Gang håüp kim laì gang maì ngoaìi sàõt vaì caïc bon ra coìn coï thãm caïc nguyãn täú khaïc æåüc cäú yï âæa vaìo âãø náng cao caïc tênh cháút cuía chuïng (chuí yãúu laì cå tênh) nhæ : C[r]
(1)CHỈÅNG : CẠC LOẢI GANG
Gang loaüi vật liệu dùng phổ biến ngành khí Số lượng chi tiết gan
Ề GANG : ûm chung gang :
1-Khaïi n
S ại gang thơng dụng g khơng nhiều thép thường có kích thước lớn, nên tỷ trọng gang sản xuất khí cao đến 30% Trong chương ta khảo sát loại gang thường dùng : gang xám, gang cầu, gang dẻo gang hợp kim (gang trắng sử dụng ít, chủ yếu dùng để luyện thép.)
6.1.Ö KHÁI NIỆM CHUNG V 6.1.1.Khái niê
iệm :
Gang hợp kim sắt bon với hàm lượng bon lớn 2,14%C Trong thực tế gang ln ln có nguyên tố Mn, Si, P, Các lo
thường chứa : 2,0÷4,0%C; 0,4÷3,5%Si; 0,20÷1,5%Mn; 0,04÷0,65%P; 0,02÷0,15%S
2-Tổ chức tế vi :
a-Gang trắng : loaüi gang có tổ chức tế vi tương ứng với giản đồ pha Fe-C, tồn bon nằm dạng liên kết với sắt tổ chức xêmentit Mặt gãy có màu sáng trắng màu xêmentit Gang trắng không sử dụng sản
gang dẻo, gang cầu
ía cọ mu xạm âọ l ọ l gang xạm
gang có bon thấp để ó độ bền cao Vì lượng bon gang xám từ 2,8
xuất khí, chủ yếu dùng để luyện thép
b-Các loại gang có graphit : loại gang mà phần lớn hay toàn bon chúng nằm dạng tự graphit nên mặt gãy có màu xám (màu graphít) Tuỳ thuộc hình dáng graphit người ta chia loại gang xám,
Tổ chức graphit phân bố kim loại pherit, pherit-péclit, péclit Các loại gang có graphit sử dụng rộng rãi khí
6.2.GANG XAÏM :
Gang xám loại gang mà phần lớn hay toàn bon tồn dạng tự graphit Graphit dạng tấm, phiến, chuỗi Mặt gãy cu
màu graphit Đây loại gang phổ biến sử dụng rộng rãi kỹ thuật, thơng thường nói tới gang người ta hiểu đ
6.2.1.Thành phần hố học :
a-Cạc bon :
Lượng bon nhiều nhiệt độ chảy gang thấp, làm cho graphit tăng lên tính thấp Xu hướng ngày dùng
c ÷3,5%
-Silíc : Là nguyên tố hợp kim quan trọng gang xám, silic nhiều việc
ûo thành graphit dễ dàng Lượng silic gang xám từ 1,5
b
ta ÷3%
-Mangan : nguyển tố cản trở việc tạo thành graphit, có tác dụng nâng cao
nh Nếu gang xám lượng mangan tăng lên silic phải tăng lên tương ứng ượng mangan từ 0,50 1,0%
-Phôt : Phốt không ảnh hưởng đến tạo thành graphit có tác dụng
ìm tăng độ chảy lỗng nâng cao tính chống mài mòn (tạo tinh Fe + Fe3P e +Fe3P + Fe3C) Lượng phốt từ 0,1
c
tê
L ÷
d
la
F ÷0,20%, cần tính chống mài mịn cao có
(2)e-Lưu huỳnh : Là ngun tố có hại làm giảm độ chảy lỗng gang cản trở ình tạo graphit Lượng lưu huỳnh từ 0,08
tr ÷012%
.2.2-Tổ chức tế vi :
Tổ chức tế vi gang xám phân làm hai phần : kim loại (cơ bản) raphit Tuỳ theo mức độ graphit hố gang xám có ba loại :
-Gang xám pherit : Tổ chức gồm kim loại sắt nguyên chất kỹ thuật
herit) graphit Loại gang có độ bền thấp
-Gang xám pherit-peclit : Gồm có kim loại thép trước tích graphit,
ợng bon kim loại < 0,80%
-Gang xám peclit : Gồm có kim loại thép tích graphit, lượng bon
ong kim loại 0,80%, loại gang có độ bền cao
là nơi tập trung ứng suất Giới hạn bền kéo khoảng phit có tính bơi trơn tốt làm giảm ma sát, tăng tính chống mài mịn, có khơng, 6
g
a
(p
b
læ
c
tr
6.2.3-Cơ tính biện pháp nâng cao tính :
a-Cơ tính : Do có graphit dạng nên làm giảm mạnh độ bền kéo gang,
khoảng 1/3-1/5 so với thép tương ứng Do graphit tấm, bề mặt lớn chia cắt mạnh kim loại có hai đầu nhọn
150÷350MN/m2
Tuy nhiãn gra
tác dụng làm tắt rung động dao động cộng hưởng
Độ cứng thấp 150÷250HB, phoi dễ gãy, cắt gọt tốt Độ dẻo xấp xỉ 0,50%
δ ≈ khơng bíến dạng dẻo Độ dai ak < 100kJ/m2
a)
Hình 6.1.Tổ chức tế vi gang xám b)
a)Gang xaïm pherit b)Gang xaïm pherit-peclit c)Gang xaïm peclit
(3)b-Các biện pháp nâng cao tính :
Các yếu tố ảnh hưởng đến tính gang xám : kim loại, hình dáng, số lượng kích thước graphit Trong kim loại ảnh hưởng định nhất, kim loại bền tính gang cao Ta có biện pháp sau :
-Giảm lượng bon gang : giảm lượng graphit tự Ngày xu ï lượng bon thấp từ 2,2
hướng dùng gang co ÷2,5% Tuy nhiên phải dùng lị có nhiệt ộ c
ït gang lng vo khn
các ngun tố hợp kim cần thiết nấu luyện để hoá bền
úi kG/mm2
xám sử dụng rộng rãi làm vỏ, nắp máy, thân máy, vỏ hộp ÁM BIẾN TRẮNG :
không dùng gang trắng, nhiên số g xám biến có bề mặt bị biến thành gang trắng với chiều dày định có độ cách đúc gang
