợp kim nhôm, tiêu chuẩn AA (Aluminum Association) có uy tín Mỹ giới nhiều nước chấp nhận, ký hiệu chữ số loại dạng: 1xxx lớn 99% Al 5xxx Al-Mg 2xxx Al-Cu 6xxx Al-Si-Mg 3xxx Al-Mn 7xxx Al-Zn 4xxx Al-Si 8xxx Al-nguyên tố khác Hợp kim nhôm đúc có chữ số song trước số cuối (thường số 0) có dấu chấm (.) 1xx.0 Nhôm thương phẩm 2xx.0 Al-Cu 3xx.0 Al-Si-Cu (Mg) 4xx.0 Al-Si 5xx.0 Al-Mg 7xx.0 Al-Zn 8xx.0 Al-Sn http://www.ebook.edu.vn 92 Đối với hợp kim đồng người ta dùng hệ thống CDA (Copper Development Association): 1xx Không nhỏ 99% Cu (riêng 19x lớn 97% Cu) 2xx Cu-Zn (latông) 3xx Cu-Zn-Pb 4xx Cu-Zn-Sn 5xx Cu-Sn 60x – 64x Cu-Al Cu-Al-nguyên tố khác 65x – 69x Cu-Si Cu-Zn-nguyên tố khác 7xx Cu-Ni Cu-Ni-nguyên tố khác Ngoài tổ chức tiêu chuẩn trên, Mỹ hàng chục tổ chức khác có ký hiệu riêng vật liệu kim loại, việc phân biệt chúng khó khan Xuất phát từ ý muốn có ký hiệu thống cho thành phần cụ thể, SAE SATM từ 1967 đa đưa hệ thông số thống UNS (Unified Numbering System) sở số ký hiệu truyền thống UNS gồm số chữ đứng đầu chi loại vật liệu, chi giới thiệu số: A – nhôm, C - đồng, F – gang, G – thép cacbon thép hợp kim, H – thép bảo đảm độ thấm tôi, S – thép không gỉ chịu nhiệt, T – thép dụng cụ Trong số nam số có nhóm ba - bốn số (đầu hay cuối) lấy từ ký hiệu truyền thống kể (trừ gang, thép dụng cụ) Ví dụ, UNS G 10400 xuất phát từ AISI/SAE 1040 (thép 0,40%C), UNS A 91040 xuất phát từ AA 1040 (hợp kim nhôm biến dạng có 99,40% Al) Nhật Bản dùng tiêu chuẩn JIS (Japanese Industrial Standards), với đặc điểm dung hoàn toàn hệ đo đường quốc tế, cụ thể ứng suất theo MPa Tất thép bắt đầu chữ S Thép cán thông dụng ký hiệu số chi giới hạn bền kéo hay giới hạn chẩy thấp (tuỳ loại) SS – thép cán thường có tác dụng chung, SM – thép cán làm kết cấu hàn, them chữ A SMA – thép chống an mòn khí quyển, SB – thép làm nồi Thép cacbon để chế tạo máy: SxxC hay SxxCK xx chi phần vạn cacbon trung bình (chữ K cuối loại có chất lượng cao: lượng P, S không lớn 0,025%) Thép hợp kim để chế tạo máy gồm hệ thống chữ số: + Bắt đầu SCr – thép Cr, SMn – thép Mangan, SNC – thép niken-crôm, SNCM – thép nikel-crôm-môlípđen, SCM – thép crôm-môlípđen, SACM – thép nhôm-crôm-môlípđen, SMnC – thép mangan-crôm; + Tiếp theo ba chữ số hai chữ số cuối chi phần vạn cacbon trung bình Thép dễ cắt ký hiệu SUM, thép đàn hồi SUP, thép ổ lan – SUJ sơ thứ tự Thép dụng cụ bắt đầu SK số thứ tự: SKx – thép dụng cụ cacbon SKHx – thép gió KSx – thép làm dao cắt khuôn dập nguội SKD SKT – thép làm khuôn dập nóng, đúc áp lực Thép không gỉ ký hiệu SUS số trùng với số AISI, thép chịu nhiệt ký hiệu SUH Gang xám ký hiệu FCxxx, gang cầu FCDxxx, gang dẻo lõi đen – FCMBxxx, lõi trắng – FCMWxxx, peclit – FCMPxxx, số xxx chi giới hạn bền 93 http://www.ebook.edu.vn Các hợp kim nhôm đồng có nhóm lấy số theo AA CDA với phía trước có A (chi nhôm), C (chi đồng) Pháp Đức có tiêu chuẩn AFNOR (Association Franccaise