1.Thộp là hợp kim với thành phần chớnh là sắt (Fe), với cacbon (C), từ 0,02% đến 2,06%
theo trọng lượng, và một số nguyờn tố húa học khỏc. Chỳng làm tăng độ cứng, hạn chế sự di chuyển của nguyờn tử sắt trong cấu trỳc tinh thể dưới tỏc động của nhiều nguyờn nhõn khỏc nhau. Số lượng khỏc nhau của cỏc nguyờn tố và tỷ lệ của chỳng trong thộp nhằm mục đớch kiểm soỏt cỏc mục tiờu chất lượng như độ cứng, độ đàn hồi, tớnh dể uốn, và sức bền kộo đứt. Thộp với tỷ lệ cacbon cao cú thể tăng cường độ cứng và cường lực kộo đứt so với sắt, nhưng lại giũn và dễ góy hơn. Tỷ lệ hũa tan tối đa của carbon trong sắt là 2,06% theo trọng lượng ( ở trạng thỏi Austenit) xảy ra ở 1.147 độ C; nếu lượng cacbon cao hơn hay nhiệt độ hũa tan thấp hơn trong quỏ trỡnh sản xuất, sản phẩm sẽ là xementit cú cường lực kộm hơn. Pha trộn với cacbon cao hơn 2,06% sẽ được gang. Thộp cũng được phõn biệt với sắt rốn, vỡ sắt rốn cú rất ớt hay khụng cú cacbon, thường là ớt hơn 0,035%. Ngày nay người ta gọi ngành cụng nghiệp thộp (khụng gọi là ngành cụng nghiệp sắt và thộp), nhưng trong lịch sử, đú là 2 sản phẩm khỏc nhau. Ngày nay cú một vài loại thộp mà trong đú cacbon được thay thế bằng cỏc hỗn hợp vật liệu khỏc, và cacbon nếu cú, chỉ là khụng được ưa chuộng.
Trước thời kỡ Phục Hưng người ta đó chế tạo thộp với nhiều phương phỏp kộm hiệu quả, nhưng đến thế kỉ 17 sau tỡm ra cỏc phương phỏp cú hiệu quả hơn thỡ việc sử dụng thộp trở nờn phổ biến hơn. Với việc phỏt minh ra quy trỡnh Bessemer vào giữ thế kỉ 19, thộp đó trở thành một loại hàng hoỏ được sản xuất hàng loạt ớt tốn kộm. Trong quỏ trỡnh sản xuất càng tinh luyện tốt hơn như phương phỏp thổi ụxy, thỡ giỏ thành sản xuất càng thấp đồng thời tăng chất lượng của kim loại. Ngày nay thộp là một trong những vật liệu phổ biến nhất trờn thế giới và là thành phần chớnh trong xõy dựng, đồ dựng, cụng nghiệp cơ khớ. Thụng thường thộp được phõn thành nhiều cấp bậc và được cỏc tổ chức đỏnh giỏ xỏc nhận theo chuẩn riờng.
2. đặc tớnh
Cũng như hầu hết cỏc kim loại, về cơ bản, sắt khụng tồn tại ở vỏ Trỏi Đất dưới dạng nguyờn tố, nú chỉ tồn tại khi kết hợp với ụxy hoặc lưu huỳnh. Sắt ở dạng khoỏng vật bao gồm Fe2O3-một dạng của ụxớt sắt cú trong khoỏng vật hematit, và FeS2 - quặng sunfit sắt. Sắt được lấy từ quặng bằng cỏch khử ụxy hoặc kết hợp sắt với một nguyờn tố hoỏ học như cacbon. Quỏ trỡnh này được gọi là luyện kim, được ỏp dụng lần đầu tiờn cho kim loại với điểm núng chảy thấp hơn. Đồng núng chảy ở nhiệt độ hơn 1.080 °C, trong khi thiếc núng chảy ở 250 °C. Pha trộn với cacbon trong sắt cao hơn 2,06% sẽ được gang, núng chảy ở 1.392 °C. Tất cả nhiệt độ này cú thể đạt được với cỏc phương phỏp cũ đó được sử dụng ớt nhất 6.000 năm trước. Khi tỉ lệ ụxy hoỏ tăng nhanh khoảng 800 °C thỡ việc luyện kim phải diễn ra trong mụi trường cú ụxy thấp.
