Giáo trình vật liệu kỹ thuật

H C VI N NÔNG NGHI P VI T NAM PH M TH H NG GIÁO TRÌNH V T LI U K THU T NHÀ XU T B N H C VI N NÔNG NGHI P ậ 2021 L I NÓI U V t li u nh ng v t r n mƠ ng i s d ng đ ch t o d ng c , máy móc, thi t b , đ dùng… Các v t li u truy n th ng g m v t li u kim lo i v t li u phi kim lo i (v t li u vô c , v t li u h u c , v t li u t h p) đ c s d ng r ng rưi đ i s ng k thu t nh l nh v c c khí, giao thông, xơy d ng, may m c… NgoƠi ra, lo i v t li u tiên ti n nh v t li u nano, v t li u thông minh, v t li u sinh h c… ngƠy nh n đ c s quan tâm c a nhà khoa h c có kh n ng d n thay th v t li u truy n th ng m t s tr ng h p i t ng ch y u đ c đ c p giáo trình ắV t li u k thu t” lƠ nhóm v t li u truy n th ng, t p trung v t li u s d ng k thu t c khí lƠ thép vƠ gang Giáo trình c ng đ a khái ni m c b n, đ c m, tính ch t ng d ng c a v t li u khác nh kim lo i màu, h p kim màu nhóm v t li u phi kim lo i M c tiêu c a giáo trình nh m cung c p cho ng i h c ki n th c c b n v v t li u h c c s nh c u trúc c a v t li u; tính ch t c a v t li u; m i quan h gi a c u trúc tính ch t c a v t li u; bi n pháp cơng ngh nh m c i thi n tính ch t c a v t li u; khái ni m, tiêu chu n ng d ng m t s v t li u truy n th ng T đó, có th l a ch n, s d ng v t li u phù h p v i yêu c u k thu t m c đích s d ng ho c đ bi n pháp công ngh c i thi n tính ch t v t li u, nâng cao tu i th c a chi ti t Giáo trình tài li u dùng đ gi ng d y h c ph n ắV t li u k thu t” cho sinh viên ngành K thu t c khí vƠ h c ph n ắV t li u c khí” cho sinh viên ngƠnh Cơng ngh k thu t ô tô; Khoa C - i n, H c vi n Nông nghi p Vi t Nam ơy lƠ hai h c ph n b t bu c thu c kh i ki n th c c s ngành dành cho b c đ i h c ng th i, đơy c ng lƠ tƠi li u tham kh o cho nhi u h c ph n khác kh i ki n th c chuyên ngành C khí ch t o máy c a Khoa; có th tài li u tham kh o cho cán b k thu t c khí, h c viên cao h c nghiên c u sinh quan tâm Trong trình biên so n giáo trình, m c dù đư c g ng nh ng tƠi li u khơng tránh kh i sai sót Tác gi r t mong nh n đ c ý ki n đóng góp đ giáo trình đ c hồn thi n h n M i ý ki n đóng góp xin g i v B mơn Cơng ngh C khí, Khoa C - i n, H c vi n Nông nghi p Vi t Nam TÁC GI Ph m Th H ng iii M CL C Ch ng C U TRÚC TINH TH C A V T LI U 1.1 CÁC KHÁI NI M C B N V C U T O VÀ LIÊN K T NGUYÊN T 1.1.1 Liên k t đ ng hóa tr 1.1.2 Liên k t ion 1.1.3 Liên k t kim lo i 1.1.4 Liên k t y u Van-der-Waals 1.2 S S P X P NGUYÊN T TRONG V T CH T 1.2.1 Ch t khí 1.2.2 Ch t l ng 1.2.3 Ch t r n 1.3 M NG TINH TH 1.3.1 Khái nit kim lo i siêu m n 1.γ.β Ọ c s , ký hi u ph ng vƠ m t 1.3.3 M t đ nguyên t 1.4 C U TRÚC TINH TH I N HÌNH C A CH T R N TINH TH 1.4.1 Ch t r n có liên k t kim lo i 1.4.2 Ch t r n có liên k t đ ng hóa tr 12 1.4.3 Ch t r n có liên k t ion 14 1.4.4 C u trúc polyme 15 1.4.5 D ng thù hình 15 1.5 SAI L CH M NG TINH TH 15 1.5.1 Sai l ch m 15 1.5.2 Sai l ch đ ng 16 1.5.3 Sai l ch m t 18 1.5.4 Sai l ch kh i 19 1.5.5 Vai trò c a sai l ch m ng tinh th 19 1.6 KHÁI NI M 1.6.1 N TINH TH VÀ A TINH TH 19 n tinh th 19 1.6.β a tinh th 20 1.7 S K T TINH C A KIM LO I 21 1.7.1 Khái ni m 21 1.7.2 Bi n đ i n ng l ng k t tinh 21 1.7.3 Hai trình c a s k t tinh 22 iv 1.7.4 S hình thành h t 24 1.7.5 Các ph ng pháp t o h t nh đúc 24 1.7.6 C u t o tinh th c a th i đúc 26 H NG D N BÀI THÍ NGHI M S 1: X LÝ M U QUAN SÁT T CH C T VI C A KIM LO I VÀ H P KIM 28 CÂU H I ÔN T P CH Ch NG 32 ng TÍNH CH T C A KIM LO I 33 β.1 C TệNH 33 2.1.1 Khái ni m 33 2.1.2 Bi u đ ng su t - bi n d ng 33 β.1.