Kiến thức về thép và gang; nhiệt luyện

kiến thức chung về vật liệu; thép và gang; công nghệ nhiệt luyện, cơ lý tính; tài liệu cần thiết cho dân cơ khí

Chương 4: Thép 4.1.Sản xuất thép 4.2.Khái niệm thép cacbon & thép hợp kim 4.3.Thép xây dựng 4.4.Thép chế tạo 4.5.Thép dụng cụ 4.1.Sản xuất thép Gang lỏng Khử cacbon Khử oxy Hợp kim hóa Thép •Ngun liệu Gang Thép vụn Chất khử ơxy Fe-Si Fe-Mn Al • Lị nấu thép Lị thổi oxy Lị điện hồ quang • Phản ứng nấu thép  Khử cacbon: Fe + 1/2 O2 = C + FeO =  Khử ôxy : Mn + FeO = Si + 2FeO =  Hợp kim hóa FeO CO + Fe + 2Fe + MnO SiO2 Fe • Đúc cán sản phẩm Thép thỏi Thép tròn : trơn - gân (thép vằn) Thép ống Thép hình Thép dây Thép 4.2.Khái niệm thép cacbon & thép hợp kim 4.2.1 Định nghĩa loại thép 1.1 Thép Cacbon: hợp kim Fe-C với lượng C ≤ 2,14% Ngồi cịn có số tạp chất Mn ≤ 0,8%; Si ≤ 0,4%; P ≤ 0,05%; S ≤ 0,05% 1.2 Thép hợp kim: Thực chất từ thép C, người ta thêm vào số nguyên tố như: Mn,Si,W, Cr, Ni, Mo, Ti để làm tăng tính thép 4.2.Khái niệm thép cacbon & thép hợp kim 4.2.2 Tính chất chung thép 2.1 Cơ tính: Thép có tính tốt gang độ bền, độ dẻo, độ chịu đàn hồi độ chịu va đập… 2.2 Tính cơng nghệ ( so với gang) - Tính gia cơng biến dạng tốt - Tính cắt gọt cao - Dễ hóa bền nhiệt luyện - Tính hàn tốt - Tính đúc gang 4.2.Khái niệm thép cacbon & thép hợp kim 4.2.3 Ảnh hưởng cacbon Cacbon: nguyên tố quan trọng nhất, định chủ yếu đến tổ chức tính thép + Tổ chức tế vi - C < 0,8% tổ chức Ferit + Peclit – thép trước tích; - C = 0,8% tổ chức Peclit – thép tích; - C > 0,8% tổ chức Peclit + XeII – thép sau tích + Về tính : Thép có %C khác có tính khác - Thép Cacbon thấp: C ≤ 0,25%, có độ dẻo, độ dai cao, độ bền, độ cứng thấp nên hiệu ram không cao -Dùng làm kết cấu xây dựng, làm thép lá, để dập nguội, 4.2.3 Ảnh hưởng cacbon - Thép Cacbon trung bình: C =(0,3  0,5)%, có độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ dai cao( có tính tổng hợp cao) +Dùng làm chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh va đập như: trục, bánh răng, - Thép Cacbon tương đối cao: C = (0,5  0,7)%, có độ cứng, độ bền cao, độ dẻo, độ dai không thấp, có giới hạn đàn hồi cao so với thép khác;(khơng cho phép có biến dạng dẻo) + Dùng làm chi tiết cần tính đàn hồi cao như: lị xo, nhíp, - Thép Cacbon cao: C  0,7%, có độ cứng tính chống mài mịn cao + Dùng làm dụng cụ dao cắt, dụng cụ đo, khuôn dập nguội Khi thành phần C tăng lên,độ bền,độ cứng tăng lên, độ dẻo,dai giảm Tuy nhiên riêng độ bền tăng theo C đến giới hạn 0,8  1%C, vượt giới hạn độ bền lại giảm 10 4.4.2 Thép cacbon trung bình • Ứng dụng:  Chi tiết chịu tải trọng tĩnh động lớn cọ xát bề mặt lớn : Bánh răng, trục, cam, chốt  Ví dụ: C35, C40 , C45, C50: Chi tiết máy nhỏ 35Cr, 40Cr, 45CrNi: KT lớn, h.dáng phức tạp 42 4.4.3.Thép cacbon tương đối cao • Đặc điểm : C = 0.5–0.7 % Tổ chức : F+P  -đh =max ,  HB • Ứng dụng:  Chi tiết máy cần tính đàn hồi : lị xo, nhíp ơtơ  Ví dụ: C60, C65, 60Mn, 65Mn : lò xo thường 55Si, 60Si2, 60Si2Mn: lò xo kt lớn 18 60Si2CrA, 60Si2NiA: lò xo, nhíp lớn 43 4.3.Thép dụng cụ 4.3.1 Đặc điểm 4.3.2 Thép dụng cụ cắt gọt 4.3.3 Thép dụng cụ biến dạng 4.3.4 Thép dụng cụ đo 44 4.3.1 Đặc điểm • Thành phần -Cacbon: C  0.7 % Tổ chức : P+XeII - Nguyên tố hợp kim: Chính:Mn, Si, Cr, W…ngthk  3% Phụ : Ti, Zr, Nb, V…ngthk  0.1% -Tạp chất: P, S  0.04 % => Chất lượng tốt • Cơ tính : HRC  56 => Chống mài mòn 45 4.3.2 Thép dụng cụ cắt gọt • Thép cacbon Vc < 4-5 m/ph , Tlv < 200oC Giũa, khoan, cưa, tarô, bàn ren … thao tác tay • Thép hợp kim Vc < 15 m/ph , Tlv  250oC Dao doa, mũi khoan, bàn ren… thao tác máy bán tự động 46 •Thép dao cắt suất cao (Thép gió) -Mác thép : 80W18Cr4V2 ; 90W9Cr4V2Mo 90W18Cr4V2Mo ; 90W18Cr4V2 -Thành phần - Cacbon: C  0.7 % : - Nguyên tố hợp kim: W, Cr, V, Mo…ngthk  15% -Tạp chất: P, S  0.04 % => Chất lượng tốt 47 .Thép dao cắt suất cao (Thép gió) - Cơ tính : HRC  56 => Chống mài mòn Tlv =600oC => Cứng nóng -Ứng dụng : Làm dụng cụ cắt gọt với Vc = 25 – 35 m/ph Tlv =600oC 48 4.3.3.Thép làm dụng cụ biến dạng Thép khuôn dập nguội HRC > 60 => Chống mài mòn  , ak : bảo đảm chịu lực va đập  Thép cacbon : CD100, CD110, CD120 Khn dập kích thước nhỏ ( dày 30-40mm): Khuôn dập kim loại hợp kim Cu, Al  Thép hợp kim : 100Cr, 100CrMn, 110Cr6WV Khuôn dập KT trung bình (dày 75-100mm): Khn dập cắt thép < 3mm, kim loại hợp kim Cu, Al Khuôn lỗ kéo sợi, bàn lăn ren 49  Thép khn dập nóng HB = 350 -450 => Chống mài mịn Tính cứng nóng T = 500 -700oC  , ak : bảo đảm chịu lực va đập  Thép làm khuôn rèn: 50CrNiMo, 50CrNiW  Thép làm khuôn chồn, ép: 30Cr2W8V, 40Cr2W5MoV 50 4.3.4.Thép làm dụng cụ đo • Thành phần : C1% Cr, Mn  1% • Cơ tính : HRC = 63 -65 => Chống mài mịn Kích thước khơng thay đổi : Hệ số giãn nở nhiệt : nhỏ Ổn định tổ chức • Ứng dụng: làm dụng cụ đo 51 THÉP THẤM CACBON + Yêu cầu sử dụng thép thấm