Trong quỏ trỡnh luyện thộp việc trộn lẫn cacbon và sắt cú thể hỡnh thành nờn rất nhiều cấu trỳc khỏc nhau với những đặc tớnh khỏc nhau. Hiểu được điều này là rất quan trọng để luyện thộp cú chất lượng. Ở nhiệt độ bỡnh thường, dạng ổn định nhất của sắt là sắt ferrit cú cấu trỳc lập phương tõm khối (BCC) hay sắt, một chất liệu kim loại mềm, cú thể phõn
huỷ một lượng nhỏ cacbon (khụng quỏ 0,02% ở nhiệt độ 911 °C). Nếu trờn 911 °C thỡ ferrit sẽ chuyển từ tõm khối (BCC) sang tõm mặt (FCC), được gọi là austenit, loại này cũng là một chất liệu kim loại mềm nhưng nú cú thể phõn huỷ nhiều cacbon hơn ( 2,06% cacbon nhiệt độ 1.147 °C). Một cỏch để loại bỏ cacbon ra khỏi austenit là loại xementit ra khỏi hỗn hợp đú, đồng thời để sắt nguyờn chất ở dạng ferit và tạo ra hỗn hợp xementit- ferrit. Xementit là một hợp chất hoỏ học cú cụng thức là Fe3C.
3. Phõn loai thộp
Thộp hiện đại được chế tạo bằng nhiều cỏc nhúm hợp kim khỏc nhau, tựy theo thành phần húa học của cỏc nguyờn tố cho vào mà cho ta cỏc sản phẩm phự hợp với cụng dụng riờng rẽ của chỳng. Thộp cacbon bao gồm hai nguyờn tố chớnh là sắt và cacbon, chiếm 90% tỷ trọng cỏc sản phẩm thộp làm ra. Thộp hợp kim thấp cú độ bền cao được bổ sung thờm một vài nguyờn tố khỏc (luụn <2%), tiờu biểu 1,5% mangan, đồng thời cũng làm giỏ thành thộp tăng thờm. Thộp hợp kim thấp được pha trộn với cỏc nguyờn tố khỏc, thụng thường molypden, mangan, crom, hoặc niken, trong khoảng tổng cộng khụng quỏ 10% trờn tổng trọng lượng. Cỏc loại thộp khụng gỉ và thộp khụng gỉ chuyờn dựng cú ớt nhất 10% crom, trong nhiều trường hợp cú kết hợp với niken, nhằm mục đớch chống lại sự ămũn. Một vài loại thộp khụng gỉ cú đặc tớnh khụng từ tớnh.
Thộp hiện đại cũn cú những loại như thộp dụng cụ được hợp kim húa với số lượng đỏng kể bằng cỏc nguyờn tố như vonfram hay coban cũng như một vài nguyờn tố khỏc đạt đến khả năng bóo hoà. Những chất này là tỏc nhõn kết tủa giỳp cải thiện cỏc đặc tớnh nhiệt luyện của thộp. Thộp dụng cụ được ứng dụng nhiều vào cỏc cụng cụ cắt gọt kim loại, như mũi khoan, dao tiện, dao phay, dao bào và nhiều ứng dụng cho cỏc vật liệu cần độ cứng cao.
6.2 thộp hợp kim 1.Khỏi niệm
- Thộp hợp kim là thộp chứa trong nú cỏc nguyờn tố đặc biệt mà thộp cỏc bon khụng cú, hoặc cú trong thộp cỏc bon nhưng với lượng lớn hơn trong thộp cỏc bon. Nguyờn tố đặc biệt này gọi là nguyờn tố hợp kim. Tờn của nguyờn tố hợp kim được đặt cho tờn của thộp.
- Cỏc nguyờn tố hợp kim phổ biến là : Cr, Mn, Si, Ni, W, V, Ti, Mo, Co, Cu, Al.
2.Mục đớch cho nguyờn tố hợp kim vào trong thộp
- Nõng cao độ bền . Đú là mục đớch chủ yếu - Giữ được độ bền và độ cứng ở nhiệt độ cao
- Tạo cho thộp cú một số tớnh chất lý hoỏ đặc biệt như khụng gỉ, dón nở đặc biệt vỡ nhiệt, điện trở cao...
3.Phõn loại thộp hợp kim
a.Theo lượng nguyờn tố hợp kim trong thộp : chia làm 3 loại. - Thộp hợp kim thấp : Tổng lượng nguyờn tố hợp kim < 2,5%.