γ Các đ c tr ng c tính thơng th ng c a v t li u 36 2.2 LÝ TÍNH 43 2.2.1 Kh i l ng riêng 43 2.2.2 Tính d n n 43 2.2.3 Tính d n nhi t 43 2.2.4 Nhi t đ nóng ch y 44 2.3 HĨA TÍNH 44 2.4 TÍNH CƠNG NGH 44 H NG D N BÀI THÍ NGHI M S 2: O C NG C A KIM LO I VÀ H P KIM 45 CÂU H I ÔN T P CH Ch ng BI N D NG NG β 49 ÀN H I VÀ BI N D NG D O 50 3.1 BI N D NG ÀN H I 50 3.1.1 Phân bi t bi n d ng đƠn h i bi n d ng d o 50 γ.1.β c m c a bi n d ng đƠn h i 50 3.2 BI N D NG D O 51 γ.β.1 Tr t đ n tinh th 51 3.2.2 Song tinh 55 γ.β.γ Tr t đa tinh th 55 3.3 K T TINH L I 57 3.3.1 Tr ng thái kim lo i sau bi n d ng d o 57 3.3.2 Các giai đo n chuy n bi n nung nóng 57 3.4 BI N D NG NÓNG 58 3.4.1 Khái ni m 58 3.4.2 Các trình x y bi n d ng nóng 58 γ.4.γ Các đ c m c a bi n d ng nóng 59 v 3.5 PHÁ H Y 60 3.5.1 Phá h y u ki n t i tr ng t nh 60 3.5.2 Phá h y u ki n t i tr ng chu k 61 CÂU H I ÔN T P CH Ch NG γ 63 ng C U T O H P KIM VÀ GI N PHA 64 4.1 CÁC KHÁI NI M C B N 64 4.1.1 Khái ni m v h p kim 64 4.1.2 M t s khái ni m 64 4.2 CÁC D NG C U TRÚC H P KIM C B N 65 4.2.1 Dung d ch r n 65 4.2.2 Pha trung gian 68 4.2.3 H n h p c h c 69 4.3 GI N TR NG THÁI C A H P KIM 70 4.3.1 Khái ni m 70 4.γ.β ụ ngh a c a gi n đ tr ng thái 70 4.3.3 C u t o gi n đ tr ng thái 71 4.4 GI N TR NG THÁI S T - CACBON 72 4.4.1 T ng tác gi a Fe C 72 4.4.2 Gi n đ pha 73 4.4.3 Phân lo i thép gang theo gi n đ pha s t - cacbon 77 CÂU H I ÔN T P CH Ch NG 80 ng NHI T LUY N THÉP 81 5.1 KHÁI NI M NHI T LUY N THÉP 81 5.1.1 Khái ni m 81 5.1.2 Các y u t đ c tr ng cho trình nhi t luy n 82 5.1.γ Các ph ng pháp nhi t luy n thép 82 5.1.4 T m quan tr ng c a nhi t luy n v i ngƠnh c khí 82 5.2 CÁC CHUY N BI N KHI NUNG NÓNG, GI NHI T VÀ LÀM NGU I THÉP 83 5.2.1 Các chuy n bi n x y nung nóng thép s t o thành austenit 83 5.2.2 Chuy n bi n x y gi nhi t 86 5.2.3 Chuy n bi n c a austenit làm ngu i 87 5.2.4 Chuy n bi n nung nóng thép đư tơi 92 5.3 THÉP 94 5.γ.1 nh ngh a vƠ m c đích 94 5.γ.β Các ph vi ng pháp khơng có chuy n bi n pha 94 5.γ.γ Các ph 5.4 TH ng pháp có chuy n bi n pha 94 NG HÓA THÉP 95 5.4.1 Khái ni m 95 5.4.2 M c đích th ng hóa 96 5.5 TÔI THÉP 96 5.5.1 nh ngh a vƠ m c đích 96 5.5.2 Ch n nhi t đ thép 97 5.5.3 T c đ t i h n vƠ đ th m 98 5.5.4 Các ph ng pháp tơi th tích 98 5.6 RAM THÉP 100 5.6.1 nh ngh a, m c đích 100 5.6.β Các ph ng pháp ram 101 5.7 CÁC D NG H H NG TH NG G P KHI NHI T LUY N THÉP 101 5.7.1 Bi n d ng n t 101 5.7.2 Oxy hóa cacbon 102 5.7.γ c ng không đ t 103 5.7.4 Tính giịn cao 103 5.8 PH NG PHÁP HịA NHI T LUY N 103 5.8.1 Khái ni m 103 5.8.β Ph ng pháp th m cacbon 104 5.8.γ Ph ng pháp th m nit 107 5.8.4 Th m cacbon-nit 109 5.8.5 Th m kim lo i 110 H NG D N BÀI THÍ NGHI M S 3: NHI T LUY N THÉP 111 CÂU H I ÔN T P CH Ch NG 114 ng THÉP VÀ GANG 115 6.1 THÉP CACBON 115 6.1.1 Khái ni m 115 6.1.2 Thành ph n hoá h c tác d ng 115 6.1.3 Phân lo i thép cacbon 117 6.1.4 Ký hi u thép cacbon 118 6.1.5 u, nh c m c a thép cacbon 119 6.2 THÉP H P KIM 119 6.2.1 Khái ni m 119 6.β.β Các đ c tính c a thép h p kim 119 6.2.3 nh h ng c a nguyên t h p kim 120 vii 6.2.4 Phân lo i thép h p kim 123 6.2.5 Ký hi u thép h p kim 123 6.γ C I M NG D NG C A CÁC LO I THÉP 124 6.3.1 Thép dùng xây d ng 124 6.3.2 Thép ch t o máy 126 6.3.3 Thép d ng c 133 6.3.4 Thép h p kim đ c bi t 138 6.4 GANG 140 6.4.1 Khái ni m chung 140 nh h ng đ n tính ch t c a gang 141 6.4.3 Các lo i gang th ng dùng 142 6.4.2 Các y u t 6.4.4 Nhi t luy n gang 145 CÂU H I ÔN T P CH Ch NG 147 ng KIM LO I VÀ H P KIM MÀU 148 7.1 NHÔM VÀ H P KIM NHÔM 148 7.1.1 Nhôm nguyên ch t 148 7.1.2 H p kim nhôm 149 7.β NG VÀ H P KIM 7.2.1 NG 151 ng nguyên ch t 151 7.2.2 H p kim c a đ ng 151 7.3 TITAN VÀ H P KIM TITAN 152 7.3.1 Titan nguyên ch t 152 7.3.2 H p kim titan 153 7.3.3 Nhi t luy n h p kim titan 154 CÂU H I ÔN T P CH Ch NG 156 ng V T LI U PHI KIM LO I 157 8.1 V T LI U CERAMIC 157 8.1.1 Khái ni m chung 157 8.1.2 Liên k t nguyên t 158 8.1.γ C tính 158 8.1.4 G m v t li u ch u l a 159 8.1.5 Thu tinh g m thu tinh 160 8.1.6 Xi m ng vƠ bêtông 161 8.2 V T LI U POLYME 161 8.2.1 Khái ni m 161 8.2.2 C u trúc phân t polyme 162 viii 8.2.3 Tính ch t c a polyme 162 8.2.4 Phân lo i polyme 162 8.2.5 Ph i li u c a polyme 163 8.2.6 ng d ng c a polyme 163 8.3 V T LI U COMPOZIT 164 8.3.1 Khái ni m v compozit 164 8.3.2 Phân lo i 165 8.3.3 Compozit h t 167 8.3.4 Compozit c t s i 167 8.3.5 Compozit c u trúc 168 CÂU H I ÔN T P CH NG 170 PH L C 171 Ph l c H TH NG KÝ HI U V T LI U TRÊN TH GI I 171 Ph l c CÁC LO I V T LI U S D NG TRÊN ÔTÔ 178 TÀI LI U THAM KH O 182 ix DANH M C KÝ HI U F L c tác d ng Ao Ti t di n ngang ban đ u A1 Ti t di n ngang c a m u th t i th i m m u b đ t lo Chi u dƠi ban đ u m u th l Chi u dài m u th t i th i m xét l1 Chi u dài m u th t i th i m b đ t E Môđun đƠn h i  ng su t pháp  bi n d ng đh Gi i h n đƠn h i ch Gi i h n ch y v t lý 0,2 Gi i h n ch y quy b Gi i h n b n % giưn dƠi t % th t ti t di n t ak ng đ i ng đ i dai va đ p Ak Công va đ p, tiêu th đ làm gãy m u Sc Di n tích m t c t ngang c a m u HB c ng Brinell HRA, HRB, HRC c ng Rocwell thang A, B, C t HV c ng Vickers ch có rãnh ng ng D ng kính bi dùng lƠm m i đơm (đo HB) d ng kính v t lõm (đo HB) đ nh gi a m t đ i di n m i đơm (đo HV)  Góc d1, d2 Kích th dtb Giá tr trung bình s h c c a hai đ dnt a ẤT Tkt x c c hai đ ng chéo d1 d2 v t đơm (đo HV) ng kính ngun t Thơng s m ng (h ng s m ng) ngu i Nhi t đ k t tinh th c t ng chéo d1 d2 (đo HV) PH L C Ph l c H TH NG KÝ HI U V T LI U TRÊN TH GI I M i n c đ u có tiêu chu n quy đ nh mác (ký hi u) c ng nh yêu c u k thu t cho s n ph m kim lo i c a có cách vi t tên ký hi u khác Ngoài tiêu chu n Vi t Nam (TCVN), th ng g p tiêu chu n c a n c l n th gi i nh M , Nh t, Nga, Trung Qu c, Pháp, c, Anh… T ch c tiêu chu n qu c t ISO (International Standard Organization) có đ a tiêu chu n, song mu n đ i v i n c cơng nghi p phát tri n h đư có h th ng ký hi u t tr c vƠ đư quen dùng, khơng d s a đ i Vì th , tiêu chu n ISO ch có tác d ng v i n c phát tri n, xơy d ng tiêu chu n * Tiêu chu n Vi t Nam (TCVN) V c b n, n i dung tiêu chu n Vi t Nam cho v t li u đư đ c trình bày ph n tr c; có th tham kh o thêm v n b n v tiêu chu n qu c gia nh sau: - TCVN 1765-75: Thép cacbon k t c u thông d ng; - TCVN 1766-75: Thép cacbon k t c u ch t l ng t t; - TCVN 1767-75: Thép cacbon đƠn h i; - TCVN 1822-76: Thép cacbon d ng c ; - TCVN 1823-93: Thép h p kim d ng c (tr thép gió); - TCVN 3104-79: Thép k t c u h p kim th p; - TCVN 2735-78: Thép ch ng n mịn vƠ b n nóng; - TCVN 1651-85: Thép c t bêtơng cán nóng; - TCVN 5709-93: Thép làm k t c u xây d ng * Tiêu chu n Nga ( OCT) - Thép cacbon thông d ng: + Các lo i thép ch quy đ nh c tính: OCT có mác t CT0 đ n CT6; s ch th t c p đ b n t ng d n phân bi t thép sôi, n a l ng l ng, sau mác OCT có K , C, C t ng ng + Các lo i thép quy đ nh thành ph n: OCT có mác t CT0 đ n CT6 + Các lo i thép quy đ nh c c tính l n thành ph n: OCT có mác t đ n CT5 CT1 171 - Thép cacbon k t c u: ký hi u theo s ph n v n cacbon Ví d , mác 45 thép cacbon k t c u có 0,45% C - Thép cacbon d ng c : có mác t Y7 đ n Y13 v i s ch ph n nghìn cacbon trung bình - Thép h p kim: có c ch (ch nguyên t h p kim) l n s (ch l ng cacbon nguyên t h p kim) theo nguyên t c s đ u ch ph n v n cacbon (> 1% C khơng c n ghi); ti p theo ký hi u c a t ng nguyên t s ch ph n tr m c a (< 1% khơng c n ghi) OCT dùng ch c a Nga đ ký hi u nguyên t h p kim nh sau: X ch crom, H ch niken, B ch vonfram, M ch molipden, T