Chương I: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI HỢP KIM Bài 1: TẦM QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM Bài 02: CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM Bài 3: TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM Chương II KIM LOẠI VÀ HỢP KIM ĐEN Bài 3: GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT – CACBON
Bài giảng: Vật liệu khí Dự thảo: Chương trình MĐ09: VẬT LIỆU CƠ KHÍ Nghề : HÀN Thời lượng: 45 TIẾT I/ Vị trí, Tính chất mơn học: - Mơđun bố trí sau hồn thành môn học chung, trước môn học/mô đun đào tạo chuyên môn nghề - Là môn sở bắt buột II/ Mục tiêu mơn học: hồn thành mơn học, học sinh có khả năng: - Trình bày đặc điểm, tính chất, ký hiệu phạm vi ứng dụng số loại vật liệu thường dùng: Gang, Thép cacbon, Thép hợp kim, kim loại màu hợp kim màu, loại vật liệu phi kim loại - Trình bày số khái niệm cần thiết nhiệt luyện hóa nhiệt luyện - Hiểu nguyên lý thực phương pháp gia công khí - Nhận biết vật liệu qua màu sắc, tỷ trọng, độ nhám mịn, âm gõ, đập búa, xem tia lửa mài - Có thể tự mua loại vật liệu theo yêu cầu III/ Nội dung chi tiết phân phối thời gian: Mục Nội dung Tổng số Thời gian (tiết) LT TH KT PHẦN I: VẬT LIỆU CƠ KHÍ Mở đầu Tầm quan trọng kim loại hợp kim Chương Những khái niệm kim loại hợp kim Bài Cấu tạo kim loại, hợp kim Khái niệm, đặc điểm, phân loại cấu tạo kim loại Khái niệm, đặc điểm, phân loại cấu tạo hợp kim Bài Tính chất chung kim loại, hợp kim Cơ tính Lý tính Hóa tính Tính cơng nghệ Hiện tượng biến cứng bề mặt kim loại & hợp kim Chương Hợp kim Sắt-Cacbon Bài Khái niệm chung Bài Giản đồ trạng thái Sắt-Cácbon Khái niệm, ý nghĩa giản đồ Xây dựng giản đồ Bài Tổng quan trình sản xuất gang, thép GV soạn: Hà Minh Tuân -1- Bài giảng: Vật liệu khí Bài Bài Bài Chương Bài Bài Bài Chương Bài Bài Bài Gang Khái niệm, tính chất Phân loại Thép Cacbon Khái niệm, tính chất Phân loại Thép hợp kim hợp kim cứng Kim loại màu Hợp kim màu Nhôm Hợp kim Nhôm Đồng Hợp kim Đồng Các kim loại Hợp kim màu khác Váût liãûu phi kim loaûi Chất dẻo, Cao su Gỗ, Dầu nhờn mỡ bôi trơn Compozit Ôn tập-Kiểm tra PHẦN II: NHIỆT LUYỆN VÀ HÓA NHIỆT LUYỆN Chương Nhiệt luyện Bài Khái niệm, ý nghĩa Nhiệt luyện Bài Các phương pháp nhiệt luyện Bài Các khuyết tật xảy nhiệt luyện Chương Hóa nhiệt luyện Xử lý bảo vệ bề mặt kim loại Bài Khái niệm, ý nghĩa Hóa nhiệt luyện Bài Các phương pháp hóa nhiệt luyện Bài Các phương pháp xử lý bảo vệ bề mặt kim loại Ôn tập-Kiểm tra Ôn tập-Kiểm tra Kết thúc môn 45 Tổng cộng 33 KHOA CƠ KHÍ - XÂY DỰNG GIÁO VIÊN SOẠN HÀ MINH TUÂN GIỚI THIỆU GV soạn: Hà Minh Tuân -2- Bài giảng: Vật liệu khí I/ Tài liệu học tập: Vật liêu học – Bộ môn kỹ thuật vật liệu – ĐHKTCN 1993; Thí nghiệm kim loại học nhiệt luyện – Bm KTVL – ĐHKTCN 1974 II/ Tài liệu tham khảo: Vật liệu học – Lê Công Dưỡng – NXB KHKT Hà Nội 1997; Kim loại học nhiệt luyện – Nghiêm Hùng –Hà Nội 1979; Sách tra cứu thép, gang thông dụng – Nghiêm Hùng – ĐHBK HN 1999; Công nghệ nhiệt luyện – Phạm Minh Phương, Tạ văn Thất – NXB GD 2000 Phần I: VẬT LIỆU CƠ KHÍ Chương I: GV soạn: Hà Minh Tuân NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN & TÍNH -3- Bài giảng: Vật liệu khí CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI - HỢP KIM Bài 1: TẦM QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM Trong lịch sử phát triển xã hội