Bài giảng Cơ khí đại cương - Chương III: Hợp kim sắt - Vũ Đình Toại

0,8%C 2,14%C 4,43%C 6,67%C Lỏng (L) L + Ostenit (L+) L + Xêmentit (L+Xê) Ostenit () L êđ êb u a ri t (L ê) P ec li t Xê + Lê  + Xê + Lê  + Xê   +  +P P + Xê P + Xê + Lê Xê + Lê 0,02%C Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại - Đờng ACB là đờng lỏng phân biệt pha lỏng hoàn toàn với pha lỏng đã có tinh thể rắn - Đờng AECF là đờng đặc ứng với điểm bắt đầu nóng chảy hoặc hoá rắn hoàn toàn - Đờng GS (A3); SE (Am); GP và PQ tơng ứng với giới hạn chuyển biến pha trong trạng thái hoá rắn - Đờng PSK (A1) là đờng chuyển biến cùng tích khi nguội đến đó sẽ bắt đầu sự chuyển biến cùng tích hỗn hợp cơ học Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 1.1. Các tổ chức của hợp kim Fe-C: - Đờng ACB là đờng lỏng phân biệt pha lỏng hoàn toàn với pha lỏng đã có tinh thể rắn - Đờng AECF là đờng đặc ứng với điểm bắt đầu nóng chảy hoặc hoá rắn hoàn toàn - Đờng GS (A3); SE (Am); GP và PQ tơng ứng với giới hạn chuyển biến pha trong trạng thái hoá rắn - Đờng PSK (A1) là đờng chuyển biến cùng tích khi nguội đến đó sẽ bắt đầu sự chuyển biến cùng tích hỗn hợp cơ học 1.1.1.1. Tổ chức xêmentit (Xê) là hợp chất hoá học của Fe và C (C% = 6,67%)  Fe3C >> Tổ chức này đợc kết tinh qua ba giai đoạn và nằm trong hầu hết các khu vực >> Đây là một tổ chức có độ cứng cao, tính công nghệ kém, độ giòn lớn nhng chịu mài mòn tốt >> Trên từng khu vực độ giàu xêmentit (Xê) giảm dần từ Xê1 đên Xê3 1.1.1. Các tổ chức 1 pha: Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 1.1.1.2. Tổ chức ôstennit (, Os) là dung dịch đặc xen kẽ của cacbon trong Fe (Fe) >> Lợng hoà tan C trong Fe tối đa là 2,14% ở 11470C. Tại 7270C lợng hoà tan C là 0,8% >> Khu vực AESG chỉ tồn tại một pha ôstenit riêng biệt >> ôstenit là pha dẻo và dai, rất dễ biến dạng >> Vì nó tồn tại riêng biệt chỉ ở nhiệt độ trên 7270C nên không quyết định tính chất cơ học khi kim loại chịu tải mà chỉ có ý nghĩa khi gia công áp lực nóng và nhiệt luyện Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 1.1.1.3. Ferit (, F) là dung dịch đặc xen kẽ của C trong Fe (Fe) >> 7270C hoà tan 0,02%C >> Nhiệt độ càng giảm lợng hoà tan càng giảm nên có thể coi ferit là sắt nguyên chất >> Ferit rất dẻo, mềm và có độ bền thấp 1.1.2. Các tổ chức 2 pha: 1.1.2.1. Peclit (P) là hỗn hợp cơ học của ferit và xêmentit (Xê2) >> Khi hạ to xuống 7270C, cả ferit và xêmentit cùng kết tinh ở thể rắn tạo nên cùng tích peclit (điểm S) >> Cơ tính của Peclit phụ thuộc vào lợng F và Xê và phụ thuộc vào hình dạng của Xê (tấm hay hạt) Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 1.1.2.2. Lêđêbuarit (Lê) là hỗn hợp cơ học cùng tinh của  và Xê (Xê1) >> Tại 1147oC và 4,43%C cùng tinh Lê hình thành tại điểm C >> Xuống dới 727oC, một phần  chuyển thành P >> Lợng Xê trong Lê khá lớn nên Lê có độ cứng cao, dòn 1.1.2.3. Graphit (Gr) là cacbon ở trạng thái tự do >> Gr kém bền, dòn, nở thể tích khi kết tinh Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 1.2. Phân loại hệ hợp kim Fe-C (Fe-Fe3C): Hệ hợp kim Fe-C Thép cacbon C 2,14% Thép trớc cùng tích C < 0,8% Thép cùng tích C = 0,8% Thép sau cùng tích C > 0,8% Gang trớc cùng tinh C < 4,43% Gang cùng tinh C =4,43% Gang sau cùng tinh C > 4,43% Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 2. Thép cacbon: 2.1. Khái niệm về Thép cacbon: Thép cacbon là hợp kim của Fe-C với hàm lợng cacbon nhỏ hơn 2,14%. Ngoài ra trong thép cacbon còn chứa một lợng tạp chất nh Si, Mn, S, P,  Nguyên tố ảnh hởng lớn nhất trong thép là cacbon. Chỉ cần thay đổi một lợng rất nhỏ C, đã làm thay đổi nhiều tính chất lý, hoá của thép - C tăng  độ cứng và độ bền của thép tăng lên còn độ dẻo và độ dai lại giảm xuống - Thay đổi hàm lợng cacbon  làm thay đổi cả tính công nghệ, tính đúc, tính hàn và tính rèn dập * Các tạp chất có lợi trong thép cacbon: Si và Mn - Khi hàm lợng của chúng thích hợp (Mn  0,75% và Si  0,35%) có khả năng khử ôxy khỏi các ôxyt sắt, làm tăng độ bền, độ cứng của thép - Tuy nhiên không nên cho nhiều tạp chất loại này vì nó sẽ phơng hại đến một số tính công nghệ nh gia công cắt gọt nhiệt luyện v.v * Các tạp chất có hại cho thép cacbon: P và S - Nguyên tố S sẽ làm cho thép bị dòn nóng (bở nóng) - Nguyên tố P lại làm thép bị phá huỷ ở trạng thái nguội – dòn nguội  Vì thế cần hạn chế S và P dới mức 0,03% Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 2.2. Phân loại Thép cacbon: 2.1.1. Phân loại theo tổ chức tế vi và hàm lợng C trên giản đồ trạng thái - Thép trớc cùng tích với tổ chức Ferit + Peclit (C < 0,8%) - Thép cùng tích: thép có tổ chức Peclit (C = 0,8%) - Thép sau cùng tích trong đó có Peclit + Xêmentit (C > 0,8%) 2.1.2. Phân loại theo hàm lợng C thờng dùng - Thép cacbon thấp: C < 0,25% - Thép cacbon trung bình: C = 0,25% ... 0,5% - Thép cacbon cao: C > 0,5% 2.1.3. Phân loại theo phơng pháp luyện kim - Thép lò chuyển: chất lợng không cao, hàm lợng kém chính xác - Thép lò mác tanh (Martin): chất lợng cao hơn trong lò chuyển một ít - Thép lò điện: chất lợng cao hơn nhiều, khử hết tạp chất tới mức thấp nhất 2.1.4. Phân loại theo phơng pháp khử Ôxy - Thép sôi: chứa nhiều rỗ khí nên kém dẻo và dai - Thép nửa sôi: chất lợng cao hơn thép sôi vì còn ít rỗ khí hơn - Thép lắng: độ bền cao hơn thép sôi và thép nửa sôi Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 2.1.5. Phân loại theo công dụng - Thép cacbon thông dụng (thép thờng): cơ tính không cao, chỉ dùng để chế tạo các chi tiết máy, các kết cấu chịu tải nhỏ. Thờng dùng trong ngành xây dựng, giao thông  Thép cacbon thông dụng đợc ký hiệu bằng hai chữ CT và chia ba nhóm A, B và C Nhóm A: chỉ đánh giá bằng các chỉ tiêu cơ tính (độ bền, độ dẻo, độ cứng, v.v) Nhóm B: đánh giá bằng thành phần hoá học Nhóm C: đánh giá bằng cả hai chỉ tiêu cơ tính và thành phần hoá học Liên Xô (GOST 380 - 71) Liên bang Nga (GOST2772- 88) Việt Nam (TCVN1765-75) CT0 CT31 CT1 CT33 CT2 CT34 CT3 CT245* CT38 CT4 CT275 CT42 CT5 CT285 CT51 CT6 CT345 CT375 CT61 * Biểu thị độ bền 02= 245MPa Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại  TCVN 1756 -75 quy định ký hiệu