5.2.2.1 Đồng nguyên chất 5.2.2.1.1 Tính chất
- Đồng nguyên chất kỹ thuật thường có màu đỏ (đồng đỏ). - Khối lượng riêng lớn D = 8,94 g/cm3.
- Nhiệt nóng chảy 1083°C.
- Tính dẫn điện và tính dẫn nhiệt rất cao. - Tính chống ăn mịn tốt.
- Dẻo, dể biến dạng nhưng độ bền thấp.
Vật Liệu Học Lâm Hồng Cảm
Độ bền, độ dẻo thấp ơb =16kg/mm2; độ cứng: 40HB, nhưng khi biến dạng nguội đồng được hóa bền rất mạnh: ơb =45kg/mm2; độ cứng: 125HB.
5.2.2.1.2 Cơng dụng
Cơng dụng chính là làm dây dẫn và chế tạo họp kim chất lượng cao.
5.2.2.2 Hợp kim đồng
5.2.2.2.1 Đồng thau (cịn gọi là latơng hay đồng vàng) a. Tính chất
- Là họp kim của đồng và kẽm với hàm lượng kẽm < 45%. Hàm lượng Zn càng tăng độ bền càng tăng nhưng độ dẻo giảm.
- Đồng thau gồm 2 loại: đồng thau gia công áp lực và đồng thau đúc. - Neu thêm lượng nhỏ chì (Pb = 0,5 4- 3,0%) sẽ tăng tính cắt gọt cho đồng.
b. Ký hiệu và công dụng
Theo TCVN đồng thau ký hiệu chữ LCuZn và cuối cùng là chỉ số chỉ hàm lượng % Zn .
Thành phần cịn lại là đồng và các tạp chất.
Ví dự: LCuZn32 là đồng thau 32% kẽm,còn lại là 68% Cu các tạp chất khác - Đối với đồng thau đa nguyên tố ký hiệu LCu tiếp theo là ký hiệu các nguyên tố họp kim chính, phụ kèm theo chỉ số % phía sau mổi nguyên tố họp kim. Thành phần cịn lại là đồng và các tạp chất.
Ví du: LCuZnl4Si3Pb3 la đồng thau có 14%Zn, 3%Si, 3%Pb, 80%Cu và tạp chất.
Đồng thau được dùng để chế tạo:
- Các chi tiết chịu ăn mòn trong chế tạo máy: bánh răng, 0 trục, ống lót... - Các ống tản nhiệt, ống dẫn, đồ trang sức, các sản phẩm mỹ nghệ
5.2.2.2.2 Đồng thanh (cịn gọi là Brơng) a. Tính chất
Là họp kim của đồng với Sn và một số nguyên tố khác.
- Đồng thanh cũng chia làm 2 loại: gia công áp lực và đồng thanh đúc.
- Đồng thanh được sử dụng chủ yếu chế tạo các chi tiết chống ma sát, chất lượng cao, như : ống lót, trục vít, đai ốc, trục vít bánh vít...
- Babít là họp kim của Sn, Pb, Cu và antimon được dùng làm 0 trục chịu áp lực và tốc độ lớn. Nhờ mềm dẻo, có hệ số ma sát thấp nên bảo vệ cho ngỏng trục ít bị mài mịn (đắp lên miểng dên).
b. Ký hiệu và công dụng
Theo TCVN ký hiệu đồng thanh là BCu tiếp theo lào ký hiệu các nguyên tố họp kim
chính, phụ kèm theo chỉ số % phía sau mổi nguyên tố họp kim. Thành phần cịn lại là đồng và các tạp chất.
Ví dụ: BCuSnlOPbl : là đồng thanh gồm 10%Sn, l%Pb còn lại là 89% là đồng và các nguyên tố khác
- Brông thiếc: là họp kim của Cu với nguyên tố họp kim chính là Sn, có độ bền cao, tính dẻo tốt, tính chống ăn mịn tốt. Thường dùng các họp kim BCuSnlOPbl, BCuSn5Zn2Pb5 để làm các 0 trượt, bánh răng, lị xo ...
