b. gang dẻo ferit–peclit c. gang dẻo peclit
Có hai loại gang dẻo:
- Gang dẻo tâm trắng chứa 2,8 –3,4%C; 0,4–0,8%Si; 0,2–0,5%Mn; 0,12 –0,25%S, thường được nấu trong lòđứng nên chứa hàm lượng C cao và Si thấp. Việcủgang dẻo tâm trắng được tiến hành trong môi trường Oxy hóa dùng quặng sắt tạo môi trường khí CO để đốt cháy bớt C. Việc ủ được tiến hành theo chế độ giữ nhiệt ở 980 – 10600C trong 60 – 120h sau đó làm nguội tương đối nhanh để tạo ra tổ chức peclit – graphit cụm. Thực tế, tổ chức của gang thay đổi từ ngoài vào trong như sau : lớp mỏng ngoài cùng là ferit do thoát C, lớp trung gian tiếp theo là ferit – peclit – graphit cụm và lớp chủyếu phía trong là peclit–graphit cụm.
- Gang dẻo tâm đen chứa 2,2 – 2,8%C; 1,0 – 1,6%Si; 0,2 – 0,5%Mn; 0,12 -0,16S, thường được nấu trong lòđiện, chứa C thấp, Si cao nên đượcủ trong môi trường trung tính. Chế độ ủ gang dẻo tâmđen như sau, ủ đểphân hủy cacbit ở 9500C trong khoảng 20h, ủferit hóa bằng cách làm nguội chậm vật đúc với tốc độ 3 –50C/h ở vùng nhiệt độ 760 – 6800C hoặc làm nguội tương đối nhanh vật đúc vừa dưới nhiệt độ chuyển biến cùng tích rồi giữ ở nhiệt độ đó cho tới khi peclit phân hóa hết thành ferit và graphit cụm.
Tổ chức cuối cùng của gang dẻo tâm đen là ferit – graphit cụm. Tuy nhiên, tùy theo điều kiện làm nguội ở giai đoạn ferit hóa trong và dưới vùng chuyển biến cùng tích mà tổchức nền kim loại của gang dẻo có thểlà ferit, ferit–peclit hoặc peclit.
Để nâng cao hiệu quả kinh tế, giảm giá thành vật đúc, cần rút ngắn giai đoạn ủ bằng các biện pháp sau, tăng hàm lượng Silic bằng cách giảm hàm lượng cacbon tới mức cho phép của gang dẻo và biến tính gang lỏng bằng các nguyên tốchống xám như B, Bi, Sb, … Biến tính gang lỏng bằng các nguyên tố thúc đẩy sựtạo mầm graphit khi ủ như Al, làm nguội nhanh vật đúc trong khuôn kim loại và các biện pháp khác nhau nhằm tăng cường sựtạo mầm graphit khi nhiệt luyện, dùng các hiệuứng dòngđiện, tôi gang trước khi ủ, nung chậm tới nhiệt độ ủ để phân hủy cacbit hoặc giữnhiệt ở 300– 4000C trước khiủ.
Với các biện pháp tiên tiến kểtrên, hiện nay người ta có thể rút ngắn thời gianủ của gang dẻo xuống chỉ còn 12–20h.
Gang dẻo có tính chất cơ học tương đối cao, đặc biệt là tính dẻo tốt nên có thểgia công áp lực được. Gang dẻo được ký hiệu bằng chữcái GZ với hai cặp chữsố chỉ giá trị tối thiểu của giới hạn bền kéo (kG/mm2) và độdẻo (%).
Ví dụmác GZ35-10 cóσbk≥ 350MPa ; δ ≥ 10%; GZ70-02 cóσbk≥ 700MPavàδ ≥ 2%. Do đắt, gang dẻo chỉ được dùng cho các chi tiết nhỏ, thành mỏng, chịu va đập trong công nghiệp máy kéo, ô tô, máy dệt và máy nông nghiệp.