Là loại gang có tổ chức graphit tương đối thu gọn dạng cụm bơng, tính dẻo ơng đối cao, mặt gãy có màu xám Nhìn bề ngồi khơng thể phân biệt với ang xám
.3.1.Thành phần hoá học :
Do ủ từ gang trắng nên thành phần hoá học tương tự gang trắng đem ủ uy nhiên với gang dẻo thường dùng lượng bon thấp khoảng từ 2,2 2,8% để raphit làm cho tính dẻo cao Lượng silíc phải vừa đủ để nhận gang hoàn toàn
ắng đúc đủ để thúc đẩy q trình graphit hố ủ, thông thường tổng lượng on -silic khoảng 3,5% Vật đúc đem ủ phải có tiết diện (thành) mỏng để nguội nhanh .3.2.Tổ chức tế vi :
Tương tự gang xám, tuỳ theo mức độ tạo thành graphit (graphit hoá), gang dẻo ược chia làm ba loại :
-Gang deío pherit :
Là loại gang có kim loại sắt nguyên chất kỹ thuật, có graphit cụm hay ơng phân bố
đ ao (lò điện) nấu chảy nhiệt độ nóng chảy gang bị nâng cao
-Biến tính : để làm nhỏ mịn graphit, chất biến tính gồm 65% pherơ silic 35%Al trước ro
-Hợp kim hoá : cho thêm
nền kim loại, nâng cao độ thấm tơi, tính chống ăn mòn, mài mòn, chịu nhiệt -Nhiệt luyện : để tạo kim loại phù hợp với yêu cầu sử dụng 6.2.4-Ký hiệu công dụng :
a-Ký hiệu : Theo TCVN 1659-75 quy định ký hiệu gang xám hai chữ GX (có
nghĩa gang xám), tiếp nhóm số giới hạn bền kéo giới hạn bền uốn tơ thiểu tính theo đơn vị
Ví dụ : GX15-32 có giới hạn bền kéo tối thiểu 15kG/mm2 giới hạn bền uốn tối
thiểu 32kG/mm2
b-Cäng duûng : Gang
số, mặt bích, te, bánh tốc độ chậm, bánh đà, sơ mi, xéc măng, ổ trượt 6.2.5.GANG X
Trong sản xuất khí
trường hợp để sản xuất bi nghiền, trục nghiền, trục xay xát ta sử dụng gan trắng Loại gang
cứng cao tính chống mài mịn lớn Chế tạo gang xám biến trắng xám khuôn kim loại, lớp bề mặt nguội nhanh biến thành gang trắng 6.3.GANG DẺO :
tỉ g 6
T ÷
g tr b 6 â
1
(4)2-Gang pherit-peclit :
Là gang có kim loại thép trước tích graphit cụm hay bơng
-Gang pẹc lêt :
Là gang có kim loại thép tích graphit cụm hay
rong ba loại gang dẻo gang dẻo pherit có độ bền thấp gang dẻo peclit
ẻo cao lượng bon thấp, graphit tính trung gian gang xám gang cầu, giới
3
T
có độ bền cao
a) b)
Hình 6.2 -Tổ chức tế vi gang dẻo b)Gang dẻo pherit-peclit c)Gang dẻo peclit a)Gang dẻo pherit
c) 6.3.3.Cå :
Đặc tính bật gang dẻo có độ d dạng tương đối thu gọn Cơ
hạn bền σb = 300÷600MN/m2, σ
0,2 =200÷450MN/m
2 Độ cứng thấp 200HB
dễ cắt gọt
6.3.4.Ký hiệu công dụng :
1-Ký hiệu :
TCVN 1659-75 quy định ký hiệu gang dẻo hai chữ GZ (gang dẻo) hai dài tương đối ( nhóm số giới hạn bền kéo tối thiểu tính theo kG/mm2 độ giãn δ )
-03 - có giới hạn bền kéo tối thiểu 60 kG/mm2 và độ giãn dài
tênh theo %
Ví dụ : GZ60 tương đối 3%
2-Cäng duûng :
(5)-Chịu va đập (tính dẻo)
-Tiết diện mỏng (dễ tạo vật đúc gang trắng)
Trong thực tế gang dẻo sử dụng chi tiết máy dệt, máy nông nghiệp, uốc bàn, guốc hãm xe lửa Nếu vật đúc thơng thường dùng gang xám giá thành
ấp
.4.GANG CẦU :
Là loại gang có tổ chức graphit thu gọn dạng cầu, gang cầu có độ ền cao loại gang có graphit
.4.1.Thành phần hố học :
Do chế tạo từ gang xám nên gang cầu có thành phần hố học giống gang ám, có số đặc điểm sau :
-Lượng bon silic cao tới c
th 6 b 6 x
÷6% để bảo đảm khả graphit hố
-Khơng có hay ngun tố cản trở q trình cầu hố : Ti, Al, Sn, Pb, n, Bi đặc biệt S
-Chứa lượng nhỏ chất biến tính Mg hay Ce : (0,04 Z
÷0,08)% -Có nguyên tố nâng cao tính : Ni < 1%, Mn (2%)
.4.2.Tổ chức tế vi :
Tuỳ theo mức độ graphit hoá gang cầu chia làm ba loại :
1-Gang cầu pherit : kim loại sắt nguyên chất graphit cầu
pherit - peclit : kim loại thép trước tích graphit cầu,
.4.3.Cå : 6
2-Gang cầu
3-Gang cầu péclit : kim loại thép tích graphit cầu
6
a) b)
Hình 6.3-Tổ chức tế vi gang cầu a)Gang cầu pherit
(6)Gang cầu có tính cao, giới hạn bền kéo 70÷80% so với thép tương ïng, độ bền từ 400 1000MN/m2,
ư ÷ δ % = 5÷15%, aK = 300÷600kJ/m2 Gang cầu bị
há huỷ giòn gang xám Độ cứng xấp xỉ 200 HB gia công cắt gọt tốt .4.4.Ký hiệu công dụng :
:
Theo TCVN 1659-75 quy định ký hiệu gang cầu hai chữ GC (gang cầu) ác nhóm số gới hạn bền kéo tối thiểu theo kG/mm2 độ giãn dài tương đối
p 6
1-Ký hiệu
c δ %
Ví dụ : GC100-04 - có giới hạn bền kéo tối thiểu 100kG/mm2 độ giãn dài tương ố
