Vật liệu cơ khí - Nguồn: Internet

Ở trạng thái rắn như sắt, thép, gỗ, đá, chất dẻo, cao su v.v….Ở trạng thái lỏng như xăng, dầu, rượu, benzen, nước, glyxêrin v.v…Ở trạng thái khí và hơi như hơi nước quá nhiệt có nhiệt độ[r]

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BR – VT

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ

GIÁO TRÌNHMÔN HỌC: VẬT LIỆU CƠ KHÍ NGHỀ : CĂT GỌT KIM LOẠI

TRÌNH ĐỘ: TC -CĐ

Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐN ngày 05 tháng 9 năm 2015

của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề tỉnh BR - VT

Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2015

TUYÊNBỐ BẢN QUYỀN

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đượcphép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và thamkhảo

Giáo trình này được viết dựa trên các nguồn tại liệu đã trình bày trong phầntài liệu tham khảo, không nhằm mục đích cá nhân hay kinh tế, tôi xin cam đoantài liệu này lấy từ nguồn nào là có trích dẫn cụ thể

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinhdoanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

LỜI GIỚI THIỆU

Trong thời kỳ công nghiệp hóa , hiện đại hóa của nước ta nói chung vàcủa Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu nói riêng , công tác đào tạo nguồn nhân lực cho cáckhu công nghiệp có vai trò hết sức quan trọng , là yếu tố cơ bản để phát triển xãhội và tăng trưởng nhanh và bền vững

Quán triệt chủ trương nghị quyết , Tỉnh Đảng bộ Bà Rịa – Vũng tàu lầnthứ 5, về phát triển nguồn nhân lực đáp ứng kịp thời nguồn nhân lực cho côngcuộc công nghiệp hóa , hiện đại hóa Tỉnh Bà Rịa – Vũng tàu và nhận thức đúngđắn về tầm quan trọng của chương trình giáo trình đối với việc nâng cao chấtlượng đào tạo

Trên cơ sở chương trình khung của Bộ LĐTBXH ban hành và kinh nghiệmthực tế từ quá trình đào tạo với sự hợp tác và giúp đỡ nhiệt tình của các chuyêngia đến từ Nhật bản và sự chỉ đạo trực tiếp của Ban Giám hiệu Trường cao đẳngnghề Bà Rịa – Vũng Tàu , khoa cơ khí tổ chức biên soan giáo trình bộ môn VậtLiệu Cơ Khí một cách khoa học và có hệ thống , cập nhật kiến thức thực tế ,phù hợp với đối tượng học sinh học nghề

Môn học vật liệu cơ khí là một môn học có rất nhiều thông tin về lý thuyết , vàmang tính ứng dụng rất cao trong thực tiễn

Dù đã hết sức cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót ,bất cập Chúng tôi mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý Thầy cô vàcác em học sinh trong nhà trường để từng bước hoàn thiện giáo trình này

Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày 01 tháng 11 năm 2015 Biên soạn

Nguyễn Hữu Tuấn

MỤC LỤC

Chương 1: Cấu tạo và tính chất của kim loại và hợp kim 1

1.1 Khái niệm về vật liệu công nghiệp 1

1.2 Khái niệm về vật liệu kim loại 3

1.3 Cấu tạo về mạng tinh thể và hạt của kim loại 4

1.4 Cách đánh giá cơ tính của kim loại 7

Chương 2: Hợp kim sắt -cacbon 11

2.1 Phân loại hợp kim sắt - cacbon 11

2.2 Giản đồ trạng thái sắt - cacbon 13

2.3 Thép cacbon và thép hợp kim 16

2.4 Gang 34

Chương 3: Hợp kim màu 45

3.1 Đặc điểm và tính chất của hợp kim màu 45

3.2 Đồng và hợp kim đồng 45

3.3 Nhôm và hợp kim nhôm 50

Chương 4: Nhiệt luyện 53

4.1 Một số khái niệm cơ bản về nhiệt luyện 53

4.2 Các hình thức nhiệt luyện 56

Chương 5: Vật liệu phi kim loại 69

7.1 Khái niệm về một số vật liệu phi kim loại 69

7.2 Chất dẻo 69

7.3 Vật liệu composit 74

7.4 Cao su 76

7.5 Amian 78

7.6 Gỗ 78

Tài liệu tham khảo 82

+ Là môn học kỹ thuật cơ sở thuộc các môn học, mô đun đào tạo nghề bắt buộc.

II MỤC TIÊU MÔN HỌC:

Sau khi học xong người học có khả năng:

- Trình bày được đặc điểm, tính chất cơ lý, ký hiệu và phạm vi ứng dụng

của một số vật liệu thường dùng trong ngành cơ khí như: gang, thép cácbon,thép hợp kim, hợp kim cứng, kim loại màu, ceramic, vật liệu phi kim loại, dungdịch trơn nguội

- Giải thích được một số khái niệm về nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện.

- Nhận biết được vật liệu qua màu sắc, tỷ trọng, độ nhám mịn, âm thanh khi

gõ, đập búa, xem tia lửa khi mài

- Xác định được tính chất, công dụng các loại vật liệu thường dùng chonghề

- Có khả năng tự mua các loại vật liệu theo đúng yêu cầu của sản xuất

- Đo được độ cứng HB, HRC

- Nhiệt luyện được một số dụng cụ của nghề như dao tiện thép gió, đục

- Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tíchcực sáng tạo trong học tập

III NỘI DUNG MÔN HỌC:

1 Nội dung tổng quát và phân phối thời gian:

Thời gian(giờ)

Tổng số

Lý thuyết

Thực hành Bài tập I

1

2

Khái niệm cơ bản về kim loại

và hợp kimCấu tạo kom loại và hợp kimTính chất chung của kim loại

Thép Hợp kim cứng

CHƯƠNG 1 CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

Cung cấp những kiến thức cơ bản về tính chất và cấu tạo vật liệu ( đặtbiệt cấu tạo của hợp kim) để từ đó xác định được mối quan hệ giữa chúng

Mục tiêu

- Phân biệt và hiểu được các tính chất

- Hiểu và nắm chắc định nghĩa, ký hiệu, đơn vị, ý nghĩa các loại cơ tínhthường dung trong vật liệu kim loại

- Hiểu được cấu tạo bên trong của kim loại nguyên chất và hợp kim

- Hiểu được các dạng cấu tạo của hợp kim

Nội dung:

1.1 Khái niệm về vật liệu công nghiệp

Tất cả các vật liệu dùng trong công nghiệp được sử dụng có thể ở cả 3trạng thái là rắn, lỏng và khí Ở trạng thái rắn như sắt, thép, gỗ, đá, chất dẻo, cao

su v.v….Ở trạng thái lỏng như xăng, dầu, rượu, benzen, nước, glyxêrin v.v…Ởtrạng thái khí và hơi như hơi nước quá nhiệt (có nhiệt độ cao hơn 100oC), khíoxy (O2) và axêtylen dùng trong ngành hàn, khí cacbonic (CO2) đã được hoálỏng dùng làm lạnh bia, nước ngọt v.v…

Các vật liệu ở trạng thái rắn dùng để chế tạo các máy móc, công trình, vậtdụng dùng trong đời sống hàng ngày của con người có thể chịu được một lựctác dụng nhật định nào đó được gọi là vật liệu kết cấu Tuỳ thuộc vào cấu tạobên trong, vật liệu kết cấu lại được chia thành 3 loại: Vật liệu tinh thể, vật liệu

vô định hình và vật liệu gốm Về tính chất vật lý vật liệu kết cấu lại có thể chia

làm 2 loại là vật liệu kim loại và vật liệu phi kim loại (có thể gọi vật liệu khôngkim loại)