2.7.2.7.Gang đặc biệt a. Gang chịu ăn mòn
Gang chịu ăn mòn tốt chủ yếu là gang hợp kim cao. Chúng có thể là gang xám hoặc gang cầu. Khi hợp kim hóa gang bằng các nguyên tố Si, Cr, Ni vượt khỏi một giới hạn xác định, chúng sẽ làm thay đổi điện thế điện cực của các pha và tạo một lớp màng oxyt làm thụ động hóa quá trìnhăn mòn của chi tiết trong các môi trường hoạt tính. Gang chịu ăn mòn gồm:
Gang silic cao còn gọi là hợp kim sắt –silic có tổchức nền kim loại là ferit và ferit giàu silic. Thành phần của gang nàyứng với thành phần cùng tinh nằm trong giới hạn sau: 0,5–1,0%C; 12 -17%Si; 0,3 -0,8%Mn; nhỏ hơn 0,1%P; nhỏ hơn 0,07%S. Gang Silic cao có độ bền kém, độ cứng cao, giòn và khó gia công. Gang này làm việc được trong môi trường HNO3, H2SO4, H3PO4, trong HCl nồng độ nhỏ hơn 30%. Khi tăng Si tới 17% và thêm 3,5–4,0%Mo gang sẽlàm việc được trong HCl với mọi nồng độ.
Gang Cr cao có tổ chức ferit – cacbit có thành phần sau: 1,0 -2,2%C; 0,5 – 2,5%Si; 0,3 -1,0%Mn; 20 -26%Cr; nhỏ hơn 0,1%P; nhỏ hơn 0,1%S. Gang Cr có cơ tính khá nhưng độ cứng cao, khó gia công. Chúng làm việc tốt trong HNO3, H3PO4, trong dung dịch muối và trong các chất hữu cơ không hoàn nguyên.
Gang niken cao loại niresit có tổ chức nền kim loại là austenit chứa: 1,8 -3,0%; 1,0 – 2,75%Si; 0,4 -1,5%Mn; 14 – 30%Ni; nhỏ hơn 0,4%P, nhỏ hơn 0,12%S có cơ tính khá dễ cắt gọt. Chúng làm việc tốt trong H2SO4, HCl trong axit có tính oxy hóa yếu và kiềmở điều kiện chịu ăn mòn, mài mòn và chịu nóng.
b. Gang chịu nhiệt
Để đảm bảo cho gang có thểlàm việc đượcởnhiệt độcao, cần thiết phải hợp kim hóa gang bằng các nguyên tốSi, Cr, Al với một hàm lượng xác định, đủ để tạo ra trên bề mặt gang một lớp oxyt bền, sít chặt làm cho gang không bị oxy hóa và trương nở tiếp theo. Tùy theo các nguyên tốhợpkim được dùng mà có các loại gang chịu nhiệt.
Gang hợp kim Silic chứa 1,6 – 2,5%C; 4,0 – 6,0%Si; 0,4 – 0,8%Mn có tổ chức nền kim loại là ferit có thểlàm việc đượcở 6000C nếu là gang xám và 950 – 10000C nếu là gang cầu.
Gang Cr cao chứa 2,4 –3,6%C; 12 –18%Cr có tổ chức cacbit cùng tinh và peclit làm việc được trong điều kiện chịu mài mòn và chịu nhiệt. Gang chứa 2,5 -2,9%C; 25– 29%Cr có tổ chức cacbit cùng tinh, mactenxit, austenit và ferit làm việc ở nhiệt độ tới 9000C. Gang có hàm lượng cacbon thấp hơn 1,0 – 2,0%C và 25 – 29%Cr có tổ chức cacbit cùng tinh và ferit làm việc trong điều kiện bị ăn mòn và mài mòn tới 11000C.
Gang niken cao loại niresit có tổchức austenit như đã nêu ởtrên làm việc đượcở nhiệt độ 8000C.
Gang nhôm cao chứa lượng Al lớn hơn 7% điển hình nhất cho loại gang này là ÉchuganÊ với thành phần hóa học dao động trong khoảng 1,3 – 1,7%C; 1,3 – 1,6%Si; 0,4–1,0%Mn; 18 -25%Al. Chugan có thểlàm việcởnhiệt độtới 9000C. Biến tính cầu hóa graphit có thể làm tăng độbền và cải thiện tính chất làm việc cho gang.
2.7.3. Nhiệt luyện gang
Quá trình nhiệt luyện gang không làm thay đổi dạng của graphit mà chỉ làm thay đổi nền kim loại. Quá trình chuyển biến tổchức nền kim loại của gang khi nung nóng và làm nguội về cơ bản giống quá trình xảy ra trong thép nên có thểáp dụng các chế độ nhiệt luyện của thép và gang. Tuy vậy, quá trình nhiệt luyện gang cũng có những đặc điểm riêng do có sự khác nhau về thành phần hóa học và đặc biệt là quá trình graphit hóa chi phối.
