Cơ khí đại cương 2 doc

Khái niệm về tính lắp lẫ và dung sai Tính lắp lẫ củ một chi tiết hay b phậ máy là khả n ng thay thế cho nhau không cầ lự chọ và sử chữ mà vẫ b o đ m được các điều kiện kỹ thuật và kinh t

Trang 1

© ThS KSHQT Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 1 / 19

CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG

Bộ môn Hàn & Công nghệ Kim loại Địa chỉ: P306 Nhà C1 – ĐHBK Hà Nội ĐT: 04.869 2204, Fax: 04.868 4543 Email: bmhan@mail.hut.edu.vn

Nội dung môn học:

1 Các khái niệm cơ bản về sản xuất cơ khí

2 Vật liệu dùng trong ngành cơ khí

3 Luyện kim

4 Các phương pháp chế tạo phôi

5 Các phương pháp Gia công cắt gọt

6 Xử lý và bảo vệ bề mặt

Trang 2

Tiện, phay, bào, khoan,

Nhiệt luyện, hoỏ nhiệt luyện, sơn, mạ, phủ,

Thép, gang,

đồng, nhôm Phi kim

Chương I: Các khái niệm cơ bản trong sản xuất cơ khí

I Khái niệm về sả phẩm, chi tiết máy, ộ phậ máy, cơ cấu máy phôi

1 S n phẩm là một danh từ quy ước chỉ v t phẩm được tạ ra ở giai đoạ

chế tạ cuối c ng c a một cơ sở s n xuất

2 Chi tiết má là đơn vị nhỏ nhất v hoà chỉnh c a mỏ , ặ trưng c a n

là khụng thể tỏch ra được v đ t mọi yờu c u k thuật

) 2 nhóm chi tiết máy: - Nhúm chi tiết mỏy cú cụng dụng chung

- Nhúm chi tiết mỏy cú cụng dụng riờng

3 Bộ phậ má là một phầ c a mỏ , ồm hai hay nhiề chi ti t mỏ được

liờn k t với nhau theo những nguyờn lý mỏ nhất định

4 Cơ cấu má là một phầ c a mỏ hoặ b phậ mỏ c nhiệm v nhất

định trong mỏ

5 Phôi là một danh từ quy ước chỉ v t phẩm được tạ ra c a một quỏ

trỡnh s n xuất n y chuyể sang một quỏ trỡnh s n xuất khỏ

Trang 3

â ThS KSHQT Vũ Đỡnh Toại - Bộ mụn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, toai-dwe@mail.hut.edu.vn, Tel: 04.3868 4542, Fax: 04.3868 4543 5 / 19

II Quá trình thiết kế, quá trình sả xuất, quy trình công nghệ

Quy trình công nghệ

là một phầ c a quy trỡnh s n xuất, làm thay đ i trạng thỏi c a đ i tượng

s n xuất theo một thứ tự nhất định v b ng một cụng nghệ nhất định

2 Bước là một phầ c a nguyờn cụng đ làm thay đ i trạng thỏi, ỡnh d ng

c a chi ti t mỏ b ng một hay một ậ hợp d ng c với chế đ làm việ khụng đ i c a d ng c

IV Các d ng sả xuất:

1 S n xuất đơn chiếc là d ng s n xuất chế tạ một hoặ một s ớ s n

phẩm, chu k lặ lại rất t v khụng theo một khoảng thời gian nhất định n o

2 S n xuất h ng loạ là d ng s n xuất trong đ việ chế tạ s n phẩm

theo từng loạt hay từng lụ được lặ lại thường xuyờn sau một khoảng thời gian nhất định

3 S n xuất h ng khối là d ng s n xuất trong đ s n phẩm được chế tạ

với một s lượng rất ớn v liờn tụ trong một khoảng thời gian d i

III Các thành phầ củ quy trình công nghệ:

1 Nguyên công là một phầ c a quỏ trỡnh cụng nghệ do một nhúm cụng

nhõn thực hiệ liờn tụ tại một chỗ làm việ đ gia cụng một hay nhiề nhúm chi ti t c ng được gia cụng một ầ

Trang 4

V khái niệm về chất lượng bề mặt củ sả phẩm

1 Độ nhẵn bề mặt (độ nhấp nhô bề mặt):

1.1 Các khái niệm và định nghĩa.

- Bề mặt hình h c là bề mặt được x c định b i kích thước trên b n v không có nhấp nhô sai lệch về hình d ng

- Bề mặt thực là bề mặt giới h n củ vật thể ngă cách nó với môi trường xung quanh

- Bề mặt đo được là bề mặt nhậ được khi đo về bề mặt thực b ng các dụng cụ đo

ặ Chiều d i chuẩ L là chiều d i phầ bề mặt được chọ để đánh giá độ nhấp nhô bề mặt