Vật liệu tinh thể gồm các kim loại nguyên chất, các hợp kim và các loại đá,

các muối vô cơ Vật liệu tinh thể là các vật liệu mà các nguyên tử của chúng ởtrạng thái rắn luôn luôn được sắp xếp theo một trật tự nhất định gọi là mạng tinhthể Trong đó các kim loại và hợp kim như sắt, nhôm, đồng , thép, gang, dura cótính kim loại, còn các loại đá và muối như muối ăn (NaCl), đá vôi (CaCO3),thạch cao (CaSO4) có cấu tạo mạng tinh thể nhưng lại không có tính kim loạinên thuộc vật liệu phi kim loại

Vật liệu vô định hình là các vật liệu mà các nguyên tử, phân tử của chúng

không sắp xếp theo mạng tinh thể Hầu hết các vật liệu phi kim loại (trừ đá vàmuối) đều ở dạng vô định hình như gỗ, chất dẻo, thuỷ tinh, vải, amian v.v…

Vật liệu gốm là vật liệu mà cấu tạo bên trong gồm vừa có các tinh thể vừa

có một phần vật chất ở dạng vô định hình Vật liệu gốm trong thiên nhiên cũng

có, nhưng tính chất không ổn định nên trong công nghiệp ít được dùng Vật liệugốm công nghiệp chủ yếu là nhân tạo Để chế tạo vật liệu gốm kim loại hoặc phikim loại người ta chế tạo các hạt tinh thể rất nhỏ gọi là bột, ép lại thành hình,một sản phẩm nào đó rồi nung nóng (gọi là thiêu kết) để các hạt bột dính lại vớinhau tạo thành sản phẩm Do ép từ bột nên bên trong vật liệu gốm bao giờ cũng

có những lỗ hổng (lỗ bộng) chứa không khí nên vật liệu gốm bao giờ cũng

"xốp" hơn các vật liệu khác Độ xốp là điểm đặc biệt của vật liệu gốm

Trong giáo trình này chúng ta chỉ nghiên cứu các kim loại và phi kim loại thôngdụng

1.2-Khái niệm về kim loại

1.2.1- Kim loại là gì?

Kim loại là các vật liệu có tính dẫn nhiệt, dẫn điện tốt; có tính dẻo cao nghĩa là

có thể dát mỏng, kéo dài một cách dễ dàng và có một vẻ sáng bên ngoài riêngbiệt mà được gọi là "ánh kim"

1.2.2- Phân loại kim loại

Khi trong một khối kim loại chỉ gồm một nguyên tố hoá học thì gọi là kimloại nguyên chất Nếu trong đó gồm nhiều nguyên tố mà nguyên tố kim loại làchủ yếu thì gọi là hợp kim Hợp kim phải có tính kim loại

Về màu sắc và sử dụng, kim loại và hợp kim được chia làm 2 loại: Kim loại đen

và kim loại màu

Kim loại đen là các kim loại và các hợp kim trên cơ sở nguyên tố sắt (Fe) cụ thể

là sắt nguyên chất, hợp kim của nó là thép và gang

Kim loại màu là các kim loại và hợp kim trên cơ sở các nguyên tố kim loại còn

lại như nhôm (Al), đồng (Cu), chì (Pb), thiếc (Sn), kẽm (Zn), mangan (Mn),silic (Si), môlipđen (Mo),

Kim loại màu lại được phân làm các loại sau:

- Kim loại nhẹ là các kim loại và hợp kim có khối lượng riêng nhỏ hơn hay

bằng 4g/cm3 như nhôm (Al), titan (Ti), magiê (Mg), liti (Li),

- Kim loại nặng là các kim loại và hợp kim có khối lượng riêng lớn hơn 4

g/cm3 như sắt (Fe), đồng (Cu), kẽm (Zn), niken (Ni), vônfram (W),môlipđen (Mo), ziếc côn (Zr),

- Kim loại dễ chảy là các kim loại và hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp

hơn nhiệt độ nóng chảy của sắt (1539oC) như nhôm (660oC), magiê(650oC), chì (327oC), thiếc (232oC), vàng (1063oC), bạc (960oC),

- Kim loại khó chảy là các kim loại và hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao

hơn nhiệt độ nóng chảy của sắt như titan (1665oC), crôm (1875oC), đặc

biệt có các nguyên tố rất khó chảy như vanađi (1900oC), niôbi (2468oC),môlipđen (2610oC), tantan (3000oC), vônfram (3380oC),

- Kim loại quý là các kim loại và các hợp kim của chúng có tính rất bền (trơ,

không tác dụng hoá học) với các môi trường thông thường kể cả các loạiaxit mạnh Nhóm này gồm 8 nguyên tố như bạc (Ag), vàng (Au), paladi(Pd), platin (bạch kim, Pt), osmi (Os), rôđi (Rh), rutêni (Ru), iriđi (Ir)

- Kim loại hiếm là các kim loại có trữ lượng rất ít trong vỏ quả đất như Mo,

Zr, đặc biệt là các nguyên tố đất hiếm như lantan (La), xêri (Ce), xamari(Sm),

1.3- Cấu tạo mạng tinh tinh thể và hạt kim loại

1.3.1- Cấu tạo nguyên tử của kim loại

Kim loại có các tính chất khác nhau là do tổ chức bên trong của chúngkhác nhau Một khối kim loại gồm các nguyên tử kim loại cùng loại hoặc khácloại tạo thành Mỗi nguyên tử là một hệ thống phức tạp gồm: Hạt nhân mangđiện dương ở giữa và các điện tử mang điện âm quay xung quanh hạt nhân đó.Hạt nhân bao gồm proton và nơtron Khối lương của nguyên tử chủ yếu tậptrung vào hạt nhân, vì khối lượng của các điện tử vô cùng bé không đáng kể sovới khối lượng của hạt nhân Số lượng điện tử trong mỗi nguyên tử đúng bằng

số lượng proton trong hạt nhân của nguyên tử đó, do đó bình thường mỗinguyên tử có tính chất trung hoà về điện vì số tích điện dương của hạt nhânđúng bằng số tích điện âm của các điện tử (các nơtron trong hạt nhân khôngtích điện) Số lượng điện tử của mỗi nguyên tố đúng bằng số thứ tự của nguyên

tố đó trong bảng tuần hoàn Trong số hơn 100 nguyên tố hoá học trong bảngtuần hoàn thì khoảng 80 nguyên tố là các kim loại Các điện tử luôn luônchuyển động quanh hạt nhân theo các quỹ đạo hình elip và được xếp thành cácvành năng lượng khác nhau Số điện tử càng nhiều số vành càng nhiều, nhưngvới các nguyên tố đã phát hiện được hiện nay nguyên tố có số điện tử lớn nhất

có số vành điện tử không quá 7 Các nguyên tố kim loại có đặc điểm là số điện

tử ở vành ngoài cùng rất ít (2 hoặc 3), có liên kết yếu với hạt nhân nên dễ táchkhỏi sức hút của hạt nhân để di chuyển tự do trong toàn khối kim loại và đượcgọi là điện tử tự do Điện tử tự do là một đặc điểm nổi bật của cấu tạo kim loại.Nhờ có điện tử tự do mà kim loại có các tính chất độc đáo khác với các vật liệuphi kim loại như tính dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, tính dẻo cao v.v…

1.3.2- Cấu tạo tinh thể của kim loại

Kim loại ở trạng thái rắn có cấu tạo bên trong theo mạng tinh thể, nghĩa là cácnguyên tử kim loại luôn luôn sắp xếp theo những hình hình học không gian nhấtđịnh gọi là mạng tinh thể không gian, gọi tắt là mạng tinh thể Trên hình 2-1biểu diễn một phần của mạng tinh thể Mạng tinh thể của kim loại có nhiều kiểukhác nhau Phần nhỏ nhất biểu diễn đặc trưng cho một kiểu mạng tinh thể gọi là

ô cơ bản thí dụ trên hình 2 -2 biểu diễn các kiểu mạng lập phương tâm khối(còn gọi là lập phương thể tâm), lập phương tâm mặt (lập phương thể tâm) vàsáu phương xếp chặt (lục giác xếp chặt) Trong các hình dưới, mỗi vòng trònnhỏ biểu diễn cho một nguyên tử kim loại Vị trí có nguyên tử kim loại gọi lànút mạng Một mặt phẳng chứa các nguyên tử gọi là mặt mạng hay mặt tinh thể

Hình 1.1 – Mạng tinh thể không gian của kim loại

Hình 1.2 – Các kiểu mạng của kim loạiNhiều mặt tinh thể xếp liên tục với nhau tạo thành mạng không gian.