ch titan, K ch coban, C ch silic, P ch bo; ch vanadi; O ch nhôm; ch đ ng; ch niobi; A ch nit ; ch đ t hi m; riêng ch A sau ch thép ch t l ng cao S, P - H p kim màu: + ch đura, ti p sau s th t + ch latông ti p sau s ch ph m tr m đ ng, ch brông ti p sau dãy nguyên t h p kim dãy s ch ph m tr m c a nguyên t t ng ng - Gang: C ch gang xám s ti p theo ch b (kG/mm2) B ch gang c u s ti p theo ch b (kG/mm2) K ch gang d o v i ch s ch b (kG/mm2) vƠ (%) * Tiêu chu n Trung Qu c (GB) - i v i thép cacbon thông d ng: + Các lo i thép ch quy đ nh c tính: kỦ hi u t A1 đ n A7 (con s ch th t c p đ b n t ng d n) phân bi t thép sôi, n a l ng sau mác có F, b, t ng ng thép l ng khơng có + Các lo i thép quy đ nh thành ph n: t B1 đ n B7 + Các lo i thép quy đ nh c c tính l n thành ph n: t Cβ đ n C5 - Thép cacbon k t c u: theo s ph n v n cacbon, ví d mác 45 thép cacbon k t c u có 0,45% C - Thép cacbon d ng c : t T7 đ n T13 (s ch ph n nghìn cacbon trung bình) - Thép h p kim: có c ch (ch nguyên t h p kim) l n s (ch l ng cacbon nguyên t h p kim) theo nguyên t c s đ u ch ph n v n cacbon (> 1% C khơng c n ghi); ti p theo ký hi u c a t ng nguyên t s ch ph n tr m c a (< 1% khơng c n ghi) GB dùng ký hi u hóa h c đ bi u th t ng nguyên t Ví d , mác thép 12CrNi3A thép có kho ng 0,12% C, l% Cr, kho ng 3% Ni v i ch t l ng cao 172 - H p kim màu + LF h p kim nhôm ch ng g , LY đura (ti p sau s th t ), ZL h p kim nhôm đúc v i s ti p theo s đ u tiên ch lo i Ví d , l ch Al-Si, ch Al-Cu + H ký hi u cho latông, ti p sau ch ph n tr m đ ng, Q ký hi u cho brông; ti p sau nguyên t h p kim chính, s ch ph n tr m c a nguyên t t ng nguyên t khác - Gang: HT cho gang xám s ti p theo ch gi i h n b n b (MPa) QT cho gang c u s ch b (MPa) vƠ (%) KTH cho gang d o ferit KTZ cho gang d o peclit ch s ti p theo b (MPa) vƠ (%) * Tiêu chu n M M lƠ n c có r t nhi u h th ng tiêu chu n ph c t p, ph bi n s d ng ba h th ng ASTM (American Society for Testing and Materials), SAE (Society for Automotive Engineers) AISI (American Iron and Steel Institute) - Thép cacbon th ng: dùng ASTM ký hi u theo s tròn (42, 50, 60, 65) ch đ b n t i thi u có đ n v ksi (1 ksi = 1.000 psi = 6,8948 MPa = 0,703 kG/mm2) - Thép h p kim th p đ b n cao: th ng dùng SAE ký hi u b t đ u b ng s hai s ti p theo ch ch đ b n t i thi u có đ n v ksi - Thép cacbon h p kim k t c u cho ch t o máy: th ng dùng h th ng AISI/SAE v i b n s β s đ u ch lo i thép, s cu i ch ph n v n cacbon Mu n bi t thành ph n c th ph i tra b ng Ví d , thép 1038 có 0,35÷0,42% C; 0,60÷0,90% Mn; % P ≤ 0,040; % S ≤ 0,050 cho bán thƠnh ph m rèn, thanh, dây, cán nóng, cán tinh ng không rèn N u thép đ c b o đ m đ th m tơi đ ng sau ký hi u có thêm ch H, ví d 5140H C th ký hi u m t s lo i thép cacbon thép h p kim k t c u nh sau: 10xx thép cacbon 4xxx thép Mo 11xx thép d c t có S 5xxx thép Cr 12xx thép d c t có S P 6xxx thép Cr-V 13xx thép Mn (1,00 ậ 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 ch a P0 - Thép d ng c : th ng dùng h th ng c a đ c ký hi u b ng m t ch ch đ c m c a thép ch th t quy c tiêu chu n AISI 173 M Thép gió molipden, T Thép gió volfram (tungsten), H Thép làm khn d p nóng (hot word), A Thép làm khuôn d p ngu i h p kim trung bình t tơi, tơi khơng khí, D Thép làm khuôn d p ngu i, crom cacbon cao, O Thép làm khuôn d p ngu i d u (oil-hardening), S Thép làm d ng c ch u va đ p (shock-resisting), L Thép d ng c có cơng d ng riêng h p kim th p (low-alloy), P Thép làm khn ép (nh a) có cacbon th p, W Thép d ng c cacbon n c (water-hardening) - Thép không g : tiêu chu n c a AISI không nh ng th nh hành M mà đ c nhi u n c đ a vƠo tiêu chu n c a Ký hi u b ng ba ch