- Thộp hợp kim trung bỡnh : Tổng lượng nguyờn tố hợp kim = 2,5 10%.
b. Theo cụng dụng - Thộp hợp kim kết cấu. - Thộp hợp kim dụng cụ.
- Thộp hợp kim cú tớnh chất lý, hoỏ đặc biệt.
4.Ký hiệu thộp hợp kim
* Nga ký hiệu thộp hợp kim bằng cỏc chữ và số.
- Cỏc chữ để ký hiệu cỏc nguyờn tố hợp kim
- Cỏc số đứng đầu ký hiệu để chỉ lượng cỏc bon trong thộp, nếu: + Khụng cú số nào là chỉ C ≥1%
+ Cú một con số chỉ C tớnh theo phần nghỡn + Cú hai con số chỉ C tớnh theo phần vạn.
Cỏc số đứng sau cỏc chữ ký hiệu chỉ % nguyờn tố hợp kim đú. Nếu lượng nguyờn tố hợp kim đú ≤ 1% thỡ khụng ghi số nữa.
- Nếu cú chữ A đứng cuối ký hiệu là chỉ thộp cú chất lượng tốt.
*Việt Nam ký hiệu thộp hợp kim : Về cơ bản giống cỏch ký hiệu của Nga, chỉ khỏc ở chỗ: Cỏc nguyờn tố hợp kim được ghi theo ký hiệu hoỏ học và lượng cỏc bon đều tớnh theo phần vạn.
6.3 CÁC LOẠI THẫP HỢP KIM 1.Thộp hợp kim kết cấu
a.Thành phần:
Là thộp cỏc bon kết cấu cho thờm cỏc nguyờn tố hợp kim, do đú lượng
C = 0,1 - 0,65% và cỏc nguyờn tố hợp kim thường dựng là : Cr, Mn, Si, Ni với tổng
lượng <5%, ớt dựng cỏc nguyờn tố đắt tiền như : Mo, W…
b.Tớnh chất :
Cú giới hạn mỏi và giới hạn chảy cao, độ dẻo và độ dai tốt, tớnh chống mài mũn cao, cú khả năng chịu va đập tốt, tớnh cứng núng cao, tớnh nhiệt luyện tốt, dễ gia cụng cắt gọt. Khi %C tăng thỡ độ cứng và độ bền tăng.
c.Phạm vi sử dụng
- Chế tạo cỏc chi tiết chịu tải trọng trung bỡnh và cao như : Cỏc trục truyền, bỏnh răng... - Cỏc chi tiết mỏy cụng cụ thường làm bằng thộp hợp kim Cr, Cr - Mn, Cr - Ni.
- Thộp Mn thường dựng trong kết cấu xõy dựng cần độ bền tương đối cao như 24
20Mn, 25Mn, hoặc dựng làm lũ xo như 60Mn, 65Mn.
65Si3.
2.Thộp hợp kim dụng cụ thấp
a.Thành phần : C = 0,8 - 1,4%, cỏc nguyờn tố hợp kim đưa vào thộp là Cr,
Mn, Si, Ni, V, Ti là cỏc nguyờn tố tạo cỏcbớt và tăng độ thấm tụi.
b.Tớnh chất : Sau khi tụi đạt độ cứng 60 - 64 HRC, tớnh cứng núng thấp (200 – 2500C ), độ thấm tụi lớn hơn thộp cỏc bon dụng cụ.
c. Phạm vi sử dụng
- Làm dụng cụ với tốc độ cắt gọt thấp như : Đục nguội, dũa, mũi khoan, mũi khoột, bàn ren ( CrMn, CrMnSi )
- Làm dụng cụ đo, kiểm tra như : thước lỏ, thước cặp, panme, calớp ( 20Cr, 50Cr, CrMn )
- Dựng làm khuụn dập núng, dập nguội.