- Brơng nhơm: là hợp kim của Cu với nguyên tố họp kim chính là Al, có
độ bền cao hon brơng thiếc, tính chống ăn mịn tốt, tính đúc kém, rẻ tiền hon brơng thiếc nên đuợc dùng thay brông thiếc. Thuờng dùng các họp kim BCuA19Fe4, BCuA110Fe4Ni4 để làm các chi tiết chịu mài mòn nặng, chịu nhiệt cao nhu các van xả, bạc lót, bệ truợt, mặt bích, bánh răng
- Brơng berili: là họp kim của Cu với ngun tố họp kim chính là Be, cịn
gọi là đồng đàn hồi, có độ cứng cao, tính đàn hồi rất cao, tính chống ăn mịn và độ dẫn điện tốt, độ bền nóng cao. Thuờng dùng họp kim BCuBe2 để chế tạo các chi tiết đặc biệt nhu lị xo, nhíp, các chi tiết đàn hồi có độ dẫn điện cao.
5.2.3 Hợp kim cứng 5.2.3.1 Tính chất
Là vật liệu kim loại (khơng phải họp kim Fe- C) có tính nóng cứng cao dùng để cắt gọt kim loại hoặc hàn đắp lên các chi tiết để nâng cao tuổi thọ và chống mịn.
- Độ cứng: 85 4- 92HRC (khơng cần nhiệt luyện). - Chịu nóng: 800° 4- 1000°C mà khơng giảm độ cứng. - Tốc độ cắt gọt lên đến 300 m/ph.
Thành phần chủ yếu là cacbit của các kim loại khó nóng chảy nhu vonfram(W), titan (Ti), tantan (Ta), đuợc thiêu kết ở dạng bột với kim loại coban (Co) đuợc dùng làm chất kết dính.
5.2.3.2 Ký hiệu và cơng dụng
5.2.3.2.1 Nhóm hợp kim cứng một cacbit: là họp kim cứng có thành phần chủ
yếu là cacbit vonfam wc nhỏ mịn đuợc dính kết bằng ngun tố coban Co, có tính cứng nóng « 800°C.
- Thành phần: wc + Co.
- Ký hiệu các loại họp kim cứng thuờng dùng theo TCVN: WCCo2; WCC06; WCC08... Với con số đứng sau Co chỉ % của nó, phần cịn lại là %wc.
Ví dụ: WCC08 là họp kim cứng 1 cacbit có 8% Co và 92% wc.
- Cơng dụng: nhóm họp kim này chủ yếu dùng làm dao cắt để gia cơng các vật liệu có độ cứng thấp và dịn nhu: gang graphit, họp kim màu, thép cacbon...
5.2.3.2.2 Nhóm hợp kim cứng hai cacbit: là họp kim cứng có thành phần chủ
yếu là hai loại cacbit wc và TiC dạng hạt nhỏ mịn đuợc dính kết bằng ngun tố coban Co, có tính cứng nóng khoảng (900 4- 1000)°C .
- Thành phần: wc + Tic + Co.
- Ký hiệu các loại họp kim cứng 2 cacbit thuờng dùng theo TCVN: WC.TiC30Co4; WC.T1C15C06; WC.T1C14C08; WC.T1C15C0IO. Vơi con số đứng sau Ti, sau Co chỉ % của nó; phần cịn lại là %wc.
Ví dụ: WC.Tii5Co6 là họp kim cứng 2 cacbit có 6% Co, 15% TiC, và 79% wc.
- Cơng dụng: nhóm họp kim này chủ yếu dùng làm dao cắt để gia cơng các vật liệu có độ cứng cao và dẻo nhu: thép, thép khơng rỉ...
5.2.3.2.3 Nhóm hợp kim cứng ba cacbit: là họp kim cứng có thành phần chủ
yếu là ba loại cacbit wc, TiC và TaC dạng hạt nhỏ mịn đuợc dính kết bằng nguyên to coban Co.
Vật Liệu Học Lâm Hồng Cảm
- Ký hiệu các loại hợp kim cứng 3 cacbit theo TCVN: WC(TiC.TaC)ioCo8; WC(TiC.TaC)7Col2, .... Với con sốù đứng sau (TiC.TaC), sau Co chỉ % của nó, phần cịn lại chỉ %wc.
Ví du: WC(TiC.TaC)7Col2 có 7% (TiC + TaC), 12% Co, 81% wc.
- Công dụng: dùng để chế tạo dụng cụ cắt để gia cơng các vật liệu có độ cứng và độ bền cao nhu: thỏi thép đúc, thép khơng rỉ, thép bền nóng...