cacbon để chế tạo: - Bề mặt cần độ cứng cao tính chống mài mòn để chịu cọ xát bề mặt cao - Lõi có độ dẻo, dai cao tránh tượng gãy, vỡ đột ngột làm việc điều kiện chịu tải trọng động Các thép thường để thấm Cacbon a Thép cacbon: C10, C15, C20, C25 b Thép Crom - Với mác 15Cr, 20Cr, 15CrV, 20CrV c Thép Crom - Niken - Với mác 20CrNi, 12CrNi3A, 20Cr2Ni4A,18Cr2Ni4WA + Đặc điểm nhiệt luyện hóa nhiệt luyện: - Sau thấm, TÔI+ RAM THẤP (1500-2500C ) 52 THÉP HĨA TỐT 4.3.3 Các loại thép hố tốt a, Thép Cacbon + Gồm mác thép sau: C30, C35, C40, C45, C50 (C45 ) a, Thép Hợp kim + Các mác thép: 35Cr, 40Cr, 45Cr, 50Cr (40Cr , 40CrVA) + Các mác thép: 40CrNi, 40CrNiMn, 45CrNi + Đặc điểm nhiệt luyện hóa nhiệt luyện: - Chế độ nhiệt luyện TÔI + RAM CAO (5000- 6500C ) 53 THÉP ĐÀN HỒI a, Thép Cacbon thép Mangan - Gồm mác thép: C55,C60,C65, C70 C80 - Gồm mác thép: 60Mn, 65Mn, 70Mn b, Thép Silic - Gồm mác thép: 55Si2, 60Si2, 65Si2, 70Si2 c, Các loại thép đàn hồi khác + Thép đàn hồi chịu nhiệt - Gồm mác thép: 50CrVA, 50CrMnVA + Thép đàn hồi thấm cao (>50mm) - Gồm mác thép: 60Si2CrVA, 60Si2Ni2A (với 2%Si, 1%Cr 2%Ni; Nhiệt luyện TƠI+ RAM TRUNG BÌNH (3000- 4500C ) 54 Bài tập ứng dụng Cho ký hiệu thép: - Thép cacbon: C18, C45, C65 - Thép hợp kim: 18CrMnTi, 40Cr, 65Mn Yêu cầu chọn thép để chế tạo chi tiết máy làm việc điều kiện sau: + Độ cứng độ chống mài mòn bề mặt cao lõi có độ dẻo dai cao + Cần tính tổng hợp + Cần tính đàn hồi 55 Bài tập ứng dụng Cho ký hiệu vật liệu thép: C18, 20CrNi,C40, CT38, 80WCr4V, CD100, CT33s, C60, CD120A, 90CrMnSi, 60Si2,12Cr2NiWSi, 40CrNi, CD70, 65Mn, , OL100Cr, 30Cr13 ;40Cr13, 85W18Co5Cr4V2, OL100Cr1,5, a Phân tích ký hiệu a Phân nhóm nhỏ theo ký hiệu Từ nêu cơng dụng đặc điểm nhiệt luyện kèm theo(nếu có) b Chọn vật liệu chế tạo dũa, loxo, truc vit, chốt piton 56 ... Fe • Đúc cán sản phẩm Thép thỏi Thép tròn : trơn - gân (thép vằn) Thép ống Thép hình Thép dây Thép 4.2.Khái niệm thép cacbon & thép hợp kim 4.2.1 Định nghĩa loại thép 1.1 Thép Cacbon: hợp kim... qua nhiệt luyện - Thép dụng cụ: chủ yếu để làm dụng cụ cắt gọt, đo lường Loại bắt buộc phải qua nhiệt luyện - Thép có cơng dụng riêng( thép có tính chất đặc biệt) Thép dễ cắt, thép ổ lăn, thép. .. ray, dây thép loại Thép không gỉ, thép làm việc nhiệt độ cao, thép có hệ số giãn nở nhiệt đặc biệt, thép chống mài mòn cao 17 4.1.4 Ký hiệu thép cacbon Nhóm thép cacbon chất lượng thường( thép