3.Thộp hợp kim dụng cụ cao ( thộp giú )
a.Thành phần : W = 8,5 - 19% , C = 0,7 - 1,4% , Cr = 3,3 - 4,4% , V = 1,0
- 2,6% và một lượng nhỏ Mo hay Co.
b.Tớnh chất : Độ cứng sau khi tụi đạt 62 - 64 HRC, tớnh cứng núng đạt tới
500 - 6000C, độ thấm tụi tốt, bền, chịu mài mũn.
c. Phạm vi sử dụng : Làm dụng cụ cắt gọt với tốc độ cắt trung bỡnh để cắt gọt vật liệu cú độ cứng trung bỡnh như : dao tiện, dao phay, dao chuốt.
d. Ký hiệu : - Việt Nam ký hiệu như thộp hợp kim. Vớ dụ 90W9V2
- Nga ký hiệu thộp giú bằng chữ P và số kốm theo chỉ % vonfram( W ), nếu cú chứa Mo, V, Co với lượng > 2% thỡ sẽ cú thờm chữ M, …, K và số chỉ % nguyờn tố đú.
4.Thộp ổ lăn
a. Yờu cầu đối với thộp làm ổ lăn:
- Phải cú độ cứng cao, chịu mài mũn tốt
- Cú hàm lượng cỏc bon cao, được hợp kim hoỏ bằng 0,6 - 1,5%Cr, đụi khi cả Mn, Si để tăng độ thấm tụi, đảm bảo cơ tớnh đồng nhất.
b. Ký hiệu:
- Việt Nam ký hiệu như thộp hợp kim nhưng thờm vào đằng trước chữ OL
Nga ký hiệu ổ lăn bằng chữ ỉ, chữ và số tiếp theo chỉ crụm và hàm lượng crụm ( Cr ) tớnh theo phần nghỡn.
c. Cỏc số hiệu thường dựng:
- ỉX6 : Để chế tạo ổ lăn cú đường kớnh d < 15 mm - ỉX9 : Để chế tạo ổ lăn cú đường kớnh d = 15 mm
- ỉX15 : Để chế tạo ổ lăn cú đường kớnh d = 20 - 30 mm - ỉX15C : Để chế tạo ổ lăn cú đường kớnh d > 30 mm. 5.Thộp lũ xo
a. Yờu cầu đối với thộp làm lũ xo :
- Phải cú giới hạn đàn hồi và giới hạn mỏi cao, độ dai đảm bảo.
- Lượng cỏcbon thớch hợp từ 0,5 - 0,65%C, cỏc nguyờn tố hợp kim chủ yếu là : Mn, Si(1 - 2%), ngoài ra cũn cú Cr, Ni, V để tăng độ thấm tụi và tớnh ổn định của sự đàn hồi.
b. Cỏc số hiệu thộp lũ xo :
- Thộp 65, 70, 80, 85, 60Mn, 70Mn để làm lũ xo thường
- Thộp 50Cr MnA, 50Cr Si2A làm việc được ở nhiệt độ tới 3000C, dựng làm lũ xo xupỏp và cỏc lũ xo quan trọng khỏc với tiết diện khụng lớn.
- Thộp 60Cr Si2A, 60Si2 Ni2A cú độ thấm tụi d > 50mm, dựng làm lũ xo, nhớp lớn chịu tải nặng và đặc biệt quan trọng.
PHẦN VII ỨNG DỤNG THẫP VÀ HƠP KIM THẫP
đầu tiờn smz núi đến lý thuyết cắt.bài mỡnh post sau đõy là bài của giỏm đốc điều hành 4 rum vinamech dịch từ 1 sỏch cảu 1 giỏo sư ngừoi nga.tuy nhiờn đang trong quỏ trỡnh dịch nờn chưa dịch hết khi nào cú smz tiếp tục bổ sung.đõy là bản dịch của Tỡm hiểu cỏc thụng số hỡnh học của mũi dao cắt tiện
Để tỡm hiểu cỏc thụng số hỡnh học của mũi dao cắt tiện, trước hết chỳng ta hóy xỏc định cỏc bề mặt gia cụng.
Trong quỏ trỡnh gia cụng trờn phụi cú thể chia ra làm cỏc bề mặt sau :
cũn dứơi đõy là tớnh chất cơ bản của vật liệu làm dao cắt của thành viờn đến từ meslab viết
7.1.1 Tớnh chất cơ bản đũi hỏi đối với vật liệu làm dụng cụ cắt:
1.Tớnh chống mài mũn. 2.Tớnh chịu núng.
7.1.2 Phõn loại vật liệu làm dụng cụ cắt theo tớnh chịu núng:
1.Thộp cacbon và thộp hợp kim thấp ( chịu đuợc nhiệt độ đến 200 độ C ).
2.Thộp cắt nhanh được hợp kim húa cao ( hay cũn gọi là thộp giú ) ( chịu được nhiệt độ đến 600-640 độ C ).