s b t đ u b ng ho c thép austenit, b ng thép ferit hay mactenxit Ví d , AISIγ04, AISIγ06… - H p kim nhôm: tiêu chu n AA (Aluminum Association) có uy tín nh t M th gi i c ng đ c nhi u n c ch p nh n, ký hi u b ng ch s , c th nh sau: 1xxx l n h n 99% Al 5xxx Al-Mg 2xxx Al-Cu 6xxx Al-Si-Mg 3xxx Al-Mn 7xxx Al-Zn 4xxx Al-Si 8xxx Al-ngun t khác H p kim nhơm đúc: có ch s tr 1xx.0 Nhôm s ch th 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 c s cu i (th ng s 0) có d u ch m (.) ng ph m - H p kim đ ng: dùng h th ng CDA (Copper Development Association) 174 1xx Không nh h n 99% Cu (riêng 19x l n h n 97% Cu) 2xx Cu-Zn (latông) 3xx Cu-Zn-Pb 4xx Cu-Zn-Sn 5xx Cu-Sn 60x - 64x Cu-Al Cu-Al-nguyên t khác 65x - 69x Cu-Si Cu-Zn-nguyên t khác 7xx Cu-Ni Cu-Ni-nguyên t khác * Tiêu chu n Nh t B n (JIS) Ch dùng m t tiêu chu n JIS, v i đ c m dùng hoàn toàn h đo l c th ng su t theo MPa T t c thép đ u đ c b t đ u b ng ch S ng qu c t , - Thép cán thông d ng: đ c ký hi u b ng s ch gi i h n b n kéo hay gi i h n ch y th p nh t (tu t ng lo i) SS - thép cán th ng có tác d ng chung, SM - thép cán làm k t c u hàn, n u thêm ch A SMA - thép ch ng n mịn khí quy n, SB - thép t m làm n i h i - Thép cacbon đ ch t o máy: SxxC hay SxxCK xx ch ph n v n cacbon trung bình (ch K cu i lo i có ch t l ng cao v i hƠm l ng P, S không l n h n 0,0β5%) - Thép h p kim đ ch t o máy g m h th ng ch s : SCr - thép crom, SMn - thép mangan; SNC - thép niken-crom, SNCM - thép nikel-crom-molipden; SCM - thép crom-molipden, SACM - thép nhôm-crom-molipden; SMnC - thép mangan-crom Ti p theo ba ch trung bình - Thép d c t: đ th t s hai ch s cu i ch ph n v n cacbon c ký hi u b ng SUM, thép đƠn h i SUP, thép l n SUJ vƠ s - Thép d ng c b t đ u b ng SK s th t : SKx - thép d ng c cacbon, SKHx - thép gió; KSx - thép làm dao c t khuôn d p ngu i; SKD SKT - thép làm khuôn d p nóng, đúc áp l c - Thép khơng g : đ c ký hi u b ng SUS s ti p theo trùng v i s c a AISI - Thép ch u nhi t đ c ký hi u b ng SUH - Gang xám: đ c ký hi u b ng FCxxx, gang c u FCDxxx, gang d o lõi đen FCMBxxx, lõi tr ng - FCMWxxx, peclit - FCMPxxx, s xxx đ u ch gi i h n b n 175 - Các h p kim nhơm đ ng: có nhóm l y s theo AA CDA v i phía tr A (ch nhôm), C (ch đ ng) * Tiêu chu n Pháp vƠ c có c Tiêu chu n AFNOR (Association Franccaise de NORmalisation) Din (Deutsche Institut fur Normalisierung), chúng có nhi u nét gi ng Pháp, c c ng nh n c EU q trình nh t th hố kinh t c ng nh tiêu chu n Hi n n c EU đư dùng chung tiêu chu n EN 10025-90 v thép cán thông d ng làm k t c u xây d ng v i mác Fe 310, Fe 360, Fe 430, Fe 510, Fe 590 (các s ch đ b n kéo theo MPa) Thép cacbon đ ch t o máy đ c ký hi u theo s ph n v n cacbon trung bình Ví d , v i thép có kho ng 0,35% C; AFNOR ký hi u C35 hay XC35 (mác sau có dao đ ng thành ph n h p h n), DIN kỦ hi u C35 hay CK35 Thép h p kim th p (lo i khơng có ngun t nƠo v tr t t sau: - Hai ch s đ u bi u th l t 5%) đ c ký hi u theo ng cacbon trung bình theo ph n v n - Li t kê nguyên t h p kim: DIN dùng ký hi u hóa h c, cịn AFNOR dùng ch C cho crom, N cho niken, M cho mangan, S cho silic, D cho molipden, W cho volfram, V cho vanadi - Li t kê l ng nguyên t h p kim theo tr t t , sau đư nhơn s ph n tr m v i (đ i v i Mn, Si, Cr, Co, Ni) v i 10 (đ i v i nguyên t l i) Ví d : 34 CD4 c a AFNOR 34CrMo c a DIN có kho ng 0,34% C, kho ng 1% Cr kho ng 0,10%Mo Thép h p kim cao (lo i có nh t m t nguyên t v t 5%) tr c ký hi u có ch Г (AFNOR), X (DIN) vƠ l ng nguyên t h p kim đ u bi u th theo ph n tr m Ví d , Z20C13 (AFNOR), X20 Cr13 (DIN) mác thép khơng g có kho ng 0,20% C kho ng 13% Cr AFNOR ký hi u gang xám b ng FGLxxx, gang c u b ng