CÂU HỎI ƠN TẬP
1. Trình bày đặc điểm chung của gang?
2. Cho các loại gang có kí hiệu sau: GC60-02, GZ40-06, GX28-48: a. Gọi tên và trình bày đặc điểm kí hiệu các loại gang trên?
b. Chỉ ra loại gang nào dùng làm bệ máy, loại nào thuờng dùng chế tạo trục khuỷu, đuờng ray, loại nào đuợc dùng chế tạo các chi tiết cánh mỏng chịu va đập trong máy dệt ?
4. Trình bày tính chất cơng dụng và phuơng pháp nhiệt luyện họp kim nhơm dura?
5. Trình bày tính chất và cơng dụng của họp kim nhơm đúc? 6. Trình bày tính chất, công dụng của đồng thau và đồng thanh?
7. Gọi tên, trình bày đặc điểm kí hiệu các loại họp kim cứng sau: WCC08, WCTiC15Co6, WC(TiC.TaC)7Col2? Chỉ ra phạm vi cắt gọt của từng loại?
8. Gọi tên và trình bày đặc điểm ký hiệu các loại họp kim màu sau: a. AlSi5.5Cu4.5Đ b. AlCu4.4Mgl.5MnO,06 c LCuZnl4Si3Pb3 d. BCuSn5Zn2Pb5 e. BCuBe2 f. WCC08 g. WC.TiCi5Co6 h. WC(TĨC.TaC)7Col2
Chương 6 NHIỆT LUYỆN VÀ HÓA NHIỆT LUYỆN
6.1 NHIỆT LUYỆN
MỤC TIÊU
Học xong phần NHIỆT LUYỆN (phần 6.1), sinh viên có khá năng: - Trình bày được khái niệm về nhiệt hiyện.
- Kê tên và trình bày được mục đích của từng phương pháp nhiệt hiyện: ủ, thường hóa, tơi, ram.
- Trình bày được các qui trình nhiệt hiyện: ủ, thường hóa, tơi, ram. - Phân biệt được đặc điêm, qui trình tơi thề tích và tơi bề mặt.
- Biết cách chọn ỉựa các phương pháp nhiệt hỉyện phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của sán phâm.
- Chỉ ra được những thiếu sót trong q trình nhiệt hỉyện.
NỘI DUNG 6.1.1 Khái niệm
a. Khái niệm
Là khâu gia công kim loại bằng nhiệt nhằm thay đổi tính chất cơ lý của chúng (bằng cách thay đổi tổ chức cấu tạo bên trong) theo mong muốn.
b. Các yêu tô đăc trưng
Qua giản đồ nhiệt luyện ta thấy chế độ nhiệt luyện bao giờ cũng gồm các thông số:
- Nhiệt độ nung to - Thời gian nung T1 - Thời gian giữ nhiệt T2 - Thời gian làm nguội T3
+ Nhiệt độ nung phụ thuộc vào
thành phần hoá học của thép và dạng nhiệt Hình 6.1 Giản đồ nhiệt luyện luyện.
+ Thời gian T1, T2,T3 phụ thuộc vào loại thép và kích thước của chi tiết cần nhiệt luyện.
Như vậy trong nhiệt luyện có 2 vấn đề quan trọng là nhiệt độ và thời gian. Neu thay đổi chúng, cơ tính gang, thép cũng
thay đổi.
6.1.2 Các phương pháp nhiệt luyện
6.1.2.1 u
6.1.2.1.1 Định nghĩa và mục đích a. Định nghĩa
Là phương pháp nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt 1 thời gian rồi làm nguội chậm cùng lò (tốc độ 200°/h) để đạt tổ chức ổn định peclit để có độ cứng thấp và độ dẻo cao.
b. Mục đích
Vật Liệu Học Làm Hồng Câm
- Giảm độ cứng của thép, để dể gia công cắt gọt.
- Làm tăng độ dẻo để dể gia công áp lực: rèn, dập, cán, kéo - Làm giảm ứng suất bên trong do gia cơng cơ khí: đúc , hàn. - Làm đồng đều thành phần hóa học trên vật đúc bị thiên tích. - Làm nhỏ hạt thép (để tăng bền).