thép thông dụng: sau CT ghi chỉ số giới hạn bền b [kG/mm2] thấp nhất ứng với mỗi ký hiệu Ví dụ: CT38 có giới hạn bền b = 38  49kG/mm 2 (380  490N/mm2)  Các nhóm B và C cũng có ký hiệu trên cơ sở nhóm A nhng thêm vào phía trớc chữ cái B hay C để phân biệt Ví dụ: CT31  BCT31  CCT31 >> Thép sôi: thêm ký tự S vào phần cuối, ví dụ CT31S >> Thép nửa sôi: thêm ký tự n vào phần cuối, ví dụ: CT31n >> Thép không có ký hiệu thêm là thép lắng - Thép cacbon kết cấu: là loại thép có hàm lợng tạp chất S, P rất nhỏ, tính năng lý hoá tốt, hàm lợng cacbon chính xác và chỉ tiêu cơ tính rõ ràng Ký hiệu: tơng tự nh ký hiệu của Liên Xô chỉ khác ở chỗ có thêm chữ cái C phía trớc để phân biệt là thép cacbon Ví dụ: Liên Xô: 08; 10; 15; 20;...; 85 Việt Nam: C08; C10; C 15; C20; ...; C85 Ký hiệu thép C Chỉ hàm lợng C tính theo % Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại - Thép cacbon dụng cụ: là loại thép có hàm lợng cacbon cao (0,7 1,3%C), có hàm lợng tạp chất S và P thấp (<0,025%) Ký hiệu thép cacbon dụng cụ Liên Xô: Y7, Y8, Y8A, Y9, , Y13 TCVN: CD70, CD80, CD80A, CD90, , CD130 thép dụng cụ cacbon hàm lợng cacbon là 0,7% Chỉ thép tốt Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 3. Gang: 3.1. Khái niệm về Gang: Gang là hợp kim Fe- C, hàm lợng lớn hơn 2,14% và cao nhất cũng < 6,67%C. Cũng nh thép, trong gang chứa các tạp chất Si, Mn, S, P và các nguyên tố khác Do hàm lợng cacbon cao hơn nên tổ chức của gang ở nhiệt độ thờng cũng nh ở nhiệt độ cao tồn tại lợng xementit cao. Đặc tính chung của gang là cứng và dòn, có nhiệt độ nóng chảy thấp và dễ dúc  Thành phần tạp chất trong gang gây ảnh hởng khác so với thép cacbon - Cùng với C, nguyên tố Si thúc đẩy sự graphit hoá, nghĩa là phân huỷ Fe3C thành Fe và cacbon tự do khi kết tinh - Ngợc lại Mn lại cản trở sự graphit hoá nhằm tạo ra Fe3C của gang trắng  Lợng Si thay đổi trong gang ở giới hạn từ 1,5  3,0 còn Mn thay đổi tơng ứng với Si ở giới hạn 0,5  1,0% - Tạp chất S và P làm hại đến cơ tính của gang. Nhng nguyên tố P phần nào làm tăng tính chảy loãng, tăng tính chống mài mòn do đó có thể hàm lợng đến 0,1  0,2%P - Cacbon càng nhiều thì khả năng graphit hoá càng mạnh, nhiệt độ chảy càng giảm làm tính đúc càng tốt. Nhng tăng hàm lợng cacbon sẽ làm giảm độ bền, tăng dòn. Vì vậy trong gang xám chẳng hạn, hàm lợng cacbon giới hạn từ 2,8  3,5% Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 3.2. Phân loại Gang: 3.1.1. Phân loại theo tổ chức tế vi và hàm lợng C trên giản đồ trạng thái - Gang trớc cùng tinh có tổ chức Peclit + Lêđêbuarit (C < 4,43%) - Gang cùng tinh: có tổ chức Lêđêbuarit (C = 4,43%) - Gang sau cùng tinh có tổ chức Lêđêbuarit + Xêmentit (C > 4,43%) 3.1.2. Phân loại theo tổ chức và cấu tạo - Gang trắng là loại gang mà hầu hết cacbon ở dạng liên kết Fe3C  Gang trắng chỉ hình thành khi có hàm lợng C, Mn thích hợp và với điều kiện nguội nhanh ở các vật đúc thành mỏng, nhỏ  Gang trắng không có ký hiệu riêng Z Tổ chức xementit có nhiều trong gang trắng làm mặt gãy của nó có màu sáng trắng! - Gang xám là loại