loại người, sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau, với tính sử dụng chúng ngày cao Đầu tiên thời đại đồ đá, đến thời kỳ đồ đồng, đồ đá… Cho đến ngày loạt loại vật liệu mới: composit, polyme… Các loại vật liệu (đặc biệt kim loại, hợp kim loại vật liệu mới) góp phần thúc đẩy phát triển xã hội lồi người cách nhanh chóng Đến người ta tìm 100 ngun tố hóa học, khoảng ¾ ngun tố kim loại, cịn lại phi kim Từ nguyên tố kim loại đó, người ta nấu luyện hàng ngàn loại hợp kim khác Trong vỏ trái đất kim loại có nhiều nhơm: 7%, sắt: 5% - Các kim loại (sắt (Fe), đồng (Cu), nhơm (Al), chì (Pb), thiết (Sn), kẽm (Zn), ) hợp kim (gang, thép, hợp kim đồng, hợp kim nhôm ); từ lâu sử dụng rộng rãi ngành kinh tế quốc dân, Quốc phòng sống hàng ngày người Kim loại hợp kim đóng vai trị quan trọng phát triển xã hội loài người Kim loại hợp kim đáp ứng yêu cầu đa dạng ngành cơng nghiệp Vì kim loại hợp kim loại vật liệu chủ yếu quan trọng ngành công nghiệp đại - Một tiêu để đành giá phát triển Quốc gia khối lượng kim loại hợp kim sản xuất sử dụng năm Đồng thời để xây dựng phát triển kinh tế Quốc dân vững mạnh, việc phát triển kinh tế công nghiệp nặng khơng thể khơng tính đến, việc chế tạo sản phẩm khí nhiệm vụ then chốt Để có sản phẩm phải có vật liệu mà kim loại hợp kim vật liệu quan trọng - Hàng năm ngành công nghiệp chế tạo sản phẩm khí sử dụng khối lượng lớn kim loại hợp kim Để lựa chọn loại vật liệu thích hợp , thảo mãn yêu cầu kỹ thuật tính kinh tế phục vụ cho việc chế tạo chi tiết người cơng nhân, người cán kỹ thuật khí phải có kiến thức đầy đủ loại kim loại hợp kim Bài 02: CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM GV soạn: Hà Minh Tuân -4- Bài giảng: Vật liệu khí Trong bảng tuần hồn ngun tố hóa học Menđêleep có 100 nguyên tố hóa học, khoảng ¾ ngun tố kim loại, cịn lại phi kim Trong nghiên cứu cấu trúc mạng tinh thể, xếp nguyên tử mật độ chúng khoảng cách mặt tinh thể I/ Kim loại: 1) Khái niệm, đặc điểm phân loại kim loại: 1.1 Định nghĩa: kim loại vật thể sang, dẻo, có tính ánh kim, có tính dẫn điện dẫn nhiệt cao Bất kim loại có bề mặt chưa bị ơxy hóa có vẽ lấp lánh sang mà ta thường gọi ánh kim Hầu hết kim loại dẻo, kéo sợi, dát mỏng dễ dàng Tuy vật liệu thỏa mãn tính chất Ví dụ: - Stibi (Sb) dịn khơng thể rèn - Pradeodim (Pr) dẫn điện * Kim loại vật thể có hệ số nhiệt điện trở dương (+: nhiệt độ tăng điện trở tăng) * Phi kim có hệ số điện trở âm (-: nhiệt độ tăng điện trở giảm) 1.2 Đặc điểm kim loại theo lý thuyết cổ điển: - Kim loại có tính ánh kim có ánh sang chiếu vào điện trở hấp thụ lượng Do có lượng cao hơn, bị kích thích nhảy lên mức lượng Tại mức lượng khơng ổn định điện tử tồn thời gian ngắn sau trở mức lượng củ Khi chúng thải bớt lượng dạng xạ làm cho kim loại có vẽ lấp lánh sang - Tính dẫn điện dẫn nhiệt giải thích tương tự Cịn tính dẻo giải thích dựa vào liên kết kim loại 1.3 Phân loại kim loại: thực tế tồn nhiều phương pháp phân loại kim loại, số phương pháp thường áp dụng a Theo khối lượng riêng: chia thành kim loại nặng kim loại nhẹ: GV soạn: Hà Minh Tuân -5- Bài giảng: Vật liệu khí ° Kim loại nặng kim loại có khối lượng riêng > g/cm3 Ví dụ: Sắt : γ = 7,8 g/cm3 ; vàng: γ = 19,5 g/cm3 ; thủy ngân: γ = 13,1 g/cm3 ° Kim loại nhẹ kim loại có khối lượng riêng < g/cm3 Ví dụ: nhơm: γ = 2,7 g/cm3 ; Titan: γ = 4,5 g/cm3 ; Mangan: γ = 1,73 g/cm3 b Theo nhiệt độ nóng chảy: chia thành nhóm ° Kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao: Ví dụ: Sắt (1539oC); Titan (1668oC); Vonfram (3410oC); Đồng (1085oC) ° Kim loại có nhiệt độ thấp: Ví dụ: Nhơm (327oC); Chì (657oC); Stibi (631oC) c Theo tính chất hoạt động: ° Kim loại kiềm: Natri; Kali; Liti… ° Kim loại chuyển tiếp: Sắt; Vanadi; Crôm; Mangan… 2) Cấu tạo kim loại: 2.1 Cấu tạo nguyên tử kim loại: Vật chất nguyên tử tạo thành, mổi vật chất hệ thống tạp gồm: - Hạt nhân (+): có Prơton Nơtron mang điện tích dương - Các hạt điện tử mang điện tích âm quay chung quanh hạt nhân * Liên kết kim loại: Hình 1-2: Liên kết kim loại Hình 1-3: Cấu tạo mạng tinh thể Số electron hóa trị lớp ngồi ít, có từ đến electron nên dễ bứt tạo thành tự do, nguyên tử trở thành Ion dương Hoạt động electron tự định nhiều đến tính chất đăc trưng kim loại như: tính dẻo, tính dẫn điện, tính dẫn nhiệt, ánh kim… Trong kim loại có vơ số ngun tử nên có vơ số điện tử tự do, nên có trao đổi lực hút nguyên tử vứi nguyên tử khác làm cho kim loại có tính liên kết tạo nên độ dẻo cao 2.2 Mạng tinh thể kim loại: a Định nghĩa: mạng tinh thể mơ hình khơng gian mơ tả quy luật hình học xếp chất điểm vật tinh thể Và mạng tinh thể có phần: GV soạn: Hà Minh Tuân -6- Bài giảng: Vật liệu khí (a) (b) Kiểu mạng xét ô nguyên tử gồm có ngun tử nằm đỉnh hình lập phương nguyên tử nằm Ký hiệu: • Các kim loại có kiểu mạng này: Fe -α, Crôm (Cr), Vônfram (W), Môlipden (Mo), Vanadi (V)… thường kim loại kiềm Thông số mạng: a = 2,90 Å (có thơng số mạng) a Hình 1-3 - Mặt tinh thể: mặt chứa chất điểm, mặt luôn song song cách (hình 1-3a) - Khối bản: hình khối đơn giản xếp liên khơng gian chiều, có cách xếp chất điểm đại diện chung cho mạng tinh thể (hình 1-3b) - Thông số mạng: khoảng cách hai tâm chất điểm kề Từ thông số mạng ta tính khoảng cách mạng Đơn vị đo thông số mạng Ăngstron (Å) Kilôichxi (Kx) Å = 10-8cm ; Kx = 1,00,202 Å b Các mạng tinh thể thường gặp: • Mạng lập phương thể tâm: a a Ơ cơcósở12gồm có 8tử ngun tử nằm hình đỉnh lục giác, Gồm nguyên nằm đỉnh nguyên mặt2của nguyên tử tử nằm nằm ởở 6giữa mặthình đáylập phương nguyên tử nằm trung Ký hiệu: tâm khối lăng trụ cách Cáckim kim loại kiểu mạng là:Beri Fe γ,(Be), Đồng (Cu),(Mg) Các loại có có kiểu mạng nàynày gồm: Magiê Niken (Ni),Titan Nhơm (Al), Chì (Pb)… Kẽm (Zn), (Ti), Coban (Co)… Thông số mạng: a = 2,90 Å Ký hiệu: Thơnglục sốphương mạng: dày đặt: • Mạng - Trong trường hợp lý tưởng: a • Mạng lập phương diện tâm: a a c = = 1,63 Å a - Trong thực tế tỉ số khơng mà dao động từ: GV soạn: Hà Minh Tuân c = 1,57 ÷ 1,64 Å a -7- c Bài giảng: Vật liệu khí a * Quy tắt: khối tinh thể có nhiều ngun tử khối có độ bền cao 3) Tính thù hình kim loại: khả kim loại thay đổi kiểu mạng tinh thể điều kiện thay đổi (áp suất, nhiệt độ…) gọi tính thù hình Nghĩa dạng ô thay đổi thong số mạng có giá trị thay đổi - Kim loại có tính thù hình gồm: Sắt, Thiết (Sn), Ti, Co T - Al, Cu: khơng có tính thù hình (oC) Khơng có 1539o 1392o 911o Từ tính Ví dụ: Xét thay đổi nguyên tố sắt Theo sơ đồ biểu diễn cho ta thấy với mổi thang nhiệt độ, sắ có sư thay đổi không cấu tạo (ô bản) mà cịn thay đổi tính chất vật lý + To = ÷ 768oC ký hiệu là: α o o + T = 768 ÷ 911 C ký hiệu là: β + To = 911 ÷ 1392oC ký hiệu là: γ + To = 1392 ÷ 1539 ký hiệu là: δ 768o t II/ Hợp kim: 