de NORmalisation) DIN (Deutsche Institut fur Normalisierung), chúng có nhiều nét giống Pháp, Đức nước lien minh châu âu EU trình thể hoá kinh tế tiêu chuẩn Hiện nước EU đa dung chung tiêu chuẩn EN 10025 – 90 thép cán thong dụng làm kết cấu xây dựng với mác Fe 310, Fe 360, Fe 430, Fe 510, Fe 590 (số chi độ bền kéo theo MPa) Thép cacbon để chế tạo máy ký hiệu theo số phần vạn cacbon trung bình Ví dụ, với thép có khoảng 0,35%C AFNOR ký hiệu C35 hay XC35 (mác sau có dao động thành phần hẹp hơn), DIN ký hiệu C35 hay CK35 Thép hợp kim thấp (loại nguyên tố vượt 5%) ký hiệu theo trật tụ sau: - Hai chữ số đầu biểu thị lượng cacbon trung bình theo phần vạn; - Liệt ke nguyên tố hợp kim: DIN dùng ký hiệu hóa học, AFNOR dùng chữ cái: C cho crôm, N cho niken, M cho mangan, S cho silic, D cho molipden, W cho volfram, V cho vànadi; - Liệt ke lượng nguyên tố hợp kim theo trật tự, sau đa nhân số phần trăm với (đối với Mn, Si, Cr, Co, Ni) với 10 (đối với nguyên tố lại) Ví dụ: 34 CD4 AFNOR 34CrMo DIN có khoảng 0.34%C, khoảng 1% Cr khoảng 0.10%Mo Bảng đối chiếu số mác thép, gang nước TCVN ΓOCT GB UNS AFNOR DIN BS C45 45 45 G10450 1045 S45C X45 C45 06A45 40Cr 40X 40Cr G51400 5140 SCr440 42C4 42C4 530A40 OL100Cr2 ЩX15 GCr15 G52986 42100 SUJ2 100C6 100C6 535A99 20Cr13 20X13 2X13 S42000 420 SUS420J1 Z20C13 X20Cr13 420S29 08Cr18Ni10 08X18H90 0Cr18Ni9 S30200 304 SUS304 Z7CN18.09 X15CrNi18 304S31 CD100 Y10 T10 T72301 W109 SK4 Y1-90 10 - 210Cr12 X12 Cr12 T30403 D3 SKD1 Z200C12 C105W1 BD3 W18Cr4V T12001 T1 SKH2 Z80WCV X210C12 BT1 18-04-01 S 18-0-1 80Ư18Cr4V P18 AISI/SAE JIS ASTM CT34 CT2 A2 - 36 SS330 F3360 Fe360 Fe360 GX28-48 Cч30 HT300 F12803 No40 FC300 FGL300 GG30 260 GC50-2 Bч50 QT500-7 F33800 8055-06 FCD500 FGS500-7 GGG50 B500/7 Thép hợp kim cao (loại có nguyên tố vượt 5%) trước ký hiệu có chữ Z (AFNOR), X (DIN) lượng nguyên tố hợp kim biểu thị theo phần trăm Ví dụ, Z20C13 (AFNOR), X20 Cr13 (DIN) mác thép không gỉ có khoảng 0.20% C khoảng 13%Cr http://www.ebook.edu.vn 94 AFNOR ký hiệu gang xám FGLxxx, gang cầu FGSxxx-xx gang dẻo MBxxx-xx, nhóm ba số đầu chi giới hạn bền kéo theo Mpa, nhóm hai số sau độ giãn dài (%) DIN ký hiệu gang xám GGxx, gang cấu GGGxx gang dẻo lõi đen GTSxx-xx, gang dẻo lõi trắng GTWxx-xx với số biểu thị giới hạn bền theo kG/mm2 độ giãn dài (%) Anh với tiêu chuẩn BS (British Standard) ký hiệu thép gang sau: Thép ký hiệu hệ thống chữ số: - Ba số đầu chi loại thép; - Một chữ: A, M, H ( H chi thép đảm bảo độ thấm tôi); - Hai số sau chi phần vạn cacbon Gang xám ký hiệu xxx, gang cầu xxx/xx, gang dẻo lõi đen Bxx-xx, gang dẻo lõi trắng Wxx-xx, gang dẻo peclit Pxx-xx, nhóm số thứ chi giới hạn bền kéo theo Mpa hay kG/mm2 tùy theo có ba hay hai số, nhóm thứ hai chi độ giãn dài theo % Thép không gỉ ký hiệu xxxSxx, xx lấy theo AISI PHỤ LỤC THÀNH PHẦN HÓA HÓA HỌC CỦA CÁC MÁC KIM LOẠI - Thành phần hóa học mác thép cacbon chất