FGSxxx-xx gang d o MBxxx-xx, nhóm ba s đ u ch gi i h n b n kéo theo MPa, nhóm hai s sau ch đ giãn dài (%) DIN ký hi u gang xám b ng GGxx, gang c u b ng GGGxx gang d o lõi đen GTSxx-xx, gang d o lõi tr ng GTWxx-xx v i s bi u th gi i h n b n theo kG/mm2 vƠ đ giãn dài (%) * Tiêu chu n Anh (BS) Thép đ c ký hi u b ng h th ng ch s : - Ba s đ u ch lo i thép, 176 - M t ch : A, M, H (trong H ch thép đ m b o đ th m tôi), - Hai s sau ch ph n v n cacbon Gang xám ký hi u b ng xxx, gang c u b ng xxx/xx, gang d o lõi đen b ng Bxxxx, gang d o lõi tr ng b ng Wxx-xx, gang d o peclit b ng Pxx-xx, nhóm s th nh t ch gi i h n b n kéo theo MPa hay kG/mm2 tùy theo có ba hay hai s , nhóm th hai ch đ giãn dài theo % Thép không g đ c ký hi u b ng xxxSxx, xx l y theo AISI i chi u m t s mác thép, gang thông d ng c a n B ng PL.1 OCT TCVN GB UNS AISI/SAE JIS AFNOR c DIN BS C45 45 45 G10450 1045 S45C X45 C45 06A45 40Cr 40X 40Cr G51400 5140 SCr440 42C4 42C4 530A40 X15 GCr15 G52986 42100 SUJ2 100C6 100C6 535A99 20Cr13 20X13 20X13 S42000 420 SUS420J1 Z20C13 X20Cr13 420S29 08Cr18Ni9 08X18H9 08Cr18Ni9 S30200 304 SUS304 Z7CN18.09 X15Cr-Ni18 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 SS330 F3360 Fe360 Fe360 0L100Cr2 80W18Cr4V P18 ASTM CT34 CT2 A2 - 36 GX28-48 C 30 HT300 F12803 No40 FC300 FGL300 GG30 260 GC50-2 B 50 QT500-7 F33800 8055-06 FCD500 FGS500-7 GGG50 B500/7 177 Ph l c CÁC LO I V T LI U S D NG TRÊN ƠTƠ Hình PL2.1 th hi n t l kh i l ng c a lo i v t li u xe ôtô Trên m t chi c xe ôtô thông th ng, thép gang chi m t tr ng l n nh t, kho ng h n m t n a kh i l ng xe (55%) ơy lƠ v t li u truy n th ng, có đ b n, đ c ng cao, đ d o dai đ t o hình s n ph m b ng ph ng pháp gia công áp l c; th ng dùng đ ch t o khung, g m, v c a xe, đ ng c , tr c chi ti t ch u l c Ti p theo chi ti t b ng nh a, chi m 11% B ng u n, đ ng h , b chuy n m ch, l thơng khí máy l nh, tay n m c a, th m sàn, dây an tồn, túi khí nhi u b ph n khác đ u đ c làm t lo i nh a khác Ngoài thành ph n b ng u n, nhi u b ph n khác đ ng c nh tay c m que th m d u đ u đ c làm b ng nh a Do tính ch t tr ng l ng nh , nh a ngƠy cƠng đ c s d ng r ng rãi cho c u trúc thơn vƠ đ ng c s n xu t ôtô H p kim nhôm c ng đ c s d ng ph bi n nh có đ b n riêng cao, giá thành r ; kh i l ng c a chi ti t b ng nhôm xe ô tô chi m 9% kh i l ng c a xe Hình PL2.1 T l kh i l ng lo i v t li u s d ng ôtô Cao su th y tinh l n l t chi m 7% 3% kh i l ng L p m t nh ng b ph n quan tr ng nh t c a b t k chi c xe nƠo VƠ đơy lƠ lỦ cao su đ c đ a vào s d ng s n xu t ôtô S n xu t ôtô lƠ đ ng l c c a ngành cơng nghi p cao su kho ng 75% s n l ng cao su t nhiên toàn th gi i đ c s d ng đ làm l p xe L p cao su b o v ph n l i c a bánh xe b ph n đ c bao b c bên trong, giúp xe c i thi n kh n ng ti t ki m nhiên li u vƠ l u thơng an toƠn đ ng Ngồi l p xe, b ph n khác nh l i c n g t n c, ph n g n k t đ ng c , vịng đ m làm 178 kín, ng vƠ đai an toƠn c ng đ c làm t cao su C ng nh nh a, cao su ch t li u b n, r linh ho t đ c s d ng r ng rãi xe ơtơ Trong đó, th y tinh đ c s d ng nhi u b ph n xe Th y tinh đ c s d ng đ t o kính ch n gió, có th nhìn th y nh ng v t tr ngo i bên ngoƠi đ đ m b o an toàn Th y tinh c ng đ c s d ng đ lƠm g ng chi u h u vƠ g ng sau đ t ng c ng t m nhìn c a lái xe Ngoài ra, s i th y tinh c ng đ c s d ng s n xu t ôtô nh m t ch t li u cách nhi t xe ôtô T ng kh i l ng c a kim lo i h p kim mƠu nh Mg, Ti, Cu, Гn chi m kho ng 1% Kh i l ng l i kho ng 11% tính cho ph n khác nh s n, dơy n, vecni, m Hình PL2.2 th hi n lo i v t li u dùng đ ch t o m t s b ph n, chi ti t c a khung, v ơtơ Nh có th quan sát th y, thép v t li u đ c dùng ch y u đ ch t o thơn xe