1) Khái niệm: hợp kim vật thể có chứa nhiều nguyên tố, chứa kim loại phi kim chủ yếu kim loại Hợp kim có ánh kim, dẫn điện, dẫn nhiệt, dẻo… Hợp kim tạo phương pháp nấu chảy chủ yếu tạo phương pháp luyện tinh bột Các hợp kim thường gặp là: thép, gang, đồng thau, đồng thanh… GV soạn: Hà Minh Tuân -8- Bài giảng: Vật liệu khí - Thép, gang: hợp kim sắt – cacbon (Fe-C) số nguyên tố khác - Đồng thau (Latông): hợp kim đồng kẽm Thành phần nguyên tố hợp kim biểu thị theo phần trăm khối lượng nguyên tố Tổng thành phần hợp kim 100% Đơi người ta cịn dung tỉ lệ phần trăm nguyên tử 2) Cấu tạo hợp kim: giống kim loại, hợp kim có cấu tạo tinh thể Hợp kim thường cấu tạo từ loại tinh thể sau: Hình 1-4: Hỗn hợp học (a) dung dịch rắn (b) 2.1 Tinh thể hỗn hợp: gồm tinh thể đơn chất hỗn hợp ban đầu, nóng chảy chúng khơng hịa tan vào Khi hai ngun tố khơng có khả hịa tan vào khơng liên kết với đơng đặc ngun tử nguyên tố liên kết với tạo thành mạng tinh thể nguyên tố đồng thời tạo thành hỗn hợp hai hay nhiều nguyên tố 2.2 Tinh thể dung dịch rắn: tinh thể tạo sau nóng chảy, đơn chất hỗn hợp tan vào Nói cách khác: pha tinh thể (có thành phần thay đổi) đó, nguyên tử nguyên tố thứ (A) giữ nguyên kiểu mạng nguyên tố thứ hai (B) phân bố vào mạng (A) thay xen kẽ a Dung dịch đặc thay thế: nguyên tử nguyên tố hào tan (B) thay nguyên tử ngun tố dung mơi (A) ta có dung dịch đặc thay GV soạn: Hà Minh Tuân -9- Bài giảng: Vật liệu khí Ví dụ: Cu + Ni: số nguyên tử Ni đẩy số nguyên tử nguyên tố Cu khỏi nút mạng thay vào b Dung dịch xen kẽ: nguyên tử nguyên tố hòa tan (B) nằm lỗ hổng mạng tinh thể nguyên tố dung mơi (A) Ví dụ: Ơxi, cacbon xen ké vào nút mạng nguyên tố sắt 2.3 Tinh thể hợp chất hóa học: tinh thể tạo nung nóng chảy đơn chất hỗn hợp Tỉ lệ nguyên tử ngun tố ln tn theo quy tắc hóa trị Ví dụ: Fe3C = 3Fe + C 2Al2O3 = 4Al + 3O2 3) Tính chất hợp kim: Trong kỹ thuật, đặc biệt chế tạo khí người ta không dùng kim loại nguyên chất mà người ta dùng tổ hợp kim loại chất khác Tổ hợp chất cách nấu chảy pha trộn với theo tỉ lệ định, sau đem đúc thành sản phẩm Tổ hợp gọi hợp kim Hợp kim có tính chất khác hẳn mà kim loại ngun chất khơng thể có 3.1 Hợp kim có tính cao kim loại ngun chất: Vật liệu dung để chế tạo khí địi hỏi phải có tính cao, phương diện hợp kim hẳn kim loại nguyên chất Kim loại ngun chất có độ bền, độ cứng thấp, khơng thích hợp để chế tạo chi tiết máy Còn hợp kim nói chung có độ bền, độ cứng cao hơn, tiết làm chịu tải cao hơn, bị mài mịn có thời gian sử dụng dài Tính dẻo, dai hợp kim thấp so với kim loại nguyên chất nằm giới hạn thỏa mãn yêu cầu chế tạo khí Đặc biệt số hợp kim có tính chất quý như: độ bền cao, tính cứng nóng cao, chống ăn mịn tốt, chịu ma sát tốt … 3.2 Hợp kim có tính cơng nghệ tốt: Một vật liệu có tính tốt chưa đủ, mà để chế tạo thành chi tiết mày, phận máy, cịn phải có tính cơng nghệ tốt Kim loại ngun chất có tính dẻo cao nên dể biến dạng dẻo (kéo sợi, cán thành tấm, thánh lá…) có tính đúc tính gia cơng cắt gọt Tùy theo thành phần hợp kim khác có tính đúc tốt, tính gia cơng cắt gọt cao có khả hóa bền nhiệt luyện… Hợp kim có tính cơng nghệ tốt hợp kim phải: dễ đúc, dễ gia công áp lực, dễ hàn, dễ gia cơng cắt gọt… 3.3 Tính kinh tế: Về mặt kỹ thuật luyện kim, chế tạo hợp kim thông thường dễ chế tạo kim loại nguyên chất Với kỹ thuật đại, việc luyện kim loại nguyên