Các quá trình nhiệt luyện làm thay đổi tổ chức nền kim loại và do đó làm thay đổi tính chất tương tự như thép chỉ được sử dụng rộng rãi cho gang dẻo, gang cầu và gang giun vì ở đây graphit đã ở dạng phù hợp có cơ tính cao. Đối với gang xám thường chỉ áp dụng các dạng nhiệt luyện này cho các mác gang có độ bền cao, đặc biệt là cho gang xám hợp kim thấp.
Đặc trưng nổi bật của gang là do điều kiện graphit hóa rất khác nhau khi đúc nên tổchức ban đầu của gang trước khi nhiệt luyện rất khác nhau và thay đổi từ ferit, ferit – peclit tới peclit. Do đó, thường phải giữ ở nhiệt độ và thời gian rất khác nhau tùy theo tổchức ban đầu của gang đểcó thểbão hòa cacbon cho austenit từ graphit thường xảy ra chậm chạp nên cần nhiệt độ cao hoặc thời gian lâu hơn.
rõ ràng từtâm hạt xung quanh graphit tới biên giới hạt tinh thể. Vì vậy, ngay trong một tinh thể, quá trình chuyển biến pha khi nhiệt luyện xảy ra cũng khác nhau.
Như đã biết, Si là nguyên tố nâng các điểm cùng tích khi nung và làm nguội lên phía nhiệt độ cao, đồng thời tạo ra vùng ba pha (α+ γ+ gr). Vì vậy, khi nhiệt luyện cần thiết phải chọn nhiệt độaustenit hóa cao phù hợp với lượng Si thực tếcó trong gang.
Dựa vào vùng ba pha này, có thể nung gang ở đây để đạt được tổ chức ferit – austenit với hàm lượng ferit xác định rồi tiến hành các dạng nhiệt luyện khác nhau để nhận được gang có tổ chức ferit với các tổ chức sau nhiệt luyện như xoocbit, bainit, mactenxit ram,… bảo đảm cho gang có độbền cao trong khi vẫn giữ được độdẻo tốt.
Đặc điểm nổi bật khác của gang do hậu quảcủa quá trình graphit hóa là có thể ủ nhiệt độ cao 9500- 10500C để phân hủy cacbit như trong quá trình ủ gang dẻo hoặc ủ mềm ở nhiệt độvừadưới điểm chuyển biến cùng tích 6500- 7500C để nhận một phần hay hoàn toàn tổchức nền kim loại là ferit đảm bảo cho gang có độ cứng thấp,độ dẻo cao.Ngoài ra đối với gang hoàn toàn có thể dùng các phương pháp ủkhử ứng suất. [2]
Câu hỏi ôn tập
Câu 1. Thếnào là thép cacbon, ưu nhược điểm của thép cacbon. Câu 2. Trình bày cách phân loại thép cacbon
Câu 3. Thếnào là thép hợp kim và trình bày những ưu việt của thép hợp kim Câu 4. Trình bày cách phân loại thép hợp kim
Câu 5. Trình bày cách ký hiệu thép cacbon theo tiêu chuẩn Việt Nam Câu 6. Trình bày cách ký hiệu thép hợp kim theo tiêu chuẩn Việt Nam Câu 8. Trình bàyđặc điểm của thép hợp kim so với thép cacbon
Câu 9. Thếnào là gang xám, trình bàyđặc điểm và ký hiệu của gang xám theo TCVN, cho ví dụminh họa.
Câu 10. Thếnào là gang cầu, trình bàyđặc điểm và ký hiệu của gang cầu theo TCVN, cho ví dụminh họa.
Câu 11. Thếnào là gang dẻo, trình bàyđặc điểm và ký hiệu của gang dẻo theo TCVN, cho ví dụminh họa.
CHƯƠNG 3
HỢP KIM MÀU VÀ BỘT 3.1. Nhôm và hợp kim nhôm
Về phương diện sản xuất và ứng dụng: nhôm và hợp kim nhôm chiếm vị trí quan trọng chỉ đứng thứ 2 sau thép. Sở dĩ như vậy vì vật liệu này có các tính chất phù hợp với nhiều công dụng khác nhau, trong một số trường hợp không thểthay thế được.