3.Hợp kim cứng ( chịu được nhiệt độ đến 800-1000 độ C ). 4.Vật liệu siờu cứng ( chịu được nhiệt độ đến 1200 độ C ).
Cụ thể từng loại vật liệu:
1.Thộp cacbon.
Mỏc thộp : Y10, Y11, Y12, Y13; Y10A, Y11A, Y12A, Y13A.
Giải thớch ký hiệu: Chữ cỏi Y đỳng trước ký hiệu – thộp cacbon. Chữ số 10-13 hàm lượng cacbon trung bỡnh tớnh ra phần ngàn ( vớ dụ 11 – 1,1% ). Chữ cỏi A đứng sau ký hiệu – thộp chất lượng cao.
Phương phỏp nhiệt luyện: tụi khụng hoàn toàn và ram thấp ở nhiệt độ 150-180 độ C được tổ chức mactenxit cú lẫn xementit.
Tớnh chất sau nhiệt luyện: tớnh chống mài mũn cao và độ cứng cao (HRC 62-64) trờn bề mặt làm việc.
Ứng dụng: chế tạo cỏc dụng cụ kớch thước nhỏ hoặc cỏc dụng cụ với tiết diện ngang đến 25 mm. Do độ thấm tụi thấp (10-12mm) nờn dụng cụ cú tớnh chất : tớnh chống mài mũn
và độ cứng cao ở bề mặt, độ dai va đập cao ở lừi dụng cụ.
2.Thộp được hợp kim húa thấp.
Thành phần
: chứa đến 5% cỏc nguyờn tố hợp kim (Cr, Mn, Si, W). Hợp kim được đưa vào thộp nhằm mục đớch tăng độ thấm tụi, giảm biến dạng và nguy hiểm nứt dụng cụ.
Phương phỏp nhiệt luyện: tụi khụng hoàn toàn và ram thấp thu được tổ chức mactenxit và cacbit dư.
Tớnh chất sau nhiệt luyện: đảm bảo thộp cú độ cứng (HRC 62-69) và tớnh chống mài mũn cao.
Ứng dụng: cú ứng dụng gần giống với thộp cacbon (cỏc dụng cụ với tốc độ cắt khụng lớn, nhiệt độ khụng được vượt quỏ 200-260 độ C). Tuy nhiờn từ thộp hợp kim húa thấp cú thể chế tạo được cỏc dụng cụ với kớch thước lớn và hỡnh dỏng phức tạp hơn.
Một số mỏc thộp tiờu biểu: ХВ4 (CrW4) với thành phần
1.35%C, 0.55%Cr, 4%W, 0.2%V. Sau khi tụi ở nhiệt độ 830-850 độ C, ram ở nhiệt độ 140-170 độ C, làm nguội
trong
khụng khớ, thu được độ cứng cao HRC 63-68. Vỡ độ cứng cao nờn loại
thộp này cũn được gọi là thộp kim cương, dựng để gia cụng cỏc vật liệu cứng với độ chớnh xỏc cao.
9ХС (9CrSi) với thành phần
0.9%C, 1.4%Si, 1.1%Cr. Sau khi tụi ở nhiệt độ 840-860 độ C, ram ở nhiệt độ 140-180 độ C, thu được độ cứng khoảng 64 HRC, được dựng để chế tạo lưỡi phay, mũi khoan, cỏc dụng cụ cắt ren và cỏc dụng cụ khỏc cú tiết diện ngang đến 35mm.
ХВГ (CrWMn) với thành phần
1%C, 1.4%W, 0.95%Mn. Sau khi tụi ở nhiệt độ 830-850 độ C, ram ở nhiệt độ 140-170 độ C, thu được độ cứng khoảng 64 HRC, được dựng để chế tạo mũi khoan, mũi doa, dao chuốt...(cỏc dụng cụ dạng thanh dài) cú tiết diện ngang đến 45mm.
ХВСГ (CrWSiMn) với thành phần
1%C, 0.65%W, 0.75%Mn, 0.85%Si. Được tụi ở nhiệt độ 840-860 độ C, ram ở nhiệt độ 140-160 độ C, nú cú tất cả cỏc tớnh chất tốt của thộp 9XC và ХВГ, được dựng chế tạo cỏc dụng cụ cú tiết diện ngang lớn đến 100mm.
3.Thộp cắt nhanh.