chất cịn gặp nhiều khó khăn phải khử bỏ triệt để tạp chất Vì sử dụng hợp kim chế tạo máy có tính kinh tế cao Bài 3: TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM GV soạn: Hà Minh Tuân - 10 - Bài giảng: Vật liệu khí - Thời gian giữ nhiệt ảnh hưởng đến chuyển biên ram có tác dụng tăng nhiệt độ VD: Khi ram thấp kéo dài thời gian ram hàng chục kết ram trung bình VI/ Các khuyết tật xảy sau nhiệt luyện 1) Biến dạng nứt: - Nguyên nhân: ứng suất bên gây làm nguội nhanh q trình tơi nung q nhanh + Nếu σbên > σb ⇒ nứt, vỡ; + Nếu σbên > σ0,2 ⇒ cong vênh, biến dạng - Các biện pháp ngăn ngừa khắc phục: + Nung nóng làm nguội với tốc độ hợp lý, đều; + Nên dung phân cấp, hạ nhiệt trước tôi; + Các chi tiết mỏng phải khuôn ép; + Các chi tiết bị biến dạng đem nắn, ép nóng nguội 2) Ơxy hố cacbon: - Ơxy hố tượng tạo nên vảy ôxyt sắt - Thoát cacbon tượng cacbon lớp bề mặt bị giảm Nguyên nhân tác hại: - Do mơi trường nung có chứa thành phần gây ơxy hố Fe C như: O 2, CO2, nước,… - Ơxy hố làm hụt kích thước, xấu bề mặt chi tiết; - Thoát cacbon làm giảm độ cứng Các biện pháp ngăn ngừa khắc phục: - Nung mơi trường có khí bảo vệ khí trung tính N 2, Ar2 … hặc khí hồn ngun CO, CH4, H2,… - Nung chi tiết hộp kín, chi tiết phủ than gỗ, hay hàn the rắc than sàn lị; - Nung chi tiết mơi trường chân khơng 10 -2 ÷ 10-4 mmHg chống ơxy hố thoát cacbon triệt loại thép hợp kim; - Khắc phục cách tăng lương dư gia công, thấm lại cacbon 3) Độ cứng không đạt: - Là tượng độ cứng cao hặc thấp so với độ cứng mà thép đạt tương ứng với loại thép phương pháp nhiệt luyện 3.1 Độ cứng cao: - Khi ủ thường hoá thép hợp kim, tốc độ nguội lớn Độ cứng cao quy định khó cắt gọt khó biến dạng dẻo 3.2 Độ cứng thấp: Sau tôi, độ cứng đạt thấp yêu cầu mác thép + Thiếu nhiệt; + Làm nguội chưa đủ nhanh; + Thoát cacbonbề mặt GV soạn: Hà Minh Tuân - 46 - Bài giảng: Vật liệu khí 4) Tính giịn cao: Là tượng sau tơi, thép q giịn (độ dai q thấp ), độ cứng đạt bình thường quy định + Nguyên nhân: Do nhiệt độ nung cao, thời gian giữ nhiệt dài , hạt thép q lớn, sau tơi Mactenxit có kích thước q lớn nên giịn + Khắc phục: đem thường hố đem tơi lại cho chế độ Bài 3: HỐ NHIỆT LUỆN I/ Nguyên lý chung: 1) Định nghĩa mục đích: 1.1 Định nghĩa: Hố nhiệt luyện phương pháp nhiệt luyện thấm, bão hồ ngun tố hố học vào bề mặt thép cách khuếch tán trạng thái ngun tử từ mơi trường bên ngồi vào nhiệt độ cao, để làm thay đổi thành phần hố học làm biến đổi tổ chức tính chất lớp bề mặt theo mục đích định 1.2 Mục đích: + Nâng cao độ cứng, tính trống mài mịn độ bền mỏi chi tiết với hiệu cao so với bề mặt thấm Cacbon, Ni-tơ, Cacbon – Nitơ; + Nâng cao tính chống ăn mịn điện hố hố học thấm Crơm, Al, Si 2) Các giai đoạn hố nhiệt luyện: Khi tiến hành hoá nhiệt luyện người ta đặt chi tiết thép vào môi trường (rắn, lỏng, khí) có khả phân hố ngun tử nguyên tố cần thấm (khuyếch tán) nung nóng đến nhiệt độ thích hợp Các giai đoạn nối tiếp xảy sau: + Phân hố: Là q trình phân tích phân tử, tạo nên nguyên tử hoạt nguyên tố cần định thấm + Hấp thụ: Là giai đoạn nguyên tử hoạt hấp thụ vào bề mặt thép với nồng độ cao, tạo độ chênh lệch nồng độ bề mặt lõi + Khuyếch tán: Là giai đoạn nguyên tử hoạt lớp hấp thụ sâu vào bên theo chế khuyếch tán, tạo nên lớp thấm với chiều sâu định 3) Ảnh hưởng nhiệt độ thời gian: + Nhiệt độ: Nhiệt độ cao, chuyển động nhiệt