Khi kim loại nóng chảy thì sự sắp xếp theo mạng tinh thể sẽ bị phá vỡ, ngượclại khi đông đặc thì mạng tinh thể sẽ được thành lập Do đó quá trình đông đặc

của kim loại còn gọi là quá trình kết tinh.

Đa số các kim loại từ nhiệt độ thường khi nung nóng đến nhiệt độ nóngchảy kiểu mạng tinh thể không thay đổi Nhưng có một số kim loại có tính đặcbiệt là ở trạng thái rắn khi nung nóng đến một nhiệt độ nhất định (chưa đạt đếnnhiệt độ nóng chảy) thì chuyển sang một kiểu mạng tinh thể khác Tính chất đógọi là tính thù hình (hay tính dị hình) Mỗi kiểu kiểu mạng tinh thể ở mộtkhoảng nhiệt độ nhất định của các kim loại đó gọi là một dạng thù hình Thí dụnguyên tố sắt (Fe) ở nhiệt độ thường có mạng lập phương tâm khối gọi là Fe(đọc là sắt an-pha), nhưng khi nóng đến 911oC nó chuyển sang kiểu mạng lậpphương tâm mặt gọi là Fe (đọc là sắt gam-ma) Khi nóng đến 1399oC nó lạichuyển về kiểu mạng lập phương tâm khối nhưng được gọi là Fe (đọc là sắt đen-ta) và giữ nguyên kiểu mạng này cho đến khi nóng chảy Như vậy sắt có 2 kiểumạng là lập phương tâm mặt và lập phương tâm khối hay còn gọi là 2 dạng thùhình của sắt là lập phương tâm mặt và lập phương tâm khối

1.3.3- Cấu tạo hạt của kim loại

Trong kim loại thực tế sự sắp xếp mạng tinh thể bên trong kim loại khôngphải luôn luôn đồng nhất Tuỳ huộc đặc điểm của quá trình kết tinh hoặc cácphương pháp gia công khác nhau, các mặt tinh thể trong mạng không giankhông phải luôn luôn song song với nhau mà thường có dạng như hình 2-3 Do

đó một phần tinh thể có sự sắp xếp tương đối đồng nhất với nhau, được giới hạntrong một khối hẹp như trên hình vẽ, gọi là một hạt Kích thước một hạt có thể

to nhỏ rất khác nhau tuỳ thuộc quá trình gia công như quá trình làm nguội khiđúc, quá trình biến dạng khi cán, kỹ thuật biến tính khi nấu luyện, v.v .Kíchthước hạt của kim loại có ảnh hưởng lớn đến cơ tính của kim loại và hợp kim.Thí dụ hạt càng nhỏ độ bền và độ dai va đập của kim loại càng cao Nếu sau mộtquá trình gia công nhất định khi đúc, rèn, cán, dập …kim loại có một kích thướchạt nhất định Có thể thay đổi kích thước hạt đó mà không muốn thay đổi kíchthước hoặc hình dáng bên ngoài của sản phẩm người ta có thể dùng các phươngpháp nhiệt luyện để cải thiện độ hạt

Hình 1.3 -: Cấu tạo của kim loại

1.4- Cách đánh giá cơ tính của kim loại

Cơ tính của kim loại được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau:

1.4.1- Độ bền.

Độ bền là khả năng chống biến dạng của kim loại khi nó chịu tác dụng một lựcnhất định Để đo độ bền kim loại người ta phải chế tạo mẫu thử theo kích thước

quy định và thử trên các máy thử chuyên dùng như máy kéo nén, máy thử mỏi,máy thử xoắn …

Trên hình 1-4 là máy thử độ bền Tuỳ thuộc phương pháp thử, độ bền được chiathành các loại sau:

Hình 1 – 4: Máy thử độ bền

Độ bền kéo ký hiệu K , đơn vị đo lường là N/mm2 (đọc là Niu-tơn trên milimetvuông) hay MPa (đọc là mêga pascal) Đơn vị đo lường cũ là KG/mm2 (1KG/mm2=9,81N/mm2)

Về bản chất, độ cứng và độ bền là giống nhau, chỉ khác ở phương pháp đo.Khi đo độ bền dùng mẫu riêng và phá huỷ toàn bộ mẫu, còn khi đo độ cứng chỉ

đo tại một vài điểm trên mẫu và không phá huỷ mẫu Tuỳ theo phương pháp đo,

độ cứng có các loại thông dụng sau:

Hình 1 – 5: Máy thử độ cứng

-Độ cứng Brinen (Brinelle) ký hiệu HB Máy đo độ cứng Brinen như trên hình

2-5 chỉ dùng để đo các kim loại mềm (chưa tôi cứng) có chiều dày mẫu lớn hơn30mm

-Độ cứng Rốc-oeo (Rockwell)ký hiệu HR Máy đo độ cứng Rốc-oeo như trên

hình 2-6 có 3 thang đo: thang thứ nhất ký hiệu HRB dùng để đo vật liệu mềmgiống như vật đo trên máy Bri-nen, nhưng trên máy Rốc-oeo có thể đo đượcmẫu chiều dày lớn hơn 5mm Thang thứ 2 ký hiệu HRC dùng để đo vật liệucứng (thép đã tôi) các mẫu có chiều dày lớn hơn 3mm Thang thứ 3 ký hiệuHRA dùng để đo vật liệu rất cứng có chiều dày lớn hơn 2mm

-Độ cứng Vích-ke (Vickers) ký hiệu HV Máy đo độ cứng Vích-ke như trên

hình 2-7 dùng để đo các vật liệu cứng hoặc mềm nhưng có chiều dày nhỏ hơn3mm nhưng phải lớn hơn 0,5mm Với những tấm kim loại rất mỏng dùngphương pháp đo độ cứng tế vi trên các kính hiển vi ký hiệu H (thường chỉdùng trong các phòng thí nghiệm)

1.4.3-Độ dẻo

Độ dẻo là khả năng biến dạng của kim loại khi tác dụng lên nó một lực nhất

định Độ dẻo được đánh giá bằng hai chỉ tiêu:

-Độ dãn dài (tương đối) ký hiệu % (đọc là đen-ta) tính theo phần trăm

-Độ thắt (tỷ đối) ký hiệu % (đọc là pxi) tính theo phần trăm

Khi đánh giá tính chất của kim loại, ngoài việc đánh giá theo cơ tính, người

ta còn đánh giá kim loại theo các tính chất vật lý, tính chất hoá học và trongngành cơ khí còn đánh giá bằng tính công nghệ

Tính công nghệ của kim loại là khả năng có thể gia công bằng phương pháp nào

là tốt Tính công nghệ của kim loại gồm: tính đúc, tính hàn, tính chịu gia công

áp lực, tính chịu cắt gọt, tính chịu nhiệt luyện Các tính chất này thường đượcnghiên cứu trong các giáo trình công nghệ gia công của từng phương pháp

Câu hỏi ôn tập

1 -Các kiểu mạng tinh thể thường gặp của kim loại là gì? Vẽ các ô cơ bảncủa các kiểu mạng tinh thể đó

2 -Tính thù hình là gì? Trình bày tính thù hình của sắt

3 -Viết ký hiệu và đơn vị đo lường của độ bền, độ cứng, độ dẻo và độ dai vađập

CHƯƠNG 2 HỢP KIM SẮT- CACBON

Cho biết cấu tạo và cơ tính của hợp kim Fe –C thong qua giản đồ trạng thái vàcách sử dụng nó Nắm rõ được qúa trình sản xuất thép và gang.