6.1.2.1.2 Các phương pháp ủ
a . Các phương pháp ủ khơng có chuyến biến pha
Đặc điểm:
- Nhiệt độ ủ thấp hơn Aci (727°C).
- Khơng có chuyển biến pha peclit auxtenit, gồm ủ thấp và ủ kết tinh lại.
a.l U thấp
Mục đích là làm giảm hoặc khử bỏ ứng suất bên trong ở các vật đúc hoặc sản phẩm qua gia cơng cơ khí mà không làm giảm độ cứng.
- Nhiệt độ ủ 200-^3oo°c chỉ khử bỏ một phần ứng suất. - Nhiệt độ ủ 450-4)00°C sẽ khử bỏ hoàn toàn ứng suất. Thường áp dụng để ủ:
- Các vật đúc quan trọng bằng gang như thân máy tiện, vỏ động cơ đốt trong.
- Các chi tiết sau khi gia cơng cơ khí như cán, dập nguội. Ví dụ: Lị xo sau khi quấn nguội.
a.2 ủ kết tinh lại
- Đe khôi phục tính dẻo của thép sau khi bị biến dạng nguội. - Làm giảm độ cứng và thay đổi kích thước hạt.
- Nhiệt độ ủ > Tktl (thường từ 600-^700°C)
Tkti = K.TC
Tktl: nhiệt độ kết tinh lại Tc: nhiệt nóng chảy
K = 0.4 (kim loại nguyên chất) K = 0.5-41.8 (dung dịch rắn)
Hình 6.3 Biến đổi hạt tỉnh thể trong quá trình kết tỉnh lại
b.Các phương pháp ủ có chuyển biến pha
Đặc điểm chung:
- Nhiệt độ ủ cao hơn AC1(727°C).
- Mục đích là giảm độ cứng và tăng độ dẻo để dể gia công cắt gọt hoặc dập nguội (đối với thép cùng tích).
b.l u hồn tồn
- Nung nóng ở trạng thái Aux hoàn toàn.
- Áp dụng cho thép trước cùng tích với hàm lượng c khoảng 0.3~A).6%.
- Nung nóng thép tới nhiệt độ lớn hơn Ac3 từ 3(N50°C để đạt Aux hoàn toàn.
- Khi làm nguội Aux phân hóa ra ferit và peclit, trong đó peclit ở dạng tấm (hơi cứng để dể cắt gọt).
b .2 U khơng hồn tồn
- Áp dụng cho thép cùng tích và sau cùng tích.
- Nung nóng ở trạng thái Aux khơng hồn tồn.
- Nhiệt độ ủ: AC1 < to ủ < ACm (to ủ = AC1 + (20° - 30°)).
- Khi nung nóng chỉ peclit auxtenit. Ferit và Xell vẩn còn lại.
- Khi làm nguội Aux peclit hạt có độ cứng thấp hơn peclit tấm dể cắt gọt.
b.3 ủ đẳng nhiệt
- Áp dụng với thép họp kim cao nhằm giảm độ cứng để dể gia công cắt gọt.
- Nhiệt độ nung giống như ủ hồn tồn
Hình 6.4: u hồn tồn
Hình 6.5 u khơng hồn tồn
(thép trước cùng tích)hoặc khơng hồn tồn ( đ/v thép cùng tích và sau cùng tích).
- Khi làm nguội ở nhiệt độ thấp hơn Ari khoảng 50°C sẽ được giử nhiệt trong thời gian dài( bằng 1 lị khác có khống chế nhiệt như quy định).
6.1.2.2 Thường hóa
Được áp dụng cho thép cacbon thấp (< 0.25%C) nhằm đạt độ cứng thích họp để cắt gọt bằng cách:
- Nung nóng đến trạng thái Aux hồn toàn (to >Ac3).
- Giữ nhiệt.
- Làm nguội trong khơng khí. Tóm lại:
- Thép được 0.25%C : thường hố - Thép được 0.3 A).65%c : ủ hoàn toàn.
Vật Liệu Học Làm Hồng Câm
- Thép có lượng c > 0.7% : ủ khơng hồn tồn. - Thép họp kim cao: ủ đẳng nhiệt.
6.1.2.3 Tơi
Là q trình nhiệt luyện nhằm mục đích: - Nâng cao độ cứng và chống mài mòn. - Nâng cao độ bền và sức chịu tải của chi tiết.