â i δ = 4%
-Cäng duûng :
Gang cầu chủ yếu dùng thay thép để chế tạo chi tiết hình dáng phức tạp ục khuỷu xe ô tô du lịch vận tải nhỏ Ngồi cịn dùng làm số chi tiết quan ọng khác
.5.GANG HỢP KIM :
Gang hợp kim gang mà sắt bon cịn có thêm ngun tố khác ược cố ý đưa vào để nâng cao tính chất chúng (chủ yếu tính) : Cr, n, Ni, Cu Trong Cr làm tăng mạnh độ thấm tôi, Mn Ni làm tăng độ bền, Cu âng cao tác dụng chống ăn mòn Gang hợpü kim có sở gang xám, dẻo hay cầu
2
(7)CHƯƠNG : KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THÉP 7.1.KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THÉP
7.1.1.Khái niệm :
n chứa lượng nhỏ nguyên tố Mn, Si, P, S Với loại C
Thép bon hợp kim sắt cácbon với hàm lượng bon nhỏ 2,14% Ngồi thép l
thép bon ngồi sắt có chứa ≤ 2,14%; Mn ≤ 0,80%; Si 0,40%; P
uyện : ôxy, hydrô, nitơ Nhưng số lượng chúng n hoá học tác dụng nguyên tố đến tổ chức tính chất
ợng bon = 0,80% : tổ chức peclit
-Nếu hàm lượng bon > 0,80% : tổ chức peclit xêmentit thứ hai
Mặt khác hàm lượng bon tăng lên lượng xêmentit tăng lên, cản trở mạnh uá trình trượt pherit làm cho độ bền, độ cứng thép tăng lên, độ dẻo độ dai iảm Tuy nhiên độ bền lớn đạt với hàm lượng bon từ 0,80-1,0%, vượt uá giới hạn lượng xêmentit thứ hai nhiều làm cho thép dòn, độ bền giảm
.5.1-154)
Thép bon với hàm lượng khác sử dụng lĩnh vực hoàn toàn hác
-Mangan : cho vào thép dạng pherô mangan để khử ôxy loại bỏ tác hại
eO thẹp lng :
Mn + Fe Fe + MnO
Ôxyt mangan lên vào xỉ lấy khỏi lò Ngồi mangan cịn có tác ụng loại bỏ tác hại lưu huỳnh thép Mangan hoà tan vào pherit nâng cao nh cho thép, nhiên tác dụng khơng lớn lượng chứa nhỏ Lượng mangan ong thép từ 0,50 0,80%
-Silic : cho vào thép dạng pherơ silíc để khử ơxy loại bỏ tác hại FeO
ong thẹp lng :
Si + Fe + SiO2
Điôxyt silic lên vào xỉ lấy khỏi lị Ngồi silic cịn hồ tan vào ≤
S 0,05% Thép bon sử dụng rộng rãi khí (tỷ lệ 60÷70%) ngành cơng nghiệp khác
Ngồi ngun tố thép bon cịn chứa lượng khí nhỏ hình thành trình nấu k
≤
q ít, ảnh hưởng khơng đáng kể đến tính chất nên ta thường khơng quan tâm đến 7.1.2.Thành phầ
ca thẹp :
1-Các bon : nguyên tố quan trọng định đến tổ chức tính chất thép
Với hàm lượng bon khác thép có tổ chức tế vi khác : -Nếu hàm lượng bon < 0,80% : tổ chức pherit péclit -Nếu hàm lư
q g q (h k
2
F
O → d
tê
tr ÷
3
tr
FeO →
(8)herit lớn (đến 1,20% Fe - C ảm đột ngột nhiệt độ giảm Do gây xơ lệch mạng phe rit lớn (đường kính nguyên tử phốt khác nhiều so với sắt)
ỵ làm cho thép bị dịn Vì lượng phốt thép nhỏ
ïi hảt Khi
ư mặt gia cơng cắt gọt lưu huỳnh ngun tố có lợi tạo sunphua sắt lưu huỳnh đến 0,35%
hân loại thép bon, phương pháp có đặc trưng riêng biệt Hình7.1-nh hưởng cacbon đến tính thép
4-Phốt : Phốt có khả hồ tan vào p
ngun chất) gi
mảnh lm tàng dn kh
Khi vượt q giới hạn hồ tan tạo Fe3P cứng dịn Do phốt làm thép bị dòn nhiệt độ thường gọi dòn nguội (còn gọi bở nguội) Do tính thiên tích mạnh nên cần 0,10%P đa
hơn 0,05% Về phương diện gia công cắt gọt phốt ngun tố có lợi làm cho phoi dễ gãy, lúc lượng phốt đến 0,15%
5-Lưu huỳnh : Lưu huỳnh hoàn toàn khơng hồ tan sắt mà tạo nên hợp chất FeS
Cùng tinh (Fe+FeS) tạo thành nhiệt độ thấp (988OC) phân bố biên giơ
cán, rèn, kéo (nung đến 1000OC) biên giới hạt bị chảy làm thép bị đứt, gãy, tượng gọi dịn nóng (cịn gọi bở nóng) Tuy nhiên dùng mangan để loại bỏ tác hại lưu huỳnh :
Mn + FeS → Fe + MnS (nhiệt độ chảy 1620OC)
Vã
làm cho phoi dễ gãy, trường hợp lượng 7.1.3.Phân loại thép bon :
Có nhiều cách p
cần quan tâm đến để sử dụng hiệu
1-Phân loại theo phương pháp luyện độ tạp chất :
a-Theo phương pháp luyện :
-Thép mác (ngày khơng dùng phương pháp nữa) -Thép lị chuyển (lò L-D, gọi lò thổi)
(9)b-Theo độ tạp chất :
-Thép chất lượng thường : có lượng P S cao đến 0,050% nấu luyện lò L-D có suất cao, giá thành rẻ Các nhóm thép chủ yếu dùng xây dựng
-Thép chất lượng tốt : có lượng P S thấp đến 0,040% luyện lò iện hồ quang Chúng sử dụng chế tạo máy thông dụng
-Thép chất lượng cao : có lượng P S đạt 0,030% luyện lò điện hồ uang có thêm chất khử mạnh, nguyên liệu tuyển chọn kỹ lưỡng