Mục tiêu:

- Hiểu được khái niệm về giản đồ trạng thái nói chung

- Nắm được các tổ chức một pha, hai pha, điểm, đường tới hạn trên giản đồtrạng thái

- Biết cách sử dụng giản đồ

- Biết được quá tình sản xuất thép và gang

2.1- Phân loại hợp kim sắt - cacbon

Hợp kim sắt-cacbon (có thể viết là hợp kim Fe-C) là hợp kim của 2nguyên tố chủ yếu là sắt (Fe) và cacbon (C), trong đó hàm lượng cacbon thayđổi không quá 6,67%, nhưng trong thực tế chỉ sử dụng không quá 4%C Tùythuộc hàm lượng cacbon trong hợp kim người ta chia ra: Thép là hợp kim Fe-Ctrong đó lượng C không quá 2%, còn gang là hợp kim Fe-C chứa lớn hơn 2%C.Trong thực tế, thành phần của thép và gang không phải chỉ có 2 nguyên tố Fe và

C, mà thường còn chứa nhiều nguyên tố khác nữa

Trong bất kỳ loại thép hay gang nào cũng đều có chứa 4 nguyên tố tạp chất là: S(lưu huỳnh), P (phốt pho), Mn (mangan ), Si (silic)

Tạp chất lưu huỳnh trong thép làm cho thép có tính dòn nóng, do đó khi luyệnthép người ta phải khử lưu huỳnh bằng ferô mangan (FeMn) để giảm lượng Strong thép còn không quá 0,05% Trong các thép chất lượng cao của các nước

có nền công nghiệp luyện kim tiên tiến người ta quy định lượng lưu huỳnh chophép không quá 0,02% Trong các thép chất lượng không cao, khi dùng để chếtạo các chi tiết không quan trọng, để tăng tốc độ cắt gọt trên máy tiện tự động,người ta cho lượng S có thể tăng lên đến 0,10-0,12% và các thép đó được gọi là

thép tự động Lưu huỳnh trong gang cũng làm tăng tính dòn nóng nhưng chophép hàm lượng S có thể đến 0,10-0,15%.

Tạp chất phốt pho trong thép làm cho thép có tính dòn lạnh Hàm lượng Pcho phép trong các thép thông thường không quá 0,05% Khi luyện thép, đểgiảm lượng P trong thép người ta có thể dùng nhiều biện pháp khác nhau nhưngđều phải luyện trong lò có tính kiềm vì phải sử dụng nhiều đá vôi Khi lượng Ptrong thép cao, cơ tính của thép giảm, nhưng tính chịu cắt gọt lại dễ hơn nên cóthể thay thép có S cao bằng thép có P cao (0,12-0,15%P) để làm thép tự động.Phốt pho ở trong gang cho phép đến 0,2%, đôi lúc có thể đến 0,5% Sở dĩ Ptrong gang có lúc cho phép cao là vì ngoài tác dụng xấu làm giảm cơ tính củagang, P lại có tác dụng khác theo chiều hướng tốt là tạo một tổ chức bên tronggọi là cùng tinh 2 nguyên làm tăng tính chống mài mòn của gang và làm tăngtính chảy loãng cho gang

Tạp chất mangan và silic trong thép làm cho thép bền hơn nhưng cũngdòn hơn Hàm lượng của chúng thường được giới hạn trong khoảng 0,35-0,4%

Si và 0,5-0,8% Mn

Các tạp chất Si và Mn có trong thép là do khi luyện người ta cho ferô silicvào lò hoặc cho vào thùng rót để khử oxy, cho ferô mangan vào lò để khử lưuhuỳnh Sau các phản ứng hóa học tạo thành xỉ nổi lên mặt kim loại lỏng, mộtlượng Si và Mn rất nhỏ còn lại hòa tan trong thép đóng vai trò tạp chất Trongtrường hợp lượng Si trong thép cao hơn 1% và Mn cao hơn 1,1% thì lúc đó Mn

và Si được gọi là nguyên tố hợp kim

Nếu trong thép ngoài Fe và C, chỉ có các nguyên tố tạp chất S, P, Mn, Sithì thép đó gọi là thép các bon Nếu ngoài 6 nguyên tố trên còn có thêm cácnguyên tố khác dưới dạng các nguyên tố hợp kim thì gọi là thép hợp kim

2.2- Giản đồ trạng thái sắt - cacbon

Thép và gang là hợp kim của sắt và cacbon Muốn nghiên cứu sự thay đổicấu tạo bên trong của hợp kim sắt-cacbon khi nhiệt luyện cần phải nghiên cứumột loại đồ thị gọi là giản đồ trạng thái của hợp kim sắt-cacbon Qua giản đồnày chúng ta có thể biết được các quy luật về sự kết tinh, những thay đổi bêntrong của hợp kim khi nung nóng và làm nguội gọi là các chuyển biến khi nhiệtluyện.

Thông qua giản đồ này ta có thể xác định các chế độ nung nóng khi đúc, rèn,dập nóng, khi nhiệt luyện

Giản đồ trạng thái Fe-C được biểu diễn trên một mặt phẳng bằng một toạ độ kép

mà trục tung chỉ sự thay đổi của nhiệt độ, còn trục hoành chỉ sự thay đổi thànhphần cacbon của hợp kim như trên hình 3-1

Hình 2.1- Giản đồ trạng thái sắt - cacbonTrên trục tung bên trái, nhiệt độ 1539oC (điểm A) chỉ nhiệt độ nóng chảycủa sắt nguyên chất Trên trục tung bên phải điểm D chỉ nhiệt độ nóng chảy củaxêmentit (1227oC) Trên trục hoành số 6,67% chỉ tỷ lệ cacbon trong hợp chấtxêmentit

Tuỳ thuộc tỷ lệ cacbon trong hợp kim và ở các nhiệt độ khác nhau, sắt vàcacbon kết hợp với nhau tạo thành các loại pha khác nhau.