c m phù h p c a thép cho chi ti t nƠy lƠ đ b n cao, d t o hình, d hàn, có kh n ng x lý b m t đ ch ng n mòn, giá c h p lý Trong s lo i thép s d ng ơtơ, có m t vài lo i đ c bi t c n ý Hình PL2.2 Các lo i v t li u dùng làm m t s b ph n, chi ti t c a ôtô Thép pha (DP-Dual Phase) thép có t ch c tr ng thái cung c p g m pha ferit vƠ mactenxit có hƠm l ng cacbon trung bình v i thành ph n mactenxit chi m 5-50%, pha ferit m m phơn tán ơy lƠ lo i thép n hình cho nhóm thép có đ b n cao tiên ti n Lo i thép β pha có đ b n cao, đ d o t t, có kh n ng h p th n ng l ng r t t t, giá thƠnh ph i ch ng nên lo i thép nƠy đ c k v ng s d ng nhi u ôtô S d ng ch y u làm chi ti t ch u va ch m, có kh n ng h p th đ ng n ng 179 va ch m đ lƠm t ng tính n ng an toƠn cho xe Thép β pha s d ng làm thân v s n, v mui xe, c a ngồi, gi m xóc, giá đ đ ng c Các mác thép n hình DP300, DP350, DP400, DP500, DP600, DP700, DP800, DP1000 Thép có chuy n bi n pha bi n d ng d o (TRIP-Transformation induced plasticity) lo i thép có t ch c t vi lƠ austenit d n n ferit, ngồi cịn có bainit mactenxit Trong q trình bi n d ng d o, austenit d có kh n ng chuy n bi n thành mactenxit lƠm t ng m nh đ c ng, đ b n cho thép mà v n đ m b o đ d o dai Thép có kh n ng bi n c ng t t h n thép β pha, có kh n ng h p th n ng l ng r t t t dùng cho chi ti t c n h p th n ng l ng va ch m Các chi ti t b ng thép TRIP ơtơ n hình nh khung xe, gia c khung, h p va ch m, tr B, giá đ đ ng c , khung gh ng i M t s mác thép TRIP s d ng ch t o ôtô TRIP350, TRIP400, TRIP600, TRIP700, TRIP750 Thép có đ b n cao tiên ti n (AHSS-Advanced high-strength steels) vƠ thép có đ b n r t cao (UHSS-Ultra high-strength steels) hai lo i thép đ c s d ng nhi u ôtô c bi t, nhóm thép có th áp d ng cơng ngh gia công, ch t o tiên ti n ơy c ng lƠ nhóm thép đ c u tiên s d ng t ng lai v i mong mu n t ng s l ng chi ti t b ng lo i v t li u c i ti n công ngh gia công, ch t o đ c bi t công ngh d p t o hình Hình PL2.3 Xu th s d ng lo i v t li u xe ôtô đáp ng yêu c u kh t khe v v n đ b o v môi tr ng gi m chi phí nhiên li u, xu th t t y u c n ph i gi m tr ng l ng c a xe Tuy v y, tính n ng an toƠn vƠ c đ ng c a xe v n c n đ c đ m b o Do đó, v t li u đ b n cao nh (đ b n riêng l n) đ c u tiên s d ng d n thay th v t li u truy n th ng lƠ thép Trong đó, g n đơy, h p kim nhôm đ c u tiên s d ng đ ch t o m t s chi ti t xe ôtô nh đ b n riêng cao, nh h u nh khơng n mịn H p kim nhơm đ c dùng làm thân 180 m t s b ph n c a h th ng treo vƠ đ ng c Thơn xe b ng nhôm đư đ t đ n m c s n xu t hàng lo t, m c dù ch dòng xe đ t ti n Nhi u b ph n c a khung đư đ c làm t nhôm thay thép, c ng nh thƠnh ph n nh h n Xu th s d ng v t li u xe ôtô t n m β010 đ n n m β040 đ c th hi n hình PL2.3 Nhìn chung, thép cacbon truy n th ng thép h p kim th p đ b n cao có xu th s d ng ngày M c dù hi n thép cacbon chi m t l r t l n, đ n n m 2030, thép ch t l 5-10% Thép h p kim th p đ b n cao c ng t ng t nh ng có t c đ gi m ch m h n so v i thép cacbon Trong đó, nh đư đ c p trên, thép đ b n r t cao vƠ thép có đ b n cao tiên ti n c ng nh kim lo i, h p kim màu nhơm vƠ magie có xu h ng ngƠy cƠng đ c u tiên s d ng D tính đ n n m β040, kh i l ng nhôm xe chi m m t t l r t l n Ngoài ra, v t li u phi kim lo i nh c u trúc s i cacbon, v t li u compozit s d n thay th m t l ng l n chi ti t làm b ng kim lo i 181 TÀI LI U THAM KH O B.N Arzamaxov (2000) V t li u h c Nhà xu t b n Giáo d c, Hà N i Hang Thi Pham & Takeshi Iwamoto (2018) An evaluation of fracture properties of type-304 austenitic stainless steel at high deformation rate using the small punch test International Journal of Mechanical Sciences 144: 249-261 