-Thép chất lượng cao : lượng P S khử đến mức độ thấp 0,020% sau hi luyện lò hồ quang chúng tiếp tục khử tiếp tạp chất ngồi lo ìbằng xỉ tổng ợp hay điện xỉ Để hạn chế lượng khí thép phải dùng phương pháp rót hân khơng Thép chhất lượng cao cao dùng chế tạo thiết bị máy móc quan
oüng
-Phân loại theo phương pháp khử ô xy
Theo mức độ khử ô xy triệt để hay không triệt để ta chia thép hai loại thép sôi thép lắng (lặng)
-Thép sôi : loại thép khử ô xy chất khử yếu : phe rô mangan nên ô xy hông khử triệt để, thép lỏng cịn FeO rót khn có phản ứng :
FeO + C Fe + CO
Khí Co bay lên làm bề mặt thép lỏng chuyển động giống tượng sôi Vật
là loại thép khử xy triệt để, ngồi phe rơ mangan cịn dùng phe rô eO nữa, bề mặt thép lỏng phẳng lặng Thép lắng loại thép lắng
â q k h c tr
2
v a k
→ ↑
đúc thép sôi có mật độ thấp chứa nhiều rỗ khí lõm co nhỏ Thép có độ dẻo cao mềm, dập nguội tốt
b-Thép lắng :
silic v nhäm nãn khäng cn F
có độ cứng cao, khó dập nguội Vật đúc thép lắng có mật độ cao lõm co lớn Thép hợp kim
(10)Ngồi cịn loại thép nửa lặng, có tính chất trung gian hai loại khử ôxy phe rô mangan nhơm Ngày có xu hướng dùng thép nửa lặng thay cho thép sôi
3-Phán loải theo cäng dủng :
ì độ dai bảo đảm Nhóm thép sử dụng nhiều chủng
p bon (tiêu chuẩn thép bon) :
ợi Theo tiêu CVN 1765 - 75 nhóm thép bon chất lượng thường ký hiệu ằng
ép quy định tính mà khơng quy định iểu tính theo đơn vị kG/mm2 (với MPa phải
hể tra bảng để tìm tiêu
Dựa theo mục đích sử dụng thép cácbon chia làm hai nhóm : thép kết cấu thép dụng cụ
a-Thép kết cấu : loại thép dùng làm kết cấu chi tiết máy chịu tải cần có độ bền, độ dẻo va
loại sản phẩm lớn Đây nhóm thép chất lượng tốt cao
b-Thép dụng cụ : loại thép làm dụng cụ gia công biến dạng kim loại : dụng cụ cắt, khuôn dập, khuôn kéo Chúng giữ vai trị quan trọng để gia cơng chi tiết kết cấu máy Số lượng thép dụng cụ khơng lớn chủng loại sản phẩm chúng
7.1.4.Ký hiệu thé
1-Thép bon chất lượng thường (thép bon thông dụng) :
Là loại thép chủ yếu dùng xây dựng, cung cấp qua cán nóng khơng nhiệt luyện, dạng bán thành phẩm : ống, thanh, tấm, thép hình, s
chuẩn Việt Nam T
b chữ CT (C - bon, T - thép chất lượng thường) Nếu cuối mác thép khơng ghi thép lắng (lặng), có s thép sơi, n thép nửa lặng Chúng chia làm ba phân nhóm :
a-Phán nhọm A : l loải th
thành phần hóa học Giới hạn bền kéo tối th
nhân thêm 10), có t σ 0,2, δ ψ, aK Gồm mác CT31,
tra bảng) Ký hiệu phân
tính thành phần hoá học Ký
m A, kh đầu mác Ví dụ
â ïm phải dựa vào phần hoá học ta tra CT38
cao hån (P, S 33, 34, 38, 42, 51, 61
b-Phân nhóm B : loại thép quy định thành phần hố học mà khơng quy định tính (thành phần tìm thấy
nhóm tương tự phân nhóm A, khác thêm chữ B đầu mác Ví dụ BCT31, BCT33 BCT61
c-Phân nhóm C : gồm thép quy
hiệu chúng tương tự phân nhó ác thêm chữ C CCT31, CCT33 CCT61 Để tìm tiêu thép ph n nho ta hai phân nhóm Chẳng hạn với mác thép CCT38, tìm thành bảng theo mác BCT38, tính theo mác
2-Thép kết cấu :
Theo TCVN 1766-75 quy định ký hiệu chữ C chữ số lượng bon trung bình thép tính theo phần vạn Ví dụ : C05, C10, C15 C65 Nếu cuối mác thép có chữ A loẵi chất lượng ≤ 0,030%)
định ký hiệu chữ CD (C-các bon, D-dụng cụ) ng bon trung bình thép theo phần vạn Nếu cuối
3-Thẹp dủng củ :
(11)mạc thẹp
õt bon người ta cố ý đưa thêm vào
n tố có lợi, cố ý đưa vào thép gọi nguyên tố hợp kim Tuỳ theo m khơng giống nhau, có thêm chữ A có nghĩa chất lượng cao Ví dụ : CD70, CD80 CD130 (CD70A, CD80A CD130A)
7.3.KHÁI NIỆM VỀ THÉP HỢP KIM : 7.3.1.Khái niệm :
Thép hợp kim loại thép să
nguyên tố có lợi, với số lượng định đủ lớn để làm thay đổi tổ chức cải thiện tính chất (cơ, lý, hố mà chủ yếu tính) chúng
Cạc ngu
tác dụng chúng thép mà giới hạn nguyên tố hợp ki nguyên tố tác dụng mạnh giới hạn nhỏ
Mn ≥ 0,80÷1,00% Si ≥ 0,50÷0,80% Cr ≥ 0,50÷0,80% Ti ≥ 0,10% W ≥ 0,10÷ 0,50% Mo 0,05≥ ÷0,20%
B 0,0005%
: Do có tính thấm tơi cao nên thép hợp kim có độ bền cao hẳn thép
Ni ≥ 0,50÷0,80% Cu ≥ 0,30% ≥
7.3.2.Các đặc tính thép hợp kim :
1-Cå tênh
bon có lượng chứa bon Ưu việt thể rõ qua nhiệt luyện với kích thước lớn (φ> 20mm) Mặt khác tốc độ tới hạn nhỏ nên dùng môi trường yếu lượng biến dạng giảm
Tuy có độ bền cao độ dẻo độ dai thấp nên tính cơng nghệ thép
o 2000C, nhiệt độ thép hợp kim ön
7.3.