6.1.2.3.1 Tơi thể tích
Gồm các bước:
- Nung nóng tồn bộ chi tiết thép lên nhiệt độ chuyển biến Aux (> AC1).
- Giữ nhiệt.
- Làm nguội nhanh trong môi trường làm nguội (nước, dầu,muối) để Aux biến thành Mactenxit hay tổ chức không ổn định khác nhằm mục đích tăng độ cứng, độ bền mặt ngồi cũng như trong lõi chi tiết.
Hình 6. 7 Gián đơ tơi, Thời gian
Hình 6.8 Giản đồ nhiệt độ nung
a. Nhiệt độ tơi
a.l Đối vói thép trước cùng tích
- T° tơi = ÍAC3 + (40 -^50°C) được tổ chức auxtenit. - Làm nguội nhanh Aux mactenxit.
+ Làm nguội Aux mactenit.Nhưng Fe còn lại trong tổ chức sẽ làm giảm cơ tính.
a.2 Đối vói thép sau cùng tích
- T° tơi = ÍAC1 + (40-^50°C) có tổ chức Aux + Xe. - Làm ngi nhanh ta có:
+ Aux mactenxit cứng.
+ Xe không chuyển biến pha (nhung vẫn cứng).
Lưu ý: Neu nung t° > ÍACm rất nguy hiểm vì dễ q nhiệt và thốt cacbon.
Hơn nữa khi tôi xong độ cứng vẫn không tăng cao hơn truờng hợp nung đến to Aci + (40-50) °C
b. Thòi gian giữ nhiệt
Phải bảo đảm đủ thời gian để nhiệt độ khuếch tán đồng đều trên toàn bộ chi tiết nhằm tạo tổ chức Aux đồng nhất, phụ thuộc vào:
- Chiều dày hoặc đuờng kính chi tiết (càng lớn thì giữ nhiệt càng lâu). - Thành phần hóa học và mơi truờng tơi.
Thơng thuờng :
- Đối với lị buồng điện tử, thời gian giữ nhiệt 50^90s - Đối với lò muối thời gian 2O-K3Os
c.Tốc độ làm nguội
Làm nguội càng nhanh độ cứng chi tiết càng cao.
- Môi truờng làm nguội nhanh là dung dịch muối 10% trong nuớc. - Môi truờng làm nguội vừa là nuớc.
- Môi truờng làm nguội chậm là dầu.
- Riêng thép gió đuợc tơi bằng quạt gió cơng suất lớn. (Tra thêm sổ tay nhiệt luyện)
d. Các phương pháp tơi
Hình 6.9 Giản đồ các phương pháp tôi
V i: tôi 1 môi trường V 2: tôi 2 môi trường V 3: tôi phân cấp
Vật Liệu Học Làm Hồng Câm
d.l Tôi trong một môi trường (đường Vi)
Sau khi nung đến nhiệt độ tôi và làm nguội trong một môi trường. - Ưu: đon giản, dễ thực hiện.
- Khuyết: do nguội nhanh trong vùng chuyển biến Mactenxit, ứng suất sinh ra lớn tăng nguy cơ phá hủy.
d .2 Tơi trong hai mơi trường (đường v2)
Hình 6.10 Tôi trong hai môi trường
Đầu tiên cho nguội ở mội trường 1, tới gần nhiệt độ chuyển biến M thì chuyển sang mội trường (2) nguội tới nhiệt độ thường.
- Ưu: khắc phục được nhược điểm của phương pháp tơi trong một mơi trường.
- Khuyết: khó xác định được nhiệt độ tại tA để chuyển từ môi trường (1) sang mơi trường (2). Địi hỏi có kinh nghiệm, khó cơ khí hóa, tự động hóa.
d .3 Tôi phân cấp (V3)
Cách tôi này khắc phục khuyết điểm của tôi 2 môi trường. Chi tiết hoặc thép được nhúng vào trong môi trường (1) và được giữ nhiệt để đồng đều nhiệt độ trên toàn tiết diện, sau khi nhắc ra làm nguội trong môi trường (2). Môi trường (1) là muối nóng chảy, mơi trường (2) càng chậm càng tốt.
- Ưu: khắc phục nhược điểm của phương pháp tôi trong hai môi trường. - Khuyết: không phù họp cho chi tiết lớn.
6.1.2.3.2 Tôi bề mặt