Sắt và cacbon là các nguyên tố mà ở trạng thái rắn chúng luôn luôn ở trạng tháitinh thể, nghĩa là các nguyên tử của chúng luôn được sắp xếp theo những hìnhhình học nhất định gọi là mạng tinh thể Khi chúng kết hợp với nhau để tạothành hợp kim, các cấu tạo của hợp kim cũng phải ở dạng các mạng tinh thể.Sắt nguyên chất ở nhiệt độ thường có kiểu mạng lập phương tâm khối như hình1-2a, gọi là sắt an-pha (Fe ) Nhưng khi nhiệt độ tăng đến 911oC sắt lại chuyểnthành kiểu mạng lập phương tâm mặt như trên hình 1-2b gọi là sắt gam-ma(Fe )

Cacbon trong hợp kim Fe-C có thể ở 2 dạng:

-Graphit là cacbon ở dạng nguyên chất có mạng lục giác như hình 3-2

Hình 2.2- Mạng tinh thể Graphit-Xêmentit là hợp chất hoá học của sắt và cacbon có công thức Fe3C, trong

đó lượng cacbon chiếm tỷ lệ 6,67%, trên giản đồ ký hiệu là Xê

Nếu trong Fe có hoà tan một ít cacbon (thực tế không đáng kể) gọi là dung dịchrắn ferit (trên giản đồ ký hiệu là F) Ở nhiệt độ trên 727oC, Fe hòa tan cacbonvới một lượng từ 0 đến 2,14% được gọi là dung dịch rắn auxtênit (trên giản đồ

ký hiệu là A) Trong hợp kim Fe-C ở nhiệt độ thấp hơn 727oC khi thành phần

cacbon bằng 0,8% sẽ tạo thành một tổ chức hỗn hợp gọi là peclit (trên giản đồ

ký hiệu là P) Đây là tổ chức gồm các tấm ferit và các tấm xêmentit nằm xen kẽnhau gọi là peclit tấm như ở hình 3-3

Khi trong hợp kim có lượng cacbon lớn hơn 2% thường tạo thành một tổ chứchỗn hợp gọi là lêđêburit như trên hình 3-4 Trong tổ chức lêđêburit hàm lượngcacbon chiếm 4,3%

Hình 2.3- a Tổ chức peclit tấm, b Tổ chức LedepuitLêđêburit là tổ chức gồm các hạt peclit phân bố trên nền xêmentit

Trên giản đồ trạng thái Fe-C đường ACD gọi là đường lỏng nghĩa là tất cảmọi thành phần hợp kim khi ở nhiệt độ cao hơn đường lỏng đều nóng chảy hoàntoàn Đường AECF gọi là đường đặc nghĩa là mọi thành phần của hợp kim khi ởnhiệt độ thấp hơn đường đặc đều đã được kết tinh và ở trạng thái rắn Như vậyvới một thành phần hợp kim bất kỳ khi nung nóng đến nhiệt độ tương ứng vớiđường đặc sẽ bắt đầu nóng chảy, nhưng khi đạt đến nhiệt độ tương ứng vớiđường lỏng thì hợp kim mới chảy lỏng hoàn toàn Thí dụ: nếu các đường congtrên giản đồ là chính xác (thực tế là chưa chính xác lắm) thì với hợp kim cóthành phần 1%C, khi nung nóng đến 1400oC nó sẽ bắt đầu nóng chảy, nhưngđến khoảng 1470oC (thực tế khoảng 1490oC) mới nóng chảy hoàn toàn

Giản đồ trạng thái Fe-C được chia thành 2 khu vực: Các hợp kim có thành phầnnhỏ hơn 2,14%C (bên trái điểm E) gọi là thép, các hợp kim có thành phần lớnhơn 2,14%C (bên phải điểm E) gọi là gang

Hợp kim có thành phần đúng bằng 0,8%C gọi là thép cùng tích, cấu tạo bêntrong được thể hiện trên kính hiển vi gọi là tổ chức tế vi gồm có các hạt peclitnhư trên hình 2-3 Các thành phần hợp kim nhỏ hơn 0,8%C gọi là thép trướccùng tích có tổ chức gồm các hạt peclit và các hạt ferit như trên hình 3-5 Cácthành phần hợp kim lớn hơn 0,8%C gọi là thép sau cùng tích có tổ chức gồmcác hạt peclit và lưới xêmentit bao quanh như trên hình 3-6 Các hợp kim cóthành phần từ 2,14 đến 4,3%C gọi là gang trước cùng tinh có tổ chức gồmlêđêburit+peclit+xêmentit II như trên hình 7-7, hợp kim có thành phần lớn hơn4,3%C gọi là gang sau cùng tinh, có tổ chức gồm lêđêburit+xêmentit I như trênhình 8-8 , thành phần đúng bằng 4,3%C gọi là gang cùng tinh gồm toàn tổ chứclêđêburit như trên hình 3-4

Hình 2.4- a Tổ chức thép trước cùng tích b Tổ chức thép sau cùng tích, c Tổ

chức gang trước cùng tinh, d Tổ chức gang sau cùng tinh

2.3- Thép cacbon và thép hợp kim

2.3.1- Thành phần thép hợp kim

- Trong thép cacbon ngoài nguyên tố chính là Fe thì nguyên tố cacbon là nguyên

tố đóng vai trò quan trọng nhất Khi thành phần cacbon thay đổi tính chất củathép sẽ thay đổi Hàm lượng cacbon trong thép cacbon thay đổi từ 0,05 đến1,3%

Các nguyên tố tạp chất:

S- giới hạn không quá 0,05%

P- giới hạn không quá 0,05%

Si- Trong các thép cacbon thông thường lượng Si thường chiếm khoảng 0,5%,nhưng trong thép sôi lượng Si chỉ được phép không quá 0,07%.

Mn- thường chiếm khoảng 0,5 - 0,8%

2.3.2- Phân loại và ký hiệu thép cacbon

Có nhiều cách phân loại thép cacbon khác nhau:

2.3.2.1- Phân loại theo phương pháp luyện gồm có:

-Thép lò chuyển là thép được luyện trong các lò chuyển như lò Betxme, lò Tômát, lò LD Các thép này có chất lượng không cao do thời gian luyện ngắn, khóđiều chỉnh chính xác thành phần và khó khử triệt để các tạp chất

-Thép lò bằng hay lò Máctanh Thép này có chất lượng cao

-Thép lò điện là thép được luyện trong lò điện hồ quang hay lò điện cảm ứng.Đây là các loại thép chất lượng cao Phương pháp lò điện thường dùng để luyệncác thép hợp kim và thép đặc biệt

2.3.2.2- Phân loại theo phương pháp khử oxi có:

-Thép sôi là thép không được khử oxy do đó trong cấu tạo của thỏi thép đúc cónhiều bọt khí (rỗ khí ), nhưng các rỗ này sau khi cán nóng sẽ được hàn lại Ưuđiểm của thép này là độ dẻo rất cao do lượng silic rất thấp Thép này thườngdùng để cán thành thép tấm, nhất là cán thành thép tấm mỏng sử dụng trongcông nghệ dập nguội sâu

-Thép lắng là thép được khử oxi triệt để do đó có chất lượng cao, nhưng do cónhiều silic nên có độ dẻo thấp

2.3.2.3- Phân loại theo các dạng sản phẩm cán (xem mục 3.5.3.3)

2.3.2.4- Phân lọai theo công dụng có :

- Thép công trình hay thép xây dựng - lọai này thường có chất lượng thường

- Thép kết cấu - là thép có chất lượng cao.

CT : Thép caccbon thông thường (có chất lượng thường)

C : Thép cacbon chất lượng (có chất lượng cao)

CD: Thép cacbon dụng cụ (có chất lượng cao)

Theo TCVN 1765- 75 thép các bon thông thường được ký hiệu theo cácmác sau:

Theo TCVN: s = sôi; n = nửa lắng; không có s,n = lắng.