gang mà hầu hết cacbon ở dạng graphit. Nhờ có vậy grathit nên mặt gãy có màu xám GX Ferit GX Ferit-Peclit Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại  Tổ chức tế vi của gang xám gồm: nền cơ sở và các garaphit dạng tấm  Nền của gang xám có thể là: ferit, pherit - peclit , peclit Cơ tính của gang xám phụ thuộc vào hai yếu tố: * Tổ chức của nền: độ bền của nền tăng lên từ nền pherit đến peclit * Số lợng, hình dạng và phân bố graphit  Gang xám có độ bền nén cao nhng bền kéo kém, chịu mài mòn tốt, đặc biệt có tính đúc tốt Ký hiệu Gang xám: GX xx-yy (Liên xô: Cч xx-yy) xx = hai con số chỉ độ bền kéo yy = hai con số chỉ độ bền uốn - Gang cầu là loại gang có thể có tổ chức nh gang xám, nhng graphit có dạng thu nhỏ thành hình cầu Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại  Gang cầu có độ bền cao hơn gang xám nhiều, đặc biệt có độ dẻo bảo đảm. Có thể so sánh cơ tính gang cầu xấp xỉ bằng thép mác thấp  Để có tổ chức gang cầu, phải nấu chảy gang xám và dùng phơng pháp biến tính đặc biệt gọi là cầu hoá để tạo ra graphit hình cầu. Kết quả là cũng trên các nền tơng tự nh gang xám với grathit cầu ta có độ dẻo  = 5  15%; độ bền kéo k = 400 - 1000N/mm 2 Ký hiệu Gang cầu: GC xx-yy (Liên xô: Bч xx-yy) xx = hai con số chỉ độ bền kéo yy = hai con số chỉ độ dãn dài tơng đối % - Gang dẻo là loại gang chế tạo từ gang trắng bằng phơng pháp nhiệt luyện (ủ) cum ut CPeclitCFe  0 3 Ký hiệu Gang dẻo: GZ xx-yy (Liên xô: Kч xx-yy) xx = hai con số chỉ độ bền kéo yy = hai con số chỉ độ dãn dài tơng đối % Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 4. Thép hợp kim: 4.1. Khái niệm về Thép hợp kim: - Thép HK là loại thép có chứa trong nó một hàm lợng các nguyên tố HK thích hợp - Hàm lợng của chúng phải đủ đến mức có thể làm thay đổi cơ tính thì mới đợc coi là chất cho thêm, nếu dới mức đó thì chỉ là tạp chất. Các đặc tính cơ bản của Thép hợp kim: - Cải thiện cơ tính: thép hợp có tính nhiệt luyện tốt hơn thép cacbon. Trớc nhiệt luyện hai loại thép cacbon và hợp kim có cơ tính tơng tự, nhng nếu nhiệt luyện và ram hợp lý thép hợp kim sẽ tăng cơ tính rõ rệt - Thép hợp kim giữ đợc độ bền cao hơn thép cacbon ở nhiệt độ cao nhờ sự tơng tác của nguyên tố hợp kim trong các tổ chức của thép cacbon - Tạo ra những tính chất lý hoá đặc biệt, nh: chống ăn mòn trong các môi trờng ăn mòn; có thể tạo ra thép từ tính cao hay không có từ tính; độ giãn nở vì nhiệt rất nhỏ. Các sự biến đổi khi Hợp kim hoá: + Các dung dịch đặc trong thép cacbon hoà tan thêm nguyên tố hợp kim tạo nên sự thay đổi có lợi các toạ độ trên giản đồ trạng thái hoặc tạo ra các pherit hợp kim bền hơn. + Trừ một số nguyên tố nh Ni, Si, Al đa số các nguyên tố khác nh Cr, W, Ti đều kết hợp với cacbon tạo nên cacbit hợp kim Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại - Dung dịch đặc thay thế - Dung dịch đặc xen kẽ  Sự hoà tan xen kẽ bao giờ cũng có giới hạn B Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại Cấu trỳc của hợp kim: Nguyên tử Hydro Nguyên tử Titan Nguyên tử Sắt Nguyên tử Sắt Nguyên tử