7. Hóa nhiệt luyện
CHƯƠNG 4:VẬT LIỆU KIM LOẠ
Giới thiệu chương
Hiện nay kim loại sắt và hợp kim của sắt là (gang , thép) được dùng rộng rãi trong các ngành kinh tế và đang đóng vai trò quan trọng trong sự tiến hóa của xã hội loài người. Thép và gang là vật liệu chủ yếu của công nghiệp cơ khí và các phương tiện giao thông vận tải, một khối lượng thép khá lớn được sử dụng trong xây dựng. Sở dĩ thép và gang được sử dụng rộng rãi để chế tạo máy và công cụ là do chúng có nhiều cơ tính tốt đảm bảo được các yêu cầu đề ra. Để sử dụng thép và gang trong công nghiệp cơ khí một cách hợp lý nhất, những người làm công tác cơ khí cần phải có những kiến thức nhất định về thép và gang. Chương vật liệu kim loại sẽ giới thiệu đến độc giả về thành phần hóa học, tính chất , ký hiệu, công dụng của thép cacbon, thép hợp kim và gang.
Mục tiêu:
- Trình bày khái niệm về gang - thép, cách phân loại gang – thép và các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của gang – thép;
- Phân biệt được gang thép qua các ký hiệu;
- Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì cẩn thận, nghiêm túc chủ động và tích cực sáng tạo trong học tập.
Nội dung
1. Thép Cacbon
1.1. Khái niệm về thép cacbon 1.2. Phân loại thép cacbon 1.2.1. Thép cacbon thường 1.2.2. Thép cacbon kết cấu 1.2.3. Thép cac bon dụng cụ 2. Thép hợp kim
2.1. Khái niệm về thép hợp kim 2.2. Phân loại thép hợp kim 2.2.1. Thép hợp kim kết cấu 2.2.2. Thép hợp kim dụng cụ 2.2.3. Thép hợp kim đặc biệt 3. Gang
3.1. Khái niệm chung 3.2. Phân loại gang
3.1.1. Gang trắng 3.1.2. Gang xám 3.1.3. Gang biến tính 3.1.4. Gang dẻo 3.1.5. Gang cầu 1. Thép cacbon Mục tiêu:
- Trình bày được các phương pháp phân loại thép cacbon;
- Trình bày được thành phần hóa học, tính chất, ký hiệu công dụng của thép các loại thép các bon;
- Giải thích được các ký hiệu của thép cacbon;
- Rèn luyện khả năng tư duy độc lập và sáng tạo trong học tập. 1.1. Khái niệm về thép cacbon
1.1.1. Thành phần hoá học và ảnh hưởng của các nguyên tố a.Thành phần hóa học
Thép cacbon là hợp kim của Fe - C, Trong đó C < 2,14% ngoài ra còn có một số tạp chất khác như: Mn, Si, P, S.
b. Ảnh hưởng của các nguyên tố tới tính chất của thép
* Cacbon: C < 2,14%
Cacbon là nguyên tố quan trọng nhất ảnh hưởng lớn tới tổ chức và cơ, lý, hóa tính của thép.
- Tổ chức
Khi lượng cacbon của thép tăng lên thì lượng xêmentit cũng tăng lên dẫn đến tổ chức của thép thay đổi.
- Cơ tính
Khi lượng cacbon thay đổi cơ tính của thép thay đổi rất nhiều. Quy luật chung là, khi thành phần cacbon tăng lên độ bền, độ cứng cũng tăng lên, còn độ dẻo, độ dai giảm đi. Tuy nhiên độ bền chỉ tăng lên theo cacbon đến giới hạn (0,8 – 1 )% vượt quá giới hạn này độ bền của thép lại giảm đi. Hình 4.1 trình bày ảnh hưởng của cacbon đến cơ tính của thép.
Có thể giải thích quy luật đó như sau: khi tăng lượng cacbon, số lượng pha xêmentit cứng, dòn cũng tăng tương ứng, do vậy thép có độ cứng tăng lên, độ dẻo dai giảm đi. Riêng ảnh hưởng của lượng pha xêmetit đến độ bền có nét
- Lí, hóa tính:
Khi tăng lượng cacbon thì điện trở và lực khử từ tăng, tính chống ăn mòn và độ từ thẩm của thép giảm đi.
* Mangan: Mn < 0,8%
- Mangan hòa tan vào nền ferit làm tăng độ bền và làm giảm độ giãn dài của thép.
- Một phần của mangan kết hợp với cacbon tạo thành hợp chất Mn3C có tính chất giống Fe3C làm tăng độ cứng, tăng tính chống mài mòn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Mangan được đưa vào thép dưới dạng fero- mangan để khử ôxy và lưu huỳnh có hại.
* Silic: Si < 0,5%
- Silic hòa tan vào nền ferit làm tăng độ bền, độ cứng của pha này, do đó làm tăng độ bền, độ cứng và giảm độ giãn dài cho thép.
- Silic có tác dụng khử ôxy mạnh hơn so với mangan: Si + 2FeO → SiO2 + 2Fe
- Silic có khả năng làm tăng tính thấm từ.
* Phốtpho: P < 0,05%
- Phốt pho làm cho thép giòn ngay ở nhiệt độ thường (giòn nguội). Phốt pho hòa tan vào ferit làm xô lệch mạng tinh thể của pha này.
- Phốt pho tăng sẽ cải thiện được tính cắt gọt. * Lưu huỳnh: S < 0,05%
Lưu huỳnh làm cho thép giòn ở nhiệt độ cao (giòn nóng) dẫn đến các công nghệ rèn, cán, kéo, ép, hàn … gặp nhiều khó khăn.
hơi khác. Thoạt tiên sự tăng số lượng pha xêmentit với độ cứng cao có tác dụng cản trở sự trượt của ferit do đó làm tăng giới hạn bền của thép, nhưng khi xêmentit quá nhiều (khi cacbon > 0,8%) tạo nên xêmetit II ở dạng lưới (liên tục) thì nó lại giảm độ bền, do lưới xêmentit làm dễ dàng cho sự tạo thành cho sự phát triển vết nứt khi phá hủy.
Hình 4.1: ảnh hưởng của cacbon đến cơ
Trong thép chứa nhiều lưu huỳnh tạo thành FeS, nóng chảy ở nhiệt độ (9850C). Khi rèn, cán thường phải nung thép tới nhiệt độ (1200)0C sẽ chảy làm yếu sự liên kết giữa các hạt kim loại nên thép dễ bị đứt.
Ngoài ra trong thép còn có ôxy, nitơ, hiđrô và một số tạp chất khác làm giảm độ dẻo, tăng độ giòn.