ï pha thêm vào nguyên tố
Các nguyên tố hợp kim có tác dụng hịa tan vào dung dịch rắn sắt Mn,Si, r, Ni
Với lượng hòa tan nhỏ : (cỡ vài phần %) chúng không làm thay đổi đáng kể hình giản đồ pha Fe-C chúng hòa tan vào sắt nhiệt độ khác Khi ịa tan vào phe rít dạng thay chúng gây xô lệch mạng, làm tăng độ ền độ cứng, làm giảm độ dẻo độ dai với mức độ khác
Mn Si làm tăng mạnh độ bền độ cứng lại làm giảm đáng kể độ dẻo độ (với 2%Si 3,5%Mn độ dai
bon (trừ độ thấm tơi)
2-Tính chịu nhiệt độ cao :
Các nguyên tố hợp kim cản trở khuếch tán bon làm máctenxit khó phân hóa bít khó kết tụ ca
bê thép bon Một số thép hợp kim xyt tạo thành nhiệt độ cao có màng sít chặt có tính bảo vệ tốt
3-Có tính chất lý hóa học đặc biệt :
Một số thép hợp kim có tính chất lý hóa học đặc biệt mà thép bon khơng thể có : chống ăn mịn cao, chịu nóng lớn, chống mài mịn cao, từ tính cao giãn nở đặc biệt
3.Tác dụng nguyên tố hợp kim đến tổ chức thép : Có thể xem thép hợp kim thép bon co
hợp kim Trong phần ta xem xét ảnh hưởng nguyên tố hơpü kim đến tổ chức giản đồ pha Fe-C
1-Ảnh hưởng đến dung dịch rắn sắt :
C d h b
(12)Mặc dù hai nguyên tố làm tăng đáng kể độ thấm có giá thành thấp hơng thể sử dụng với hàm lượng lớn
Cr Ni làm tăng độ bền độ cứng không mạnh Si, Mn lại không làm iảm nhiều độ dẻo, độ dai Trong số trường hợp làm tăng độ dai, có ể sử dụng với hàm lượng lớn (đến 4%) Thép hợp kim hóa crơm niken
lm tàn a
à
ía tổ chức austenit (mở k
g th
g mạnh độ thấm tôi, nâng cao độ cứng, độ bền mà trì tốt độ déo v ì độ dai Tuy nhiên Ni đ õt tiền làm giá thành thép cao, dùng cho chi tiết quan trọng cần độ tin cậy cao
Với lượng hòa tan lớn : (> 10%) : Khi hòa tan với hàm lượng lớn nguyên tố hợp kim làm thay đổi hẳn hình dáng giản đồ pha Fe-C
Mn Ni hịa tan có tác dụng mở rộng khu vực tồn cu
rộng vùng phaγ thu hẹp vùng pha α) giản đồ pha Fe-C Với hàm lượng lớn từ
Crôm nguyên tố thu hẹp khu vực tồn austenit (thu hẹp vùng pha 10-20% tổ chức austenit tồn nhiệt độ thườìng gọi thép austenit
Hình 7.3- Giản đồ pha Fe- nguyên tố hợp kim: a) Khi hồ tan vơ hạn vào γ-Fe; b) Khi hồ tan có hạn vào γ-Fe
γ rộng vùng pha α), với lượng Cr đủ lớn khu vực γ
m không tồn mà tổ chức phe
t tồn nhiệt độ cao chảy lỏng Hợp kim gọi thép phe rit Thép austenit thép phe rit khơng có chuyển biến pha nung nóng làm guội Do khơng thể hóa bền phương pháp tơi Các trường hợp ặp thép đặc biệt (thường thép khơng rỉ, thép chịu nóng)
-Tảo thnh cạc bêt :
Tất nguyên tố hợp kim (trừ Si, Ni, Al, Cu, Co) ngồi khả hịa tan vào sắt cịn kết hợp với bon tạo thành bít Đó ngun tố : Mn, Cr, Mo,
ûo bít mạnh Thứ tự tạo bít
ri n g
2
W, Ti, Zr, Nb Điều kiện để tạo thành bít số điện tử phân lớp d (3d, 4d, 5d) nguyên tử nguyên tố nhỏ (là điện tử lớp d Fe) Số nguyên tử phân lớp nhỏ khả ta
nguyên tố sau (theo chiều mạnh dần lên) :
(13)ước Tùy theo nguyên tố hợp kim cho vào hàm lượng nó, thép :
: Mn, Cr, Mo, W chúng hịa tan im khó phân hủy xêmentit nên nhiệt độ tơi có cao
(>10%) Cr hay Mn tạo nên bit với
khong 1550
Hình7.4 -nh hưởng Mn (a) Cr (b) đến vùngαvàγ trên giản đô pha Fe-C Khi cho nguyên tố hợp kim vào thép bon ưu tiên tác dụng với nguyên tố mạnh tr
hợp kim có pha bít sau
-Xêmentít hợp kim (Fe, Me)3C : Nếu thép chứa lượng nguyên tố tạo bít trung bình tương đối mạnh (1-2%)
thay vị trí nguyên tử sắt xêmentit tạo nên xêmentit hợp kim (Fe, Me)3C Xêmentít hợp k
-Các bit với kiểu mạng phức tạp (cácbit phức tạp) : Khi hợp kim hóa đơn giản (một nguyên tố hợp kim) với số lượng lớn
kiểu mạng phức tạp : Cr7C3, Cr23C6, Mn3C có đặc điểm sau : +Có độ cứng cao xêmentit
+Nhiệt độ nóng chảy khơng cao ÷18500C có tính ổn định cao
ho vào thép với hàm lượng (0,10%) tạo bit có kiểu mạng đơn
nóng, có tác dụng giữ cho hạt nhỏ nâng cao tính chống
dai v cå
hơn nên nhiệt độ phải lớn 10000C
+Khi có Cr với W hay Mo tạo bit kiểu Me6C, có tính ổn định cao loại trên, khó hịa tan vào austenit nên nhiệt độ tơi nâng cao đến 1200÷13000C