Titan Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại + Đa số các nguyên tố làm cho độ quá nguội tăng lên, nên đờng cong chữ "C' dịch về bên phải. Điều đó sẽ tạo điều kiện để nhiệt luyện dễ dàng hơn. + Một số nguyên tố kết hợp với thép cacbon và môi trờng ngoài tạo nên lớp vỏ ôxyt rất bền để bảo vệ. 4.2. Phân loại Thép hợp kim: 4.2.1. Phân loại theo thành phần hợp kim trong thép: - Thép hợp kim thấp: có tổng lợng các nguyên tố hợp kim đa vào < 2,5%. - Thép hợp kim trung bình: có tổng lợng các nguyên tố hợp kim từ 2,5  10%. - Thép hợp kim cao: có tổng lợng > 10% 4.2.2. Phân loại theo tên gọi các nguyên tố HK chủ yếu: - Thép Mn, thép Si, thép Cr, thép Ni, thép Cr-Ni, ... 4.2.3. Phân loại theo công dụng: - Thép hợp kim kết cấu: là loại thép trên cơ sở thép cacbon kết cấu cho thêm các nguyên tố hợp kim (0,1  0,85% C và lợng phần trăm nguyên tố hợp kim thấp ) > Thép HK kết cấu phải qua thấm cacbon rồi mới nhiệt luyện thì cơ tính cao. > Loại thép này đợc dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng cao, cần độ cứng, độ chịu mài mòn, hoặc cần tính đàn hồi cao v.v Ký hiệu: 15Cr, 20Cr, 20CrNi , 12CrNi 3A, 12Cr2Ni4A, 40CrMn, 35CrMnSi Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại - Thép hợp kim dụng cụ: là loại thép cần có độ cứng cao sau khi nhiệt luyện, độ chịu nhiệt và chịu mài mòn cao. Hàm lợng cacbon trong thép HK dụng cụ từ 0,7  1,4%; các nguyên tố hợp kim cho vào là Cr, W, Si và Mn. > Thép HK dụng cụ có tính nhiệt luyện tốt.. Sau nhiệt luyện có độ cứng đạt 60 - 62 HRC. Ký hiệu: 90CrSi, 100CrWMn, 100Cr12 và OL100Cr1,5  Riêng loại thép làm ổ lăn thờng chứa hàm lợngCr cao hơn và ký hiệu theo tên riêng của nó. OLCr0,6; OLCr1; OLCr1,5 > Trong tổ chức của thép gió gồm các nguyên tố cacbon, crôm, vonfram, côban, vanadi và sắt > Thép gió có độ cứng cao, bền, chịu mài mòn và chịu nhiệt đến 6500C > Hàm lợng các nguyên tố trong thép gió: 8,5  19% W; 0,7  1,4%C; 3,8 4,4%Cr; 1  2,6V và một lợng nhỏ Mo hay Co Ký hiệu: 90W9V2; 75W18V; 140W9V5; 90W18V2 - Thép gió: là một dạng thép HK đặc biệt để làm dụng cụ cắt và các chi tiết máy có yêu cầu cao Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại - Thép HK đặc biệt: + Thép không gỉ là loại thép có khả năng chống lại môi trờng ăn mòn (ăn mòn hoá học và ăn mòn điện hoá) > Trong thép thờng có nhiều pha, mỗi pha có điện thế điện cực khác nhau > Trong thép không gỉ, hàm lợng crôm khá cao (>12%) > Có hai loại thép không gỉ: loại hai pha pherit + cacbit; loại một pha ostennit Ký hiệu: 12Cr13, 20Cr13, 30Cr13, 12Cr19Ni9, 12Cr18Ni9Ti, + Thép bền nóng là loại thép HK làm việc ở nhiệt độ cao mà độ bền khôn giảm, không bị ôxy hoá bề mặt Ký hiệu: 12CrMo, 10Cr18Ni12N6, 04Cr14Ni14W2Mo, + Thép từ tính là loại thép có khả năng khử từ cao > Có thể dùng thép dụng cụ cacbon đợc hợp kim hoá một lợng 2  3% Cr > Cũng có thể dùng hệ hợp kim Fe- Al -Ni hoặc Al - Si - Fe Ký hiệu: AlNi1, AlNi2, 50Ni - 50%Ni; 38NiSi - 38%Ni và 38%Si Các ký hiệu vật liệu của một số nớc: tự đọc SGK Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 