Theo tiêu chuẩn của Nhật (JIS) nhóm thép này gần với các mác của JIS

Ngoài ra trong nhóm thép cacbon, một số nước còn phân thêm vài loại thép khác

mà hiện nay ở Việt nam có sử dụng như thép dễ cắt, thép đường ray, thép lá dậpnguội

Thép dễ cắt là loại thép cacbon có hàm lượng lưu hỳnh và phốt pho cao hơnbình thường

Các thép này do có lượng S và P cao nên cơ tính thấp, chỉ dùng để chế tạo cácchi tiết không yêu cầu có độ bền cao như bu lông, đai ốc, vòng đệm …Các chitiết này khi gia công cắt gọt thường gia công trên máy tiện tự động nên thép nàycòn có tên là thép tự động

Thép lá dập nguội

Đây là loại thép cacbon chất lượng cao, khi luyện không khử oxy nên hàmlương Si rất thấp, gọi là thép sôi Theo TCVN 1766-75 và OCT 1050-74 quiđịnh hàm lượng Si trong thép này không vượt quá 0,03% đối với thép C5s(05K ) và C8s (08K ) và 0,07% Si đối với các thép có hàm lượng cacbon caohơn, trong lúc đó đối với thép lắng lượng Si có thể đến 0,35% Do có lượng Sirất thấp mặc dù độ bền không cao nhưng độ dẻo lại rất cao Thép sôi dễ cánthành tấm mỏng, khi chế tạo thành sản phẩm dễ dàng gia công bằng phươngpháp dập nguội Để đảm bảo tính dẻo cao thép này còn được qui đinh hạt nhỏvới cấp 6-8

2.3.2- Thép hợp kim

2.3.2.1- Thành phần và tính chất

Thép hợp kim là các loại thép mà ngoài 2 nguyên tố chủ yếu là Fe và C,người ta còn cho thêm các nguyên tố khác với lượng khác nhau nhằm mục đíchnâng cao một số tính chất cần thiết có lợi cho thép, hoặc tạo thêm một số tínhchất mới mà thép không thể có được Trong thép hợp kim vẫn có các tạp chấtnhư S hoặc P hoặc kể cả Mn và Si, nhưng tuỳ thuộc yêu cầu của từng loại thép

mà hàm lượng các tạp chất này đòi hỏi khắt khe hơn và cũng có khác nhau Mỗi nguyên tố hợp kim cho vào tuỳ thuộc không những về chất mà cả vềlượng sẽ cho những tính chất khác nhau Thí dụ: Để tăng độ bền cho thép có thểcho thêm Mn, Si, Cr, Ni Nhưng nếu cho nhiều Mn và Si thì tính dẻo sẽ giảm,

độ dai và dập cũng giảm trong lúc đó cho Cr hoặc Ni thì không giảm hoặc giảm

ít độ dai va đập và độ dẻo Nhưng cho Ni vào nhiều thì giá thành thép lại cao.Nguyên tố Mn làm tăng tính chống mài mòn nhưng lại làm hạt thép lớn lênnhanh khi nung nóng Do đó các thép thông thường không cho nhiều Mn quá2% Để hạn chế khuyết điểm này của Mn người ta cho vào thép một lượng rất ít(<1%) một trong những nguyên tố sau: Ti (0,01%), Mo (<0,5%), B (<0,005%).Nguyên tố Cr có nhiều tác dụng khác nhau tuỳ thuộc lượng cho vào Khi nhỏhơn 5% có tác dụng tăng độ bền và tăng độ thấm tôi Khi có từ 5 đến 20% có tácdụng tăng tính chịu nóng Muốn có tính chống gỉ lượng Cr phải đảm bảo khôngdưới 13% Các nguyên tố W, Mo, V, Ta, có tác dụng tạo trong thép có nhữnghạt rất cứng làm tăng tính chống mài mòn không những ở nhiệt độ thường màcòn cả ở nhiệt độ cao, đồng thời hạn chế sự lớn lên của hạt thép khi nung nóng,

vì nếu hạt thép càng lớn độ bền của thép càng giảm Do đó muốn cho thêmnguyên tố nào với lượng bao nhiêu đều phải có tính toán cẩn thận dựa trên cácnguyên lý hợp kim hoá các thép hợp kim

2.3.2.2- Phân loại thép hợp kim.

Các nước khác nhau trên thế giới có các cách phân loại thép hợp kim khác nhau.Dưới đây chỉ đưa ra vài kiểu phân loại chủ yếu theo TCVN.

2.3.2.2.1- Phân loại theo thành phần nguyên tố hợp kim chủ yếu:

Thép crôm, thép crôm niken, thép mangan, thép silic,v.v…

2.3.2.2.2- Phân loại theo tổng lượng các nguyên tố hợp kim :

-Thép hợp kim thấp- thép có tổng lượng các nguyên tố hợp kim nhỏ hơn3%

-Thép hợp kim trung bình- thép có tổng lượng các nguyên tố hợp kim từ 3đến 8%

-Thép hợp kim cao-Thép có tổng lượng các nguyên tố hợp kim lớn hơn 8%

2.3.2.2.3- Phân loại theo công dụng:

-Thép công trình hay thép xây dựng là thép có hàm lượng cacbon thấp và hàmlượng các nguyên tố hợp kim cũng thấp nhưng có độ bền cao hơn thép cacbonxây dựng nên thường được gọi là thép hợp kim thấp độ bền cao viết tắt theo từtiếng anh là thép HSLA (hight strength low alloy)

-Thép kết cấu hợp kim là các loại thép hợp kim dùng để chế tạo các chi tiết máy

có khả năng chịu lực lớn Nhóm này thường có thành phần cacbon không cao(không quá 0,7% C )

-Thép dụng cụ hợp kim là các loại thép hợp kim dùng để chế tạo các dụng cụ giacông các vật liệu khác nhau như dao cắt gọt kim loại, các khuôn, dụng cụ đov.v…

-Thép đặc biệt là các loại thép có những tính chất lí hoá đặc biệt Nhóm thép này

có nước xếp vào nhóm thép kết cấu hoặc một phần thép kết cấu một phần thépdụng cụ Hoặc ngược lại có nước xếp tất cả thép dụng cụ đều là thép đặc biệt

2.3.2.3- Ký hiệu thép hợp kim.

Theo TCVN thép hợp kim được kí hiệu gồm 2 phần: Phần số và phần chữviết tiếp theo nhau Phần số đứng đầu gồm 2 hoặc 3 chữ số chỉ phần vạn cacbon(x 0,01% C ), phần chữ tiếp theo chỉ các nguyên tố hợp kim được ghi theo kíhiệu các nguyên tố hoá học trong bảng tuần hoàn như Cr, Ni, Si …, sau mỗi chữcủa mỗi nguyên tố có con số từ 2 trở lên nếu nguyên tố đó có thành phần xấp xỉhoặc lớn hơn 2, viết to bằng chữ cái đầu của mỗi nguyên tố Nếu lượng của mỗinguyên tố nhỏ hơn hay bằng 1 thì không ghi thêm chữ số Thí dụ: Mác thép có

kí hiệu 20CrNi3A nghĩa là thép có thành phần 0,20%C, 1%Cr, 3%Ni Chữ A cónghĩa là thép tốt có lượng S và P mỗi thứ không quá 0,03% (thép không có chữ

A đứng cuối cho phép lượng S và P có thể đến 0,05%) Kí hiệu 30Cr2W8 nghĩa

là có thành phần 0,30%C, 2%Cr, 8%W (nguyên tố vônfram ) Thép 20Cr là thépkết cấu hợp kim thấp, thép 20CrNi3A là thép kết cấu hợp kim trung bình, thép30Cr 2W8 là thép dụng cụ hợp kim cao

Hiện nay trong nhiều tài liệu kĩ thuật, sách giáo khoa cũ bằng tiếng Việt còngiữ các kí hiệu thép theo OCT (tiêu chuẩn Liên Xô cũ ) Theo đó để kí hiệu cácnguyên tố hoá học, ttong OCT dùng các chữ cái Nga, các phần còn lại cũngtheo nguyên tắc gần giống TCVN Thí dụ

Để ký hiệu các loại thép, mỗi nước có các cách phân loại, ký hiệu riêng dựavào đặc điểm ngôn ngữ và trình độ kỹ thuật của mình Sau đây tóm lược các

hệ thống ký hiệu thép của một số nước trên thế giới:

Bảng 2.1 -: Ký hiệu tiêu chuẩn một số nước

Pháp Association FranÇaise de Normalisation AFNOR

2.3.2.4- Thép kết cấu.