Hang Thi Pham & Takeshi Iwamoto (2016) A computational investigation on bending deformation behavior at various deflection rates for enhancement of absorbable energy in TRIP steel, Metallurgical and Materials Transactions A 47(8): 3897-3911 Hovorun T.P., Berladir K.V., Pererva V.I., Rudenko S.G & Martynov A.I (2017) Modern materials for automotive industry, Journal of Engineering Sciences 4(2): 8-18 Hoàng Tr ng Bá (1995) S d ng v t li u phi kim lo i ngƠnh c khí Nhà xu t b n Khoa h c K thu t, Thành ph H Chí Minh Hồng Tùng, Ph m Minh Ph ng & Nguy n Ng c Thành (2011) Giáo trình v t li u h c c khí: Dùng cho đƠo t o h c nhơn tr ng k thu t Nhà xu t b n Giáo d c, Hà N i John E Bringas (2004) Handbook of comparative world steel standards, ASTM DS67B (third edition) John Martin (2006) Materials for engineering, Woodhead Publishing Limited Lê Công D ng (1997) V t li u h c Nhà xu t b n Khoa h c K thu t, Hà N i Marcello Chiaberge (2011) New Trends and recent developments in automotive industry Polytechnic University of Turin Publishing, Italia Nghiêm Hùng (1979) Kim lo i h c nhi t luy n Nhà xu t b n nghi p, Hà N i i h c Trung h c chuyên Nghiêm Hùng (β00β) C s v t li u h c Nhà xu t b n Khoa h c K thu t, Hà N i Nghiêm Hùng (1997) Sách tra c u thép gang thông d ng Nhà xu t b n Tr Bách khoa Hà N i Nguy n Kh c X Hà N i ng ih c ng (β00γ) V t li u kim lo i màu Nhà xu t b n Khoa h c K thu t, Nguy n T t Ti n (2004) Lý thuy t bi n d ng d o kim lo i Nhà xu t b n Giáo d c, Hà N i Nguy n V n Ngh a & Nguy n Kh c Thông (2008) V t li u k thu t Nhà xu t b n Nông nghi p, Hà N i Nguy n V n Hóa & Hồng ình Hi u (1978) Kim lo i h c nhi t luy n: Dùng đ gi ng d y cho ngƠnh C khí tr ng đ i h c Nông nghi p Nhà xu t b n Nông nghi p, Hà N i Ph m Th Minh Ph Hà N i ng & T V n Th t (2000) Công ngh nhi t luy n Nhà xu t b n Giáo d c, Tr n Ích Th nh (1994) V t li u compozit Nhà xu t b n Giáo d c, Hà N i 182 Takeshi Iwamoto & Hang Thi Pham (2015) Review on spatio-temporal multiscale phenomena in TRIP steels and enhancement of its energy absorption, In: Holm Altenbach, Tetsuya Matsuda and Dai Okumura (Eds.), From Creep Damage Mechanics to Homogenization Methods-A Liber Amicorum to Celebrate the Birthday of Nobutada Ohno, Springer Publishing 143-161 William D Callister Jr (2007) Materials science and engineering, Publishing House John Wiley & Sons William F Hosford (2005) Mechanical behavior of materials Cambridge University Press 183 NHÀ XU T B N H C VI N NÔNG NGHI P Trâu Qu - Gia Lâm - Hà N i Đi n tho i: 0243 876 0325 - 024 6261 7649 Email: nxb@vnua.edu.vn www.nxb.vnua.edu.vn ThS Đ Ch u trách nhi m xu t b n: LÊ ANH Giám đ c Nhà xu t b n Biên t p: ThS Đ LÊ ANH Thi t k bìa: ThS Đ LÊ ANH Ch b n vi tính: TR N TH KIM ANH ISBN 978 - 604 - 924 - 576 - NXBHVNN - 2021 In 70 cu n, kh 19 × 27cm, t i Công ty TNHH In Ánh D ng Đ a ch : Bình Minh - Trâu Qu - Gia Lâm - Hà N i S đăng ký xu t b n: 432-2021/CXBIPH/22-02 ĐHNN S quy t đ nh xu t b n: 43 QĐ - NXB - HVN, ngày 27/05/2021 In xong n p l u chi u: III - 2021 ... nghiên c u sinh quan tâm Trong trình biên so n giáo trình, m c dù đư c g ng nh ng tƠi li u khơng tránh kh i sai sót Tác gi r t mong nh n đ c ý ki n đóng góp đ giáo trình đ c hoàn thi n h n M i... tinh 11 Trình bày trình c a s k t tinh Phân bi t hai c ch t o m m Phân tích s h ng c a trình k t tinh đ n t ch c tính ch t c a v t li u 12 Trình bƠy nguyên lỦ vƠ ph ng pháp t o h t nh đúc 13 Trình. .. tr ng h p i t ng ch y u đ c đ c p giáo trình ắV t li u k thu t” lƠ nhóm v t li u truy n th ng, t p trung v t li u s d ng k thu t c khí lƠ thép vƠ gang Giáo trình c ng đ a khái ni m c b n, đ c