3.1.1. Những đặc tính chủyếu của nhôm
Nhôm nguyên chất có màu trắng bạc. Kim loại này có các đặc điểm chủyếu sau: Khối lượng riêng nhỏ, với khối lượng riêng bằng 2,7g/cm3, so với sắt, nhôm nhẹ hơn khoảng gần ba lần. Chỉ tiêu này rất quan trọng đối với các lĩnh vực, khi đòi hỏi sự giảm khối lượng của chi tiết và của cảhệ thống đến mức nhỏ nhất, ví dụ: ngành hàng không, du hành vũ trụ, hoặc các phương tiện giao thông vận tải.
Tính dẫn điện cao, độ dẫn điện của nhôm chỉ bằng 62% so với đồng. Tuy vậy do khối lượng riêng của đồng lớn hơn nhôm khoảng 3,3 lần nên khi với các đặc điểm về điện giống nhau, truyền dòngđiện có cường độ như nhau, dây dẫn nhôm chỉ nhẹbằng nửa dây dẫn đồng và bị nung nóng ít hơn.
Chống ăn mòn tốt, nhờ lớp oxyt Al2O3 có cấu trúc sít chặt tạo thành trên bề mặt, nhôm và hợp kim nhôm chống ăn mòn khá tốt. Tuy nhiên do chiều dày quá mỏng khoảng vài angstron, nên lớp nhôm oxyt tự nhiên có khả năng bảo vệ chống ăn mòn kém. Bằng kỹ thuật anot hóa, người ta có thể nhận được màng oxyt Al2O3 dày hàng chục micrômét, có khả năng bảo vệcao.
Nhôm và hợp kim nhôm với lớp màng anot hóa này có thể ứng dụng làm các cấu kiện trong ngành xây dựng như khung cửa, tấm ốp, … mà không cần các biện pháp bảo vệphụthêm.
Tuy vậy trong một số môi trường ăn mòn, dưới tác dụng củaứng suất tĩnh hoặc động, hợp kim nhôm có thểbị ăn mòn dư ới các dạng khác nhau: ăn mònđiểm. ăn mòn dưới ứng suất, mỏi ăn mòn,… Trong các trường hợp cụ thể này, thành phần hợp kim và trạng thái gia côngảnh hưởng khá mạnh đến tốc độ ăn mòn.
Độ bền thấp, độ dẻo cao. Mạng tinh thể của nhôm thuộc loại lập phương tâm mặt, do vậy nhôm tương đối dẻo. Ở trạng thái ủ nhôm kém bền (σb = 60MPa; σ0,2= 20MPa) và chịu biến dạng nóng cũng như nguội đều rất tốt.
Nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp: nhôm nóng chảyở 6600C. Đây là một thuận lợi cho quá trình nấu luyện hợp kim khi đúc. Hơn nữa nhờ ẩn nhiệt kết tinh lớn, nhôm lỏng đông đặc chậm, có thểtiến hành biến tính và tinh luyện tương đối dễ dàng. Độco ngót của nhôm lớn, do vậy sự điền đầy khuônkém, tính đúc của nhôm không cao.
3.1.2. Phân loại và ký hiệu
đời. Đểphân loại chúng, người ta căn cứ vào các đặc điểm quan trọng nhất.
Theo tính công nghệ, các hợp kim nhômđược phân thành hai loại chính hợp kim biến dạng và hợp kim đúc.
Hợp kim nhôm biến dạng dùng để chếtạo các bán thành phẩm hoặc các chi tiết bằng gia công áp lực nóng hoặc nguội. Các hợp kim nhôm đúc dùng để đúc các chi tiết có hình dạng và công dụng khác nhau.
Trong sốcác hợp kim nhôm biến dạng người ta còn phân biệt loại có thểhóa bền bằng nhiệt luyện và loại không hóa bền bằng nhiệt luyện. Trạng thái gia công thường được chỉ rõ kèm sau các ký hiệu hợp kim bằng những quy ước riêng phụthuộc vào các quốc gia hoặc tổchức khác nhau vềquản lý tiêu chuẩn vật liệu.