Thép kết cấu là thép dùng để chế tạo các chi tiết máy, các kết cấu công trình, cácchi tiết chịu lực Thép kết cấu gồm thép cacbon kết cấu và thép hợp kim kết cấu.Thép cacbon kết cấu có nhược điểm là độ bền không cao do khi nhiệt luyện độthấm tôi không cao, nên khả năng hoá bền của thép không cao Thép hợp kimkết cấũ khắc phục được nhược điểm này vì khi cho các nguyên tố như Mnkhoảng 1%, hoặc Cr khoảng 1,5~ 2%, làm cho độ thấm tôi của thép tăng lênmạnh mẽ nên khả năng hoá bền của thép sẽ tăng cao , nghĩa là thép sau khi tôi

sẽ có độ bền tăng lên nhiều lần Như vậy cũng có nghĩa là thép hợp kim chỉ có

ý nghĩa lớn khi sử dụng ở trạng thái đã qua nhiệt luyện

Căn cứ vào thành phần và công dụng, thép kết cấu được chia làm các nhómsau:

2.3.2.4.1- Thép xây dựng

Gồm thép cacbon chất lượng thường và thép hợp kim thấp độ bền cao

Nhóm thép này thường bán ra thị trường dưới dạng thép tấm, thép hình, thépống, thép thanh Khi chế tạo các cấu kiện công trình như dầm, cột, xà, khung,sườn, … thép này thường được gia công bằng phương pháp cắt, hàn, tán rivê,bắt bulông và không cần nhiệt luyện.

Thép thường có thành phần cacbon thấp (?0,30%C), nhóm thép hợp kim cólượng nguyên tố hợp kim rất thấp, do đó thuộc loại thép rẻ tiền

2.3.2.4.2- Thép thấm cacbon

Thép này thuộc loại thép chất lượng cao, được bán trên thị trường ở dạng thépthanh, hoặc thép tấm Sở dĩ thép này có tên là thép thấm cacbon vì khi chế tạothành chi tiết máy sau khi gia công cơ khí thường nhiệt luyện bằng phương phápthấm cacbon , để tăng độ cứng và độ chống mài mòn cho chi tiết máy

Thép này cũng có thành phần cacbon nhỏ hơn 0,30%

Một vài ví dụ về sử dụng các thép của nhóm thép này:

- Thép C20, C25 chế tạo chén (nồi) ổ trước và sau của xe đạp và xe xích lô

- Thép 20Cr, 25Cr, 20CrNi, 18CrMnTi chế tạo chốt pít tông ô tô

- Thép 18CrMnTi, 20CrNi, 20CrNi3A chế tạo bánh răng hộp số ô tô, bánhrăng hành tinh, bánh răng chủ động, quả táo tay lái, chữ thập các đăng ô tôv.v…

- Thép 20CrNi3A, 20Cr2Ni4A chế tạo chốt xích xe tăng, chốt xích máy kéoxích v.v…

Hình 2.5- a Các chi tiết bằng thép thấm cacbon b Bánh răng hộp số ô tô

2.3.2.4.3- Thép cacbon trung bình.

Nhóm thép này gồm thép cacbon và thép hợp kim nhưng có thành phần cacbonkhoảng 0,30~0,50%C, lượng các nguyên tố hợp kim thường thuộc loại hợp kimthấp

Một vài thí dụ về sử dụng các thép của nhóm này:

- Thép C35 chế tạo trục ổ trước, ổ sau, trục pê đan xe đạp

- Thép C40, C45 chế tạo trục giữa xe đạp, trục máy bơm nước, trục khuỷuđộng cơ diêzen 6, 8, 12 mã lực

- Thép 40Cr, 45Cr chế tạo trục chính máy tiện, máy phay, bánh răng hộp sốmáy công cụ, bánh răng trục khuỷu, bánh răng trục cam động cơ đốt trong

- Thép 40CrNi, 50CrNi chế tạo trục khuỷu động cơ ô tô tải từ 8 tấn trở lên Nhìn chung đại đa số các loại trục đều được chế tạo bằng nhóm thép này nêncác thép nhóm này thường được gọi là thép trục

Khi chế tạo các loại trục hay bánh răng bằng nhóm thép này thường phải thựchiện một quá trình nhiệt luyện khá phức tạp thì chi tiết máy mới đạt được độ bềncao Thí dụ: Thép 40Cr khi chưa nhiệt luyện có độ bền kéo chỉ khoảng 50 ~ 60KG/mm2 , khi chế tạo sau khi nhiệt luyện đúng độ bền có thể đạt tới180KG/mm2

2.3.2.4.4- Thép đàn hồi (còn gọi là thép lò xo)

Gồm thép cacbon và thép hợp kim có thành phần cacbon trong khoảng 0,50 ~0,60% Nhóm thép này chủ yếu dùng để chế tạo các chi tiết làm việc ở trạng tháiđàn hồi như lò xo, nhíp ô tô v.v… như trên hình 2.6a và 2.6b

Hình 2.6- Nhíp ô tô, Thí dụ khi chế tạo các lò xo nhỏ dùng trong văn phòng phẩm, dụng cụ sinh hoạthằng ngày , lò xo trong xe đạp, người ta thường dùng các dây thép ký hiệu C50,C55, C60, 60Mn có đường kính Ø1; Ø 1,2; Ø 1,5; Ø 2mm đã được nhiệt luyệngọi là dây thép tôi chì uốn nguội thành lò xo (chú ý không được uốn nóng loạinày)

Khi chế tạo các lò xo lớn như lò xo dưới toa tàu hoả, lò xo căng xích xe tăng …người ta dùng các dây thép ký hiệu 60Si2, 60SiMn, sau khi uốn thành lò xo (uốnnóng) phải nhiệt luyện theo chế độ đặc biệt

Khi chế tạo nhíp ô tô dùng các bản thép ký hiệu 60Si2, 60SiMn, 60CrSiMn cóchiều dày 6, 8, 10 mm, sau khi cắt thành các thanh có chiều dài cần thiết người

ta đem tôi có đồ gá để vừa uốn vừa tôi bảo đảm nhíp có độ cứng nhất địnhnhưng vẫn giữ được độ cong cần thiết để bảo đảm độ đàn hồi cao

Căn cứ vào khả năng chịu nhiệt khi cắt gọt với tốc độ cắt khác nhau, thép dụng

cụ lại chia ra: Thép dụng cụ cắt gọt tốc độ thấp và thép dụng cụ cắt gọt tốc độcao

Thép dụng cụ cắt gọt tốc độ thấp là các loại thép dùng để chế tạo các dụng cụgia công bằng tay hoặc gia công trên máy các vật liệu mềm Khi gia công nhưvậy nhiệt độ của dao cắt nóng lên không quá 300oC do đó để chế tạo các loạidao này người ta chỉ dùng các thép dụng cụ cacbon hoặc các thép hợp kim thấp.Thí dụ: Để chế tạo dũa tay, cưa tay dùng thép CD80, CD100, CD120, thép ổ lăn

ký hiệu OL100Cr2 Chế tạo tarô, bàn ren dùng thép 90CrSi Chế tạo lưỡi bào

gỗ, cưa gỗ bằng máy, dao lạng gỗ làm ván ép … dùng thép 40CrW6 … như trênhình 2-7

Hình 2.7- Các dụng cụ cắt gọt thấp

Các thép này sau khi tạo hình bằng gia công cơ khí phải nhiệt luyện để có độcứng đạt đến 60~ 62 HRC.