-Các bit với kiểu mạng đơn giản : Các nguyên tố tạo bit mạnh mạnh ì V, Ti, Zr, Nb c
giản VC, TiC, ZrC, NbC có đặc điểm : +Có độ cứng cao dịn xêmentit
+Nhiệt độ nóng chảy cao (xấp xỉ 30000C) nên khó phân hủy hịa tan
vo austenit nung mi mn
-Vai trị bít hợp kim :
+Làm tăng độ cứng, tính chống mài mòn mạnh xêmentit Do thép dụng cụ tốt phải thép bon cao hợp kim cao
(14)+Tiết khỏi máctenxit kết tụ lại nhiệt độ cao giữ độ cứng sau tơi đến 50 6000C (tính cứng nóng)
:
Các thép hợp kim thơng thường có tổ chức peclit (trừ số thép đặc biệt), ó nung nóng có chuyển biến peclit thành austenit, bit hòa tan vào austenit ạt austenit phát triển lên Tuy nhiên có số đặc điểm sau :
-Sự hịa tan cácbit hợp kim khó khăn nên cần nhiệt độ cao thời gian iữ nhiệt dài
-Các bit hợp kim khó hồn tan vào austenit nằm biên giới hạt hàng rào giữ ho hạt nhỏ Tác dụng mạnh với Ti, Zr, Nb mạnh với V mạnh với W, Mo iêng Mn làm cho hạt lớn) Do thép hợp kim giữ hạt nhỏ thép bon ung nhiệt độ
-Sự phân hóa đẳng nhiệt austenit nguội độ thấm :
Đây tác dụng quan trọng điển hình nguyên tố hợp kim
-Sự phân hóa đẳng nhiệt au stenit nguội : Khi hòa tan vào austenit tâtú ác nguyên tố hợp kim (trừ Co) với mức độ khác làm chậm tốc độ phân óa đẳng nhiệt austenit nguội (làm đường cong chữ C chạy sang phải) ìm giảm tốc độ tơi tới hạn Nếu khơng hịa tan vào austenit mà dạng bit có tác ụng ngược lại
-Độ thấm : Do làm giảm tốc độ tới hạn nên nguyên tố hợp kim (trừ Co) hi hòa tan vào austenit làm tăng độ thấm tơi Nhờ tác dụng mà thép hợp kim ó thể thấu hay tự (làm nguội không khí tạo thành máctenxit - thép gió)
à thép bon khơng thể có 0÷
7.3.4.Ảnh hưởng nguyên tố hợp kim đến trình nhiệt luyện :
Các nguyên tố hợp kim ảnh hưởng mạnh đến trinh nhiệt luyện đặc biệt tơi ram ảnh hưởng lớn đến tính
1-Chuyển biến nung nóng để tôi
â h g c (r n 2
c h la d k c m
Hình 7.5- Sự chuyển dịch sang phải đường cong chữ “C” các nguyên tố hợp kim
(15)3-C
ïng sau từ 1-10HRC Tuy nhiên hồn tồn khắc cơng lạnh
4-C
ìm tăng mạnh độ cứng tính chống mài øn biến thành máctenxit ram bit tiết nhỏ làm độ cứng tăng lên so với sau gọi độ cứng thứ hai
1-Thiãn têch :
ác thép hợp kim đặc biệt loại hợp kim cao kết tinh thành phần tổ chức không đồng nhất, cán tạo thành tổ chức thớ làm cho tính theo phương dọc ngang thớ khác nhiều (đến 50
ïng sau tơi từ 1-10HRC Tuy nhiên hồn tồn khắc cơng lạnh
4-C
ìm tăng mạnh độ cứng tính chống mài øn biến thành máctenxit ram bit tiết nhỏ làm độ cứng tăng lên so với sau gọi độ cứng thứ hai
1-Thiãn têch :
ác thép hợp kim đặc biệt loại hợp kim cao kết tinh thành phần tổ chức không đồng nhất, cán tạo thành tổ chức thớ làm cho tính theo phương dọc ngang thớ khác nhiều (đến 50
Hình 7.6- Sơ đồ biểu diễn giảm tốc độ tới hạn (a) sự tăng độ thấm (b) thép hợp kim so với thép C
huyển biến máctenxit :
Khi hòa tan vào austenit, nguyên tố hợp kim (trừ Co, Si, Al) hạ thấp nhiệt độ chuyển biến máctenxit làm tăng lượng austenit dư sau Cứ 1% nguyên tố hợp kim làm giảm điểm Mđ như sau : Mn - 450C, Cr - 350C, Ni - 260C, Mo - 250C
Do âọ s lm gim âäü cỉ
ìa tan vào austenit, nguyên tố hợp kim (trừ Co, Si, Al) hạ thấp nhiệt độ chuyển biến máctenxit làm tăng lượng austenit dư sau Cứ 1% nguyên tố hợp kim làm giảm điểm M
phục nhược điểm gia phục nhược điểm gia
huyển biến ram :
Nói chung nguyên tố hợp kim hịa tan vào máctenxit cản trở phân hóa ram có nghĩa làm tăng nhiệt độ chuyển biến ram Có tượng nguyên tố hợp kim cản trở mạnh khuếch tán cácbon Do dẫn tới kết qủa sau :
-Các bit tạo nhỏ mịn phân tán la
huyển biến ram :
Nói chung nguyên tố hợp kim hòa tan vào máctenxit cản trở phân hóa ram có nghĩa làm tăng nhiệt độ chuyển biến ram Có tượng nguyên tố hợp kim cản trở mạnh khuếch tán cácbon Do dẫn tới kết qủa sau :
-Các bit tạo nhỏ mịn phân tán la
mòn tượng gọi biến cứng phân tán Trong số thép hợp kim cao ram nhiệt độ thích hợp austenit dư chu
mịn tượng gọi biến cứng phân tán Trong số thép hợp kim cao ram nhiệt độ thích hợp austenit dư chu
mën, phán tạn mën, phán taïn
-Khi ram hay làm việc nhiệt độ thép hợp kim có độ bền, độ cứng độ dai cao (do ram cao khử bỏ ứng suất dư nhiều hơn) 7.3.4.Các dạng hỏng thép hợp kim :
-Khi ram hay làm việc nhiệt độ thép hợp kim có độ bền, độ cứng độ dai cao (do ram cao khử bỏ ứng suất dư nhiều hơn) 7.3.4.Các dạng hỏng thép hợp kim :
C C
â nhæ sau : Mn - 45
0C, Cr - 350C, Ni - 260C, Mo - 250C
Do âọ s lm gim âäü cỉ
÷70% hay cao hơn) Khắc phục ủ khuếch tán sau cán nóng Tuy nhiên với tiết diện lớn khắc phục triệt để được, thấy dạng hỏng
2-Đ õng (điểm trắng) :
à tượng mặt gãy số thép hợp kim có vết nứt nhỏ có dạng lốm đốm trắng Ngun nhân hydrơ có thép gây Ở trạng thái lỏng hyđrơ hịa tan
ốm tră
(16)khá nhiều thép trạng thái rắn độ hòa tan giảm mạnh, đặc biệt từ 200 trở giảm đột ngột Do hyđrơ thóat nhiều tập trung lại tạo nên áp suất lớn gây nứt tế vi Hiện tượng thường gặp thép Cr-Ni, Mo, Cr-Ni-W qua cán nóng (khơng thấy thép đúc)
Khắc phục : sấy khô mẻ liệu nấu luyện khí cán nóng làm nguội chậm để hyđrơ kịp thóat
3-D
luật chung ram nhiệt độ tăng lên độ dai liên tục tăng 6500C
hưng thép hợp kim ram có xuất hai cực tiểu độ dai tăng nhiệt độ
ị ơng thuận nghịch) : Xuất ram thép hợp kim nhiệt độ ộ dai thấp (một số trường hợp thấp sau tôi) Thép
0C
oìn ram :
Quy N
Hiện tượng gọi dịn ram Có hai loại dịn ram :
Hình 7.7-nh hưởng nhiệt độ ram đến độ dai va đập thép hợp kim -D n ram loại I (kh
2800C÷3500C, cọ â
bon có tượng nhiệt độ thấp
Nguyên nhân bit ε tiết dạng hay austenit dư chuyển biến thành máctenxít ram làm thép dòn Khắc phục : tránh ram khoảng nhiệt độ
-Dòn ram loại II (thuận nghịch, sửa chữa được) : Xảy thép hợp kim hóa Cr, Mn, Cr-Ni Cr-Mn ram 500÷6500C làm nguội chậm (làm nguội nhanh
häng coï)
Nguyên nhân làm nguội chậm sau ram nhiệt độ cao thúc đẩy ình tiết pha dòn biên giới hạt Khắc phục : với chi tiết trung bình nhỏ ìm nguội nhanh dầu hay nưóc sau ram Với chi tiết lớn hợp kim hóa thêm ,50% Mo hay 0,50 1,00%W
k tr la
(17)7
Hình 7.8- Đường cong chữ “C” loại thép. a)Thép họ peclit; b)th
.3.5.Phân loại thép hợp kim :
-Theo tổ chức cân : Theo tổ chức cần (sau ủ) có loại thép sau :
-Thép trước tích : peclit phe rit tự -Thép tích : péclit
-Thẹp sau cng têch : pẹclit v cạc bit tỉû -Thẹp austenit
nhận hỗn hợp phe rit xêmentit iến máctenxit làm nguội khơng khí
ẹp hoü mactenxit; c)Theïp hoü austenit
uyên tố hợp kim chủ yếu có út tính chất ngun
biết giá trị, ức độ q
ợp kim trung bình : có tổng lượng ngun tố hợp kim 2,50 10% -Thép hợp kim cao : có tổng lương nguyên tố hợp kim lớn 10%
5-Theo cäng duûng :
-Thép hợp kim kết cấu -Thép hợp kim dụng cu.û -Thép hợp kim đặc biệt 7.3.6.Ký hiệu thép hợp kim :
TCVN 1759-75 quy định ký hiệu thép hợp kim theo quy luật sau :
1
-Theïp lãâãburit -Thẹp phe rit
2-Theo tổ chức thường hóa : Tiến hành thường hóa mẫu thép có đường kính 25mm
-Thẹp h pẹc lit : lm ngüi khäng khê (peclit, xoocbit, trästit)
-Thép họ mactenxit : xảy chuyển b
-Thép họ austenit : có tổ chức austenit tồn nhiệt độ thường
3-Theo tên nguyên tố hợp kim chủ yếu : Dựa vào ng
lượng chứa lớn để phân loại Cách phân loại biê tố hợp kim đưa vào đốn tính chất thép
-Theïp Cr, theïp Mn, theïp Ni -Theïp Cr-Ni, Cr-Ni-Mo, Cr-Ni-Ti
4-Theo tổng lượng nguyên tố hợp kim : Cách phân loại cho ta
m u v giạ thnh ca thẹp
-Thép hợp kim thấp : có tổng lượng nguyên tố hợp kim nhỏ 2,50%
(18)-Sơ ưu tiên mác thép lượng bon trung bình có thép theo phần vạn, nê xấp xỉ 1% khơng ghi
-C ỵ ký hiệu hoá học nguyên tố hợp kim, số đứng sau chữ lượng chứa cu theo phần trăm, xấp xỉ 1% khơng ghi
-Cuối mác thép có chữ A thép có chất lượng tốt -Thép có cơng dụng riêng ký hiệu riêng
Vê duû : 12Cr18Ni9Ti coï : 0,12%C; 18%Cr; 9%Ni; 1%Ti 50CrNiMo coï : 0,50%C; 1%Cr; 1%Ni; 1%Mo
38CrMoAlA có : 0,38%C; 1%Cr; 1%Mo; 1%Al; A -loại tốt
OL100Cr1,5SiMn - OL thép ổ lăn, có : 1%C; 1,5%Cr; 1%Si; 1%Mn 3%Mn; Đ : chế tạo sản phẩm phương háp đúc.