nguyên tử mạnh, tốc độ khuyếch tán lớn, lớp thấm chóng đạt chiều sâu quy định + Thời gian: - Ở nhiệt độ cố định, kéo dài thời gian giúp nâng cao chiều sâu lớp thấm; - Chiều sâu lớp thấm phụ thuộc vào thời gian theo quan hệ: II/ Các phương pháp hóa nhiệt luyện: 1) Thấm Cacbon: 1.1 Định nghĩa mục đích: + Định nghĩa - Là phương pháp hoá nhiệt luyện làm bão hoà (thấm, khuyếch tán) Cacbon vào bề mặt thép Cacbon thấp (0,1 ÷ 0,25%C) làm bề mặt có thành phần Cacbon cao tới 1,2%C + Mục đích GV soạn: Hà Minh Tuân - 47 - Bài giảng: Vật liệu khí - Làm cho bề mặt đạt độ cứng tới HRC 60 ÷ 64 với tính chống mài mòn cao, chịu mỏi tốt, lõi dẻo dai với độ cứng HRC 30 ÷ 40 + Yêu cầu lớp thấm - Đối với bề mặt: Lượng Cacbon đạt từ 0,8 ÷ 1,0%; - Đối với lõi có tổ chức hạt nhỏ, khơng có F tự do, HRC 30 ÷ 40 1.2 Nhiệt độ thời gian thấm Cacbon : * Nhiệt độ thấm: Thông thường lấy nhiệt độ thấm Cacbon 900 ÷ 950oC: + Đối với thép chất hạt nhỏ Tot = 930 ÷ 950oC; + Đối với thép chất hạt to Tot = 900 ÷ 920oC * Thời gian thấm: Thời gian thấm phụ thuộc vào hai yếu tố sau: + Chiều sâu thấm; - Các mức thấm: (0,5 ÷ 0,8); (0,9 ÷ 1,4); (1,5 ÷ 1,8); - Đối với bánh chiều sâu lớp thấm tính sau: x = 0,2 ÷ 0,3 m- mơ đuncủa m + Tốc độ thấm; - Phụ thuộc vào môi trường thấm nhiệt độ thấm Thời gian giữ nhiệt (giờ) theo chiều dầy lớp thấm Nhiệt độ thấm 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 Cacbon 0C 870 900 930 950 980 3,5 3,0 2,75 2,0 1,5 10 6,5 13 10 16 12 9,5 19 14 11 8,5 - Theo kinh nghiệm, thấm 900oC thời gian thấm (gồm thời gian nâng giữ nhiệt) tính theo mức cho 0,1 mm chiều sâu lớp thấm 1.3 Chất thấm trình xảy : * Chất thấm thể rắn - Chất thấm chủ yếu than gỗ 2C +O2 → 2CO 2CO → CO2 + Cng.tử - C nguyên tử hấp thụ khuyếch tán vào bề mặt thép để tạo thành lớp thấm Cng.tử + Feγ (C) → Feγ (C)0,1→0,8→(1,2 ÷ 1,3) Đặc điểm: + Thời gian dài, khó khí hố; GV soạn: Hà Minh Tn - 48 - Bài giảng: Vật liệu khí + Chất lượng thấp, hạt lớn, giịn, dễ tróc * Chất thấm thể khí - Chất thấm chủ yếu CO CH4, C2H6 dầu hoả, CH4 → 2H4+ Cng.tử C nguyên tử hấp thụ khuyếch tán vào bề mặt thép để tạo thành lớp thấm Đặc điểm: + Cơ khí hố tự động hố cao; + Chất lượng tốt, suất cao * Chất thấm thể lỏng - Chất thấm chủ yếu muối Na2CO3, NaCl, SiC Hiện phương pháp dùng SiC độc, khó thao tác, suất thấp 1.4 Nhiệt luyện sau thấm: - Chi tiết sau thấm Cacbon có thành phần Cacbon bề mặt cao độ cứng tính chống mài mịn chưa cao hạt lớn, thép giòn - Sau thấm Cacbon cần phải qua dạng nhiệt luyện sau: + Tôi hai lần ram thấp; + Tôi lần ram thấp; + Thường hố tơi 1.5 Cơng dụng : - Chi tiết thấm qua Cacbon có khác lớn tính bề mặt lõi nên áp dụng cho chi tiết quan trọng; - Thấm Cacbon làm thay đổi thành phần lớp bề mặt; - Áp dụng cho chi tiết có hinh dáng lớp thấm nói chung đều; - Tạo ứng suất nén dư bề mặt nên nâng cao giới hạn mỏi II/ Các phương pháp thấm khác: 1) Thấm Nitơ: 1.1 Định nghĩa: phương pháp làm bảo hoà Nitơ vào bề mặt thép, nhằm nâng cao độ cứng tính chống mài mịn Ngồi ra, để chống ăn mịn khí tăng tính thẩm mỹ chi tiết máy 1.2 Phương pháp thấm: chất thấm khí NH3 - Nhiệt độ thấm: 500 ÷ 650 οC - Thép để thấm: thường dùng thép hợp kim, Nitơ phân nhánh tác dụng với kim loại thép tạo thành lớp Nitơ kim loại có độ bền cao như: AlN, CrN, MoN 1.3 Quá trình thấm: - Phân tích: 2NH3 = 3H + [N] - Hấp thụ: [N] + Cr (Fe, Al, Mo ) → CrN (FeN, AlN, MoN ) - Khuếch tán: [N] sâu vào bên 2) Thấm Nitơ – Cacbon (Xianua) 2.1 Định nghĩa: phương pháp làm bảo hoà đồn thời C Nitơ vào bề mặt thép để nâng cao độ cứng tính chống mài mịn Chất thấm muối Xianua NaCN GV soạn: Hà Minh Tuân - 49 - Bài giảng: Vật liệu khí 2.2 Phương pháp thấm: a Dựa vào nhiệt độ thấm: + Thấm nhiệt độ cao: 820 ÷ 870 οC + Thấm nhiệt độ thấp: 500 ÷ 650οC Thấm nhiệt độ thấp dùng phổ biến cho loại thép hợp kim dụng cụ (thép gió, thép Cr) Trước thấm, dụng cụ phải tơi, ram, mài xác Sau thấm cần đánh bóng bề mặt b Dựa vào chất thấm: tương tự thám Cacbon - Thấm Xianua thể rắn: (20 ÷ 40)% Κ Fe(CN)6 K3Fe(CN)6 + 10% Na2CO3 lại than gỗ - Thấm Xianua thể lỏng: tiến hành bể muối mà thành phần gồm có muối: NaCH, KCN, K4Fe(CN)6, Na2CO3 - Thấm Xianua thể khí: chất thấm gồm có khí: CH 4, CO, NH3 Đây cơng nghệ hố nhiệt luyện tiên tiến cho suất cao, chất thấm tốt bị độc hại ◙ Chú ý: Phải thực tốt công tác an tồn thấm Xianua ví độc hại CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG Câu 1: Nêu khái niệm nhiệt luyện yếu tố ảnh hưởng đến trình nhiệt luyện? Câu 2: Nếu khái niệm phương pháp thực ủ? Câu 3: Nêu mục đích phưng pháp thường hố? Câu 4: Hãy nêu cách tiến hành bề mặt tơi tự ram? Câu 5: Nêu mục đích phương pháp ram kim loại hợp kim? Câu 6: Nêu định nghĩa, mục đích phương pháp hoá nhiệt luyện? GV soạn: Hà Minh Tuân - 50 - Bài giảng: Vật liệu khí Chương IV: - KIM LOẠI MÀU VÀ HỢP KIM MÀU Đặc điểm tính chất chung kim loại hợp kim màu: Có nhiệt độ nóng chảy khơng cao nên dễ nấu luyện Có tính dẻo cao nên dễ gia cơng áp lực Dẫn điện dẫn nhiệt tốt Có tính chống ăn mịn tốt có tính cao Bài 1: NHƠM VÀ HỢP KIM NHƠM I/ Nhơm ngun chất: - Ký hiệu: Al; số hàm lượng nhôm Ví dụ: Al 99,999 nhơm chứa 99,999% nhơm - Tính chất nhơm: + Khối lượng riêng: + Nhiệt độ nóng chảy: to = 660oC + Tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, = 60% Cu + Có tính chống ăn mịn tốt mơi trường khí nước bề mặt có lớp Ơxít nhơm Al2O3 bền vững, sít chặt có tác dụng bảo vệ tốt + Độ bền: σb = (80 ÷ 100) MN/m2, độ cứng 25 HB, độ dẻo δ = 40% Nhôm nguyên chất thường dùng làm cáp tải điện xa Trong ngành khí người ta dùng nhơm ngun chất mà thường dùng hợp kim nhôm II/ Hợp kim nhôm: Hiện nước ta chưa có tiêu chuẩn hợp kim nhôm Theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ, phân loại ký hiệu hợp kim nhôm sau: Hợp kim nhôm biến dạng: - Hợp kim nhôm biến dạng khơng hóa bền nhiệt luyện: + Hợp kim nhôm Mangan: ký hiệu AMu + Hợp kim nhôm Magie: ký hiệu AMr - Hợp kim nhôm biến dạng hóa bền nhiệt luyện: + Thành phần gồm: Al - Cu - Mg (Cu ≤ 4%; Mg = 1%) Ngồi cịn lượng nhỏ Mn, Fe, Si + Tính chất: sau nhiệt luyện độ bền đạt 450 MN/m2, độ dẻo = 15% nhẹ + Ứng dụng: loại hợp kim nhẹ có độ bền cao thường dùng công nghệ chế tạo máy bay + Ký hiệu: theo Liên Xô cũ chữ kèm theo số thứ tự: д1, д6, д16 GV soạn: Hà Minh Tuân - 51 - Bài giảng: Vật liệu khí Hợp kim nhơm đúc ( điển hình Silumin): - Thành phần: Al - Si (với lượng Si ≤ 13%) Ngồi cịn có lượng nhỏ Cu, Mg - Tính chất: σb = 200 ÷ 400 MN/m2, tính dẻo thấp, tính đúc cao, số chi tiết ôtô, xe máy Bài 2: ĐỒNG VÀ HỢP KIM ĐỒNG I/ Đông nguyên chất: GV soạn: Hà Minh Tuân - 52 - Bài giảng: Vật liệu khí II/ Phân loại hợp kim đồng: GV soạn: Hà Minh Tuân - 53 - Bài giảng: Vật liệu khí GV soạn: Hà Minh Tuân - 54 - Bài giảng: Vật liệu khí Bài 3: CÁC LOẠI KIM LOẠI MÀU KHÁC I/Thiếc: - Ký hiệu hóa học: Sn - Khối lượng riêng: γ = 7,3 g/cm3 - Nhiệt độ nóng chảy: to = 232oC - Có độ cứng thấp ( ÷ HB), nhiệt độ tăng độ cứng thấp (ở 180oC độ cứng 1,8 HB) - Độ dẻo cao có tính chống ăn mịn tốt - Cơng dụng: + Dùng để hàn đắp + Chế tạo hợp kim ổ trượt + Tráng thiếc lên bề mặt thép làm “Tơn mạ thiếc” II/ Chì : - Ký hiệu hóa học: Pb - Khối lượng riêng: γ = 11,34 g/cm3 GV soạn: Hà Minh Tuân - 55 - Bài giảng: Vật liệu khí - Nhiệt độ nóng chảy: to = 327oC - Độ cứng thấp, độ dẻo cao - Có tính chống phóng xạ tốt, khơng bị ăn mịn số axit - Cơng dụng: + Làm cực bình điện ắc-quy + Lót thùng chứa axit + Dùng làm hợp kim chế tạo chữ in + Làm áo chắn chống tia phóng xạ ngành nghiên cứu vật lý hạt nhân + Chế tạo hợp kim làm ổ trượt III/ Kẽm: - Ký hiệu hóa học: Zn - Khối lượng riêng: γ = 7,14 g/cm3 - Nhiệt độ nóng chảy: to = 410oC - Có tính chống ăn mịn tốt, độ dẻo cao - Công dụng: + Dùng để tráng kẽm cho tôn lợp nhà kết cấu thép nhằm chống ăn mòn kim loại + Hợp kim Zn với Cu chế tạo Cu thau hợp kim làm ổ trượt Bài 4: HỢP KIM LÀM Ổ TRƯỢT I/ Yêu cầu hợp kim làm ổ trượt: GV soạn: Hà Minh Tuân - 56 - Bài giảng: Vật liệu khí II/ Hợp kim làm ổ trượt có nhiệt độ nóng chảy thấp: Babit thiếc: Babit Chì: Babit nhơm: GV soạn: Hà Minh Tn - 57 - Bài giảng: Vật liệu khí III/ Hợp kim làm ổ trượt có nhiệt độ nóng chảy thấp: Brơng thiếc: Brơng chì: Gang xám, dẻo, cầu: CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1: Hãy nêu thành phần, tính chất, cơng dụng ký hiệu loại hợp kim nhôm? Câu 2: Hãy nêu thành phần, tính chất, cơng dụng ký hiệu loại hợp kim đồng? Câu 3: Cho biết yêu cầu, đặc điểm phạm vi dùng hợp kim làm ổ trượt? Chương V: VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI Bài 1: CHẤT DẺO I/ Định nghĩa: GV soạn: Hà Minh Tuân - 58 - Bài giảng: Vật liệu khí Chất dẻo vật liệu nhân tạo, sản xuất từ chất hữu Là vật liệu có khả bị biến dạng chịu tác dụng nhiệt, áp suất giữ biến dạng thơi khơng tác dụng II/ Thành phần: hỗn hợp nhiều chất: Polime: thành phần ban chất dẻo Chất hóa dẻo: thường Este Pơlyme có phần tử dẻo dễ uốn, có (10 ÷ 20)% nhằm tăng tính dẻo cải thiện tính tạo hình Chất độn: đưa vào (40 ÷ 70)%, để nâng cao tính, giảm giá thành - Dạng bột: bột gỗ, mica, SiO2, TiO2, Graphit - Dạng sợi: giấy, vải từ sợi khác nhau, lớp gỗ Chất ổn định: chất hữu khác để trì cấu trúc phần tử ổn định tính chất, làm cho tính chất lảo hóa chất dẻo chậm lại Các chất phụ gia đặc biệt: vật liệu bôi trơn, tạo màu, chất bảo vệ, chất giảm điện tích tĩnh giảm bắt cháy Chất đóng rắn: đưa thêm vào chất dẻo nhiệt rắn dễ hóa cứng Iii/ Tính chất chung chất dẻo: GV soạn: Hà Minh Tuân - 59 - Bài giảng: Vật liệu khí GV soạn: Hà Minh Tuân - 60 - ... giảng: Vật liệu khí I/ Tài liệu học tập: Vật liêu học – Bộ môn kỹ thuật vật liệu – ĐHKTCN 1993; Thí nghiệm kim loại học nhiệt luyện – Bm KTVL – ĐHKTCN 1974 II/ Tài liệu tham khảo: Vật liệu học... nhiều loại vật liệu khác nhau, với tính sử dụng chúng ngày cao Đầu tiên thời đại đồ đá, đến thời kỳ đồ đồng, đồ đá… Cho đến ngày loạt loại vật liệu mới: composit, polyme… Các loại vật liệu (đặc... sản phẩm phải có vật liệu mà kim loại hợp kim vật liệu quan trọng - Hàng năm ngành công nghiệp chế tạo sản phẩm khí sử dụng khối lượng lớn kim loại hợp kim Để lựa chọn loại vật liệu thích hợp ,