Thép dụng cụ cắt gọt tốc độ cao hay còn gọi là thép cao tốc Thép này dùng đểchế tạo các loại dao cắt gọt kim loại với tốc độ cao mà khi cắt gọt nhiệt độ đầumũi dao có thể lên đến 700oC Thép này trong thuật ngữ tiếng Việt còn gọi làthép gió Đây là một loại thép hợp kim cao, thành phần cacbon cũng cao Ngoàitính chịu nhiệt cắt gọt tốt, thép còn có tính chống mài mòn rất cao Cách ký hiệuthép này theo TCVN thì không có gì đặc biệt so với các thép hợp kim khác,nhưng theo OCT thì ký hiệu bắt đầu bằng chữ P (tiếng Nga có nghĩa là chữ đầucủa chữ thép cắt gọt ,Thí dụ:

Nhóm thép này theo tiêu chuẩn của Mỹ (AISI) ký hiệu bắt đầu bằng chữ T(tungsten=W) hoặc M (molypden=Mo), tiêu chuẩn của Nhật (JIS) ký hiệu bắtđầu bằng chữ SKS

Thép này sau khi gia công cơ khí phải được nhiệt luyện theo các chế độ đặc biệt.Thép gió dùng để chế tạo các dụng cụ cắt gọt tốc độ cao như dao tiện, phay,bào, chuốt, khoan, doa … như trên hình 2-8

Hình 2.8- Các dụng cụ cắt gọt bằng thép gió

2.3.2.5.2- Thép khuôn dập nguội

Là các thép dùng để chế tạo các dụng cụ gia công kim loại và các vật liệukhác bằng phương pháp gia công áp lực ở trạng thái nguội Nói cách khác là để

chế tạo các loại khuôn như khuôn dập nguội, khuôn ép nguội, khuôn cắt ba viav.v

Nhóm thép này có đặc điểm là có thành phần cacbon cao vì khi chế tạo khuôn,sau khi gia công cơ khí người ta phải nhiệt luyện để có độ cứng cao đồng thờiphải có tính chống mài mòn rất cao

Thí dụ: để chế tạo khuôn dập nguội cỡ nhỏ dùng thép 60CrSi, 40CrSi Chế tạotrục cán nguội dùng thép 90Cr Chế tạo khuôn kéo dây, kéo ống dùng thép210Cr12, 160Cr12Mo, 130Cr12V1 sau khi gia công cơ khí phải nhiệt luyện để

có độ cứng tối đa (trên 60HRC)

Ngoài ra có thể dùng gang trong một số trường hợp khác như trục cán nóng cóthể làm bằng gang cầu Khuôn đúc nhôm, khuôn đúc ly tâm có thể làm bằnggang xám

-Thép không gỉ (còn gọi là thép chống ăn mòn hoá học)

2.3.6.3.1- Thép không gỉ (có thể viết "thép không rỉ ")

Thép không gỉ là thép có khả năng làm việc ở các điều kiện dễ bị xâm thựcbởi các môi trường hoá học như nước ngọt, nước mặn, các loại axit, badơ nồng

độ khác nhau ở nhiệt độ cao hoặc thấp Tuỳ tính chất của các môi trường cần sửdụng thép không gỉ, người ta chế tạo thép không gỉ thành nhiều loại khác nhau:Nhóm thép này chỉ chịu được các môi trường badơ và axit loãng không đunnóng Thép 08Cr13, 12Cr13, 20Cr13 dùng để chế tạo các vật dụng không yêucầu có độ cứng cao như các loại hộp, bao bì, đồ nữ trang, dụng cụ y tế, dụng cụgia đình trừ dao, kéo Để chế tạo dao, kéo và các loại dụng cụ dễ mòn phải dùngthép có hàm lượng cacbon cao hơn là thép 30Cr13, 40Cr13 Hai mác thép nàysau khi gia công cơ khí phải tôi để đạt được độ cứng cao Toàn bộ nhóm thépnày, khi chế tạo nếu sau khi nung nóng để nguội ngoài không khí tương đốicứng, khó gia công Giải thích là do khi nung nóng trên 800oC để nguội ngoàikhông khí bên trong thép có tạo thành tổ chức mactenxit rất cúng Vì thế thépnày còn có tên là thép mactenxit Tuy nhiên thép 08Cr13, 12Cr13, 20Cr13 mặc

dù có tổ chức mactenxit nhưng vẫn rất mau mòn nên không dùng để chế tạo daokéo

Thép không gỉ crôm-niken là thép có chứa 2 nguyên tố hợp kim là Cr và Ni.Đây là nhóm thép vữa có tính chất không gỉ, vừa có tính chất chịu nóng Về tínhkhông gỉ thép này chịu được các loại badơ và axit đặc nhưng nguội Nếu axit

nóng thì phải loãng Về tính chịu nóng có thể chịu đến nhiệt độ 800oC màkhông bị oxy hoá Nhóm thép này chứa 18%Cr và 8-10%Ni nên còn có tên làthép nhóm 18-8 Cấu tạo bên trong của nhóm thép này chỉ có một loại hạt gọi làhạt auxtênit nên thép này còn có tên là thép auxtênit, không có tính sắt từ(không hút nam châm) Tổ chức này không thay đổi khi nung nóng và làm nguộithép ở bất kỳ nhiệt độ nào So với thép không gỉ crôm, thép này có màu sắc sẫmhơn, cứng hơn, khó gia công hơn Trong dân gian thường gọi là inôc xanh hayinốc không hít Thép này có hàm lượng cacbon càng thấp càng tốt, càng ít bị ănmòn hoá học Khi hàn thép này cần chọn đúng loại que hàn loại này, nếu dùngloại que hàn nhóm mactenxit (có hàm lượng cacbon cao hơn) mối hàn sẽ bị gỉ.

Thép không gỉ chịu axit.

Đây cũng là thép không gỉ crôm nhưng có lượng crôm lớn hơn 16% Thép nàycòn có tên là thép ferit Thép có khả năng chịu được axit loãng và đặc, ở cả nhiệt

độ thường và cao Do đó thường dùng chế tạo thiết bị trong ngành hoá như nồinấu axit, các ống dẫn hoá chất v.v…

2.3.2.6.2- Thép chịu nóng :là các loại thép có khả năng chịu được nhiệt độ cao

trong môi trường khí có tính ăn mòn kim loại

Nguyên tố chủ yếu để tạo nên tính chịu nóng là nguyên tố crôm Nếu trong théplượng chứa crôm từ 10 -13% thì có thể chịu nhiệt đến 750oC, chứa đến 25%chịu được 1100oC ngoài ra để tăng tính chống oxy hoá ở nhiệt độ cao người tacho thêm nhôm (Al), silic (Si) Đặc biệt khi trong thép có một lượng niken (Ni)trên 14% thép không những chống oxy hoá tốt mà còn giữ được độ bền cao ởnhiệt độ cao Dưới đây là ký hiệu một số thép chịu nóng và công dụng củachúng

2.3.2.6.3- Thép chống mài mòn cao: là thép có khả năng làm việc ở các điều

kiện va đập mạnh và mài mòn cao như hàm máy nghiền đá, xích xe tăng, rănggàu xúc v.v…Thép có nhiều loại khác nhau, nhưng thường dùng nhất là thép