ú âá úu ạc
ía
(19)CHƯƠNG : THÉP KẾT CẤU
ïi khối lượng lớn để chế tạo chi tiết húng đáp ứng yêu cầu khác tính, ác
ời gian làm việc rong điều kiện tải trọng quy định
dạng dẻo Do giới hạn chảy cao yêu cầu thép kết cấu
ûn tải trọng động Chỉ tiêu định độ tin cậy làm việc, đảm bảo
u kiện tải trọng thay đổi
bề mặt chúng phải có độ cứng cao để chống mài mòn tốt Nâng
ghệ tốt :
ú lượng lớn phải qua dạng gia công biến dạng
phải có thành phần hố học phù hợp để đáp ứng yêu öu
ệ thép kết
g bon thấp : 0,10 0,25% iới hạn chảy độ dẻo có lượng bon trung bình : 8.1.KHÁI NIỆM CHUNG VỀ THÉP KẾT CẤU :
Thép kết cấu thép sử dụng vơ máy kết cấu chịu tải C
x hình dạng, kích thước đạt độ bóng bề mặt theo yêu cầu lắp ráp 8.1.1.Yêu cầu thép kết cấu :
1-Cơ tính tổng hợp cao :
Đây yêu cầu định khả chịu tải th cho chi tiết máy t
a-Độ bền cao : độ bền cao giúp cho máy móc có cơng suất lớn hơn, nhỏ gọn tuổi thọ cao Trong chi tiết máy ứng suất sinh không lớn giới hạn chảy khơng phép biến
quan trọng tính
b-Độ dai va đập cao : tiêu quan trọng chi tiết máy thường làm việc điều kiê
cho chi tiết khơng bị phá huỷ dịn Đây yêu cầu đặc biệt quan trọng phương tiện giao thông
c-Giới hạn mỏi cao : Khá nhiềìu chi tiết làm việc điề có chu kỳ cần phải có giới hạn mỏi cao để tránh phá huỷ mỏi
d-Tính chống mài mịn cao : Chi tiết máy làm việc điều kiện ma sát mài mịn mạnh,
cao tính chống mài mòn nhiệt luyện
2-Tênh cäng n
Do sản xuất với sơ
nóng, cắt gọt nên thép phải có tính cơng nghệ tốt để hạ giá thành gia công Hầu hết chi tiết máy phải qua nhiệt luyện để đảm bảo yêu cầu tính Do thép có độ thấm tơi cao, dễ nhiệt luyện góp phần hạ giá thành đáng kể
3-Tính kinh tế :
Do sản lượng lớn, chủng loại nhiều nên yêu cầu giá thành thép phải rẻ Tuy nhiên yêu cầu phải đặt sau độ bền Trong số trường hợp quan trọng phải dùng thép q bỏ qua yêu cầu
8.1.2.-Thành phần hoá học : Thép kết cấu
cá nãu trãn
1-Các bon : nguyên tố định tính tính cơng ngh
cấu Do hàm lượng bon thép kết cấu quy định chặt chẽ từ 0,10÷0,65% Tuỳ trường hợp cụ thể lại chia làm ba nhóm nhỏ sau :
-Nhóm yêu cầu chủ yếu độ dẻo, độ dai có lượn ÷ -Nhóm u cầu chủ yếu g
(20)-Nhóm yêu cầu chủ yếu giới hạn đàn hồi có lượng bon tương đối cao : 0,55÷0,65%
2-Thành phần hợp kim :
Các nguyên tố hợp kim đưa vào thép kết cấu nhằm mục đich nâng cao độ bền ï giá thành cao Các nguyên
g cao độ bền nhờ nâng cao độ thấm tơi Gồm có , Mn, Si, Ni (đơi B) với tổng lượng đưa vào 3% cao ù kiếm
g
20% với mục đích cải thiện nhược điểm
đến 0,30%) để chế tạo chi tiết chịu tải trọng tĩnh va đập cao bề ặt bị mài mòn mạnh : bánh răng, cam, chốt Đặc điểm nhiệt luyện chúng ấm bon, ram thấp
ác bon thép khoảng 0,10 - 0,25% để đảm bảo lõi có độ nguyên tố hợp kim phải có hai tác dụng nâng cao độ thấm tơi thúc ẩy
ạ
ût
do nâng cao độ thấm hố bền pherit, tạo bít phân tán giữ cho hạt nhỏ Tuy nhiên tính cơng nghệ thép hợp kim xấu co
tố hợp kim sử dụng thép kết cấu chia lam hai nhóm :
a-Nhóm nguyên tố hợp kim : nguyên tố chiếm tỷ lệ chủ yếu nguyên tố đưa vào, có tác dụng nân
các nguyên tố sau : Cr ÷
5÷6% Chúng có đặc điểm : -Rẻ, dê
-Nâng cao độ thấm Để đạt mục đích người ta thường dùng hợp kim hóa phức tạp (với tổng lượn xác định sử dụng nhiều nguyên tố hợp kim)
b-Nhóm nguyên tố hợp kim phụ : đưa vào thép với số lượng thường < 0,10% cao khơng q 0,
ngun tố hợp kim gồm có : Ti, Zr, V, Nb, Mo 8.2.THÉP THẤM CÁC BON :
8.2.1.Thành phần hoá học :
Thép thấm bon loại thép có thành phần bon thấp : 0,10÷0,25% (một số trường hợp
m th
1-Các bon : lượng c
dẻo, dai cao sau nhiệt luyện đạt độ bền cao
2-Hợp kim :
đ trình thấm (hoặc khơng cản trở q trình thấm) Ngun tố chủ yếu đựơc dùng crôm kết hợp với mangan, niken
8.2.2.Thẹp cạc bon :
Thường dùng m c thép sau : C10, C15, C20, C25 CT38 Đặc điểm chúng :
-Sau thấm bon nhiệt luyện đạt độ cứng bề mă 60÷62 HRC, chống mài mịn tốt, lõi có độ cứng 30÷40 HRC độ dẻo tốt, độ dai cao, độ bề út 500 600 MN/m2
iến dạng lớn, không làm
-Nh å
am thấp độ biến dạng lớn Côn
n tä ÷
-Độ thấm tơi thấp nên phải tơi nước, độ b chi tiết có hình dáng phức tạp
iệt độ thấm khơng vượt 900OC, tốc độ thấm nhỏ, th ìi gian thấm dài, hạt lớn Sau thấm phải thường hố, tơi hai lần r