lượng thường phân nhóm B - Thành phần hóa học tính nhóm thép kết cấu cacbon chất lượng tốt - Thành phần hóa học tính thép xây dựng hợp kim thấp - Thành phần hóa học thép thấm cacbon - Thành phần hóa học số thép hóa tốt - Thành phần hóa học thép đàn hồi - Thành phần hóa học tính thép dễ cắt - Một số loại thép dụng cụ Mỹ (Tiêu chuẩn SAE/AISI) - Thành phần hóa học số thép dụng cụ hợp kim thấp 10 - Thành phần hóa học số loại thép gió 11 - Thành phần hóa học số thép khuôn dập nguội 12 - Thành phần hóa học số thép khuôn dập nóng 13 - Thành phần hóa học tính số loại thép không gỉ 14 - Một số mác gang thông dụng (Theo tiêu chuẩn ASTM) 15 - Ký hiệu, công dụng số đồng đỏ (TCVN 1659-75) 16 - Thành phần, ký hiệu số latông theo TCVN CDA 17 - Thành phần, ký hiệu số brông theo TCVN CDA 18 - Ký hiệu trạng thái gia công hợp kim nhôm Nga, Mỹ Canada 19 - Tiêu chuẩn ký hiệu hợp kim nhôm theo Aluminum Association 20 - Bảng quy đổi thành phần, ký hiệu số HK nhôm theo TCVN Aluminum Association (AA) 95 http://www.ebook.edu.vn - Thành phần hóa học mác thép cacbon chất lượng thường phân nhóm B Si thép, % Mác thép C, % Mn, % BCT31 ≤0.23 BCT33 0.06-0.12 0.25-0.50 0.05 0.05-0.17 BCT34 0.09-0.15 0.25-0.50 0.05 BCT38 0.14-0.22 0.30-0.65 BCT42 0.18-0.27 0.40-0.70 BCT51 0.28-0.37 0.50-0.80 BCT61 0.38-0.49 0.50-0.80 Sối - Nửa lặng S, % Lặng P, % Không 0.06 0.06 0.12-0.30 0.05 0.04 0.05-0.17 0.12-0.30 0.05 0.04 0.07 0.05-0.17 0.12-0.30 0.05 0.04 0.07 0.05-0.17 0.12-0.30 0.05 0.04 - 0.05-0.17 0.15-0.35 0.05 0.04 - 0.05-0.17 0.15-0.35 0.05 0.04 - - - - Thành phần hóa học tính nhóm thép kết cấu cacbon chất lượng tốt Mác thép C, % Mn, % Cơ tính sau thường hóa δ5, Ψ, σb , σ0.2, % % MPa MPa ≥ 320 200 33 60 340 210 31 55 380 230 27 55 420 250 25 50 460 280 23 50 500 300 21 45 540 320 20 45 580 340 19 40 610 360 16 40 640 380 14 35 660 390 13 690 410 12 35 710 420 10 30 730 430 30 1100 900 30 1100 950 30 1150 1000 30 HB C8 0.05-0.12 0.35-0.65 131 C10 0.07-0.14 0.35-0.65 143 C15 0.12-0.19 0.35-0.65 149 C20 0.17-0.24 0.35-0.65 163 C25 0.22-0.30 0.50-0.80 170 C30 0.27-0.35 0.50-0.80 179 C35 0.32-0.40 0.50-0.80 207 C40 0.37-0.45 0.50-0.80 217 C45 0.42-0.50 0.50-0.80 229 C50 0.47-0.55 0.50-0.80 241 C55 0.52-0.60 0.50-0.80 255 C60 0.57-0.65 0.50-0.80 255 C65 0.62-0.70 0.50-0.80 255 C70 0.67-0.75 0.50-0.80 269 C75 0.72-0.80 0.50-0.80 285 C80 0.77-0.85 0.50-0.80 285 C85 0.82-0.90 0.50-0.80 302 Ghi chú: - Các mác chứa 0.17-0.37 %Si; - Mẫu thử có đường kính chiều dày nhỏ 80 mm; - Độ dai va đập thép thử trạng thái hóa tốt; - Cơ tính thép C75, C80, C85 thử trạng thái hóa tốt (Tôi va ram cao) http://www.ebook.edu.vn Độ cứng sau ủ, HB ≤ 187 197 207 217 217 229 229 241 241 255 a, kJ/m ≥ 900 800 700 600 500 400 - 96 - Thành phần hóa học tính thép xây dựng hợp kim thấp Thành phần nguyên tố, % Cơ tính Mác thép Si C Mn Cr khác σb, MPa σ0.2, MPa δ, % 19Mn 0.16-0.22 0.2-0.4 0.7-1.1