5. Hợp kim cứng: Hợp kim cứng là loại vật liệu điển hình với độ cứng nóng rất cao (800  1000oC). Nó đợc dùng phổ biến làm các dụng cụ cắt gọt kim loại và cắt gọt vật liệu phi kim có độ cứng cao. Hợp kim cứng không cần nhiệt luyện vẫn đạt độ cứng 85 92 HRA. Thờng dùng hai nhóm hợp kim cứng sau: - Nhóm một cacbit: WC + Co  Ký hiệu theo Liên xô là BK, VD: BK2, BK3, BK8, BK10 : Con số chỉ % Co, còn lại là WC >> Nhóm này có độ dẻo thích hợp với gia công vật liệu dòn, làm các khuôn kéo, ép - Nhóm hai cacbit: WC + TiC + Co  Ký hiệu theo Liên xô là TK, VD: T30K4; T15K6; T14K8; T5K10 : Con số chỉ % TiC và % Co, còn lại là WC >> Nhóm này có độ dẻo thấp hơn so với nhóm BK. >> Riêng nhóm ba cacbit WC + TIC + TaC + Co ít dùng ở nớc ta vì khó chế tạo  Phơng pháp chế tạo HK cứng: chế tạo bột  ép định hình  thiêu kết Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 5. Hợp kim cứng: - Nhóm một cacbit: WC + Co  Ký hiệu theo Liên xô là BK, VD: BK2, BK3, BK8, BK10 : Con số chỉ % Co, còn lại là WC - Nhóm hai cacbit: WC + TiC + Co  Ký hiệu theo Liên xô là TK, VD: T30K4; T15K6; T14K8; T5K10 : Con số chỉ % TiC và % Co, còn lại là WC Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 5. Hợp kim cứng: Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 6. Kim loại và Hợp kim màu: 6.1. Nhôm và hợp kim Nhôm: - Nhôm là kim loại nhẹ - Khối lợng riêng nhẹ: khoảng 2,7g/cm3 - Có tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao - Chống ăn mòn tốt - Nhiệt độ nóng chảy: 6600C - Độ bền thấp:  = 60N/mm2 - Độ cứng thấp: (HB = 25  mềm), nhng dẻo cao - Trên bề mặt của nhôm có một lớp ôxyt bảo vệ chống ăn mòn trong môi trờng không khí ở nhiệt độ bình thờng. Lớp ôxyt nhôm này luôn luôn tự hình thành trên bề mặt nhôm do tác dụng với không khí.  Ngời ta còn dùng cách ôxy hoá bề mặt nhôm bằng các phơng pháp điện hoá hoặc hoá học, để tạo nên lớp ôxyt bảo vệ vững chắc trong môi trờng không khí và một số môi trờng khác + 2 loại HK Nhôm: HK nhôm đúc & HK nhôm biến dạng + 3 nhóm nhôm: A999: 99,999% Al  loại tinh khiết A995, A99, A97 và A95: 99,995 99,95% Al  loại có độ sạch cao A85, A8, A7, ... A0: 99,85 99% Al  nhôm kỹ thuật Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại 6.2. Đồng & HK đồng: Khối lợng riêng ở 200C: 8,94 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy: 1083 oC Hệ số dẫn nhiệt ở 200C: 0.923 calo/cm.s.0C Hệ số giãn dài (0 - 1000C): 16,5.10-6 Điện trở suất ở 200C (.mm2/m): 0,01784 Độ dẫn điện ở 200C: 57 m/.mm2 Độ bền thấp b = 160 N/mm 2  Đồng có tính dẫn điện và dẫn điện tốt, tính chống ăn mòn cao dễ gia công bằng áp lực ở trạng thái nóng và nguội, có thể dát mỏng thành tấm có chiều dày 0,05mm Hai loại hợp kim đồng thờng dùng: - Đồng thau là hợp kim đồng và kẽm, hàm lợng Zn trong đồng thau ≤ 45%  Đồng thau đúc & đồng thau biến dạng - Đồng thanh là hợp kim đồng và: Sn, Al, Cr, ... Các loại đồng thanh thờng dùng: + Đồng đen: + Babit: 6.3. Ni, Zn, Pb, Mg, ...:  tự đọc SGK Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại Chơng III: Vật liệu phi kim I. Gỗ: Độ bền cao Khối lợng riêng nhỏ: (từ 0,35 đến 0,75g/cm3) và giá rẻ Độ cứng kém hơn và dễ gia công (ca, bào, cắt, đục) hơn so với KL Độ bền của gỗ không đồng đều, độ bền dọc thớ cao hơn độ bền ngang thớ II. Chất dẻo, nhựa: Chất dẻo là những chất do các chất hữu cơ cao phân tử tạo thành. Vật phẩm làm làm bằng chất dẻo có thể đợc chế tạo bằng phơng pháp khác nhau nh ép, đúc, gia công cắt gọt, v.v >> Đa số các loại chất dẻo: nhẹ, độ cách điện, hệ số ma sát lớn khi không có dầu mỡ, có hình dạng bên ngoài đẹp >> Chất dẻo thờng có chất độn nh vải, giấy, gỗ, bột gỗ, sợi thuỷ tinh, sợi amiăng, sợi dệt và chất kết dính (nhựa). III. Composit - Vật liệu tổ hợp: đợc chế tạo từ nhiều loại vật liệu kết hợp lại Gồm: - vật liệu cốt (thờng dới dạng sợi) nh sợi thuỷ tinh; sợi graphit; sợi cacbon; sợi thép, - vật liệu cơ bản (nền) thờng là các chất dẻo hoặc kim loại có độ dẻo cao (nh Al ,Cu) Ưu điểm: bền, nhẹ, chịu nhiệt tốt, có tính chống mài mòn và chống ăn mòn cao Hiện nay nó đợc dùng nhiều trong các ngành công nghiệp nh: hàng không, xây dựng, chế tạo máy Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại IV. Cao su: - Có tính dẻo cao (độ giãn dài khi kéo đạt tới 700 - 800%) - Khả năng giảm chấn động tốt và độ cách âm cao  Cao su đợc dùng làm săm lốp, ống dẫn, các phần tử đàn hồi của khớp trục, đai truyền, vòng đệm, sản phẩm cách điện v.v  Khi lợng lu huỳnh trong cao su cao tới (45%) ta có đợc êbônit là một loại vật liệu có tính cách điện rất cao và bền trớc những tác dụng hoá học V. Gốm, sứ: - Có độ cứng cao - Độ chịu nhiệt cao - Chống mài mòn tốt  Dùng để lót trong các lò nhiệt luyện, làm hạt mài trong đá mài, làm dao cắt, chi tiết cách điện, cách nhiệt, ... VI. Da, vải, vật liệu xốp cách nhiệt,... Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại Chơng IV: Xử lý nhiệt Kim loại I. Thực chất: Nhiệt luyện kim loại là quá trình thay đổi tính chất của kim loại bằng cách nung nóng nó tới một nhiệt độ nhất định, giữ ở nhiệt độ đó một thời gian và sau đó làm nguội theo một chế độ nhất định, nhờ đó mà thay đổi đợc tính chất của kim loại theo ý muốn II. Đặc điểm: Gia công nhiệt làm thay đổi cấu tạo mạng tinh thể bên trong của kim loại khiến cho những tính chất của nó nh độ cứng, độ bền, tính dẻo, tính dai cũng thay đổi - Loại thép ít cacbon (chứa dới 0,3% cabon) ít thay đổi khi nhiệt luyện - Loại thép cacbon trung bình thay đổi tính chất khá rõ rệt - Loại thép cacbon dụng cụ thì thay đổi rõ rệt hẳn tính chất khi nhiệt III. Phân loại: 1. Nhiệt luyện 2. Hoá nhiệt luyện 3. Phun phủ bề mặt 4. Các phơng pháp xử lý đặc biệt Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology Faculty of Mechanical Engineering Welding Engineering and Metals´ Technology CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG Bộ mụn HÀN & CNKL Biờn soạn: ThS. Vũ Đỡnh Toại IV. Các phơng pháp nhiệt luyện: 4.1. ủ: là quá trình nung nóng vật phẩm thép lên tới nhiệt độ nhất định phù hợp với từng loại thép, giữ ở nhiệt độ đó một thời gian, sau đó làm nguội rất chậm trong vòng vài tiếng đồng hồ, làm nguội