- Chiều d i đ là chiều d i ối thiểu củ phầ bề mặt cầ thiết để x c định một cách tin cậy nhấp nhô bề mặt Nó bao g m một số chiều d i chuẩ

- Đường trung bình củ Profin đo được sao cho tổng bình phương khoảng cách từ các điểm củ Profin đến đường đó (y1, y2, yn) là nhỏ nhất trong giới

h n chiều d i chuẩ

F1 + F3 + …Fn-1 = F2 + F4+…Fn

ặ Sai lệch trung bình số h c Ra là trị số trung bình các khoảng cách từ những điểm củ Prôfin đo được đến đường trung bình củ nó, trong giới h n chiều d i chuẩ

dx y L

Trang 5

ặ Chiều cao mấp mô trung bình Rz là trị số trung bình củ những khoảng cách từ 5 đỉnh cao nhất đến 5 đáy thấp nhất củ Profin đo đ−ợc, trong giới h n chiều d i chuẩ

5

)

( )

Đối với cấp 6 ữ 12, chủ yếu dùng thông số Ra,

Đối với cấp 13,14 và 1 ữ 5 chủ yếu dùng thông số Rz.

1: Lớ thứ nhất là một màng khí hấp thụ trên bề mặt: 2 -3 A o

2: Lớ thứ hai là lớ Ôxy hoá: 40 - 80A o

3: Lớ thứ 3 là lớ kim loạ bị biến d ng: 50.000A o ,

Trang 6

VI Khái niệm về độ chính x c gia công cơ khí

1 Khái niệm về tính lắp lẫ và dung sai Tính lắp lẫ củ một chi tiết hay b phậ máy là khả n ng thay thế cho nhau không cầ lự chọ và sử chữ mà vẫ b o đ m được các điều kiện

kỹ thuật và kinh tế h p lý

Sai phạm trong phạm vi cho phép để b o đ m tính lắp lẫ g i à dung sai ( δ )

δ = Dmax - Dmin hoặc có thể viết

δ (IT) = ES (es) + EI (ei) IT: dung sai

ES, es: sai lệch trên

EI, ei: sai lệch dưới

ES, EI: d ng cho lỗ

es, ei: d ng cho trục

- Kích thước danh nghĩa là kích thước cơ b n, được x c định theo chức n ng

củ chi tiết và d ng làm că cứ để tính độ sai lệch

> Kích thước danh nghĩa sử dụng trong các kết cấu phải được chọn tương ứng với kích thước trong TCVN 192 - 66 “Kích thước ưu tiên”

> Chọn kích thước danh nghĩa theo tiêu chuẩn cho phép giảm số lượng, chủng loạ các dụng cụ đo lường và cắ g t, tạo điều kiện phân loạ các quá trình công nghệ à

đơn giản hoá sản xuất

- Dung sai có trị số phụ thuộc và kích thước danh nghĩa và được ký hiệu

Trang 8

2 Khái niệm về độ chính x c gia công

- Độ chính x c gia công là mức độ đạt được khi gia công các chi tiết thực so với độ chính x c thiết kế đề ra.

- Sai lệch gia công càng lớ tức là độ chính x c gia công càng kém

Trong thực tế độ chính x c gia công được biểu thị b ng:

- sai lệch về kích thước ->> biểu thị b ng dung sai

- sai lệch hình d ng ->> biểu thị b ng:

+ Sai lệch hình d ng hình h c như độ phẳng, độ cô , độ ôvan + Sai lệch về vị trí tương quan giữ các yếu tố hình h c củ chi tiết (độ song song hai đường tâm, độ thẳng góc giữa mặt đ u và tâm, v.v ) + Độ chính x c củ hình d ng hình h c tế vi (độ nhẵn bề mặt)

3.1.1 Đo trực tiếp: với phương phá đo n y, giá trị củ đại lượng đo được x c

định trực tiếp theo chỉ số trên dụng cụ đo hoặc theo độ sai lệch kích thước củ vật đo so với kích thước mẫ

Đo trực tiếp tuyệt đ i: Đo trực tiếp kích thước cầ đo và giá trị củ kích thước nhậ được trực tiếp trên vạch chỉ thị củ dụng cụ đo

Đo trực tiếp so sánh: Đo trực tiếp kích thước cầ đo, nhưng khi đo chỉ x c

định trị số sai lệch củ kích thước so với mẫ ; giá trị củ kích thước sẽ tính

b ng phép cộng đại số kích thước mẫ với giá trị sai lệch đó

3.1.2 Đo giá tiếp: Đặc điểm củ đo giá tiếp là giá trị củ đại lượng đo được

x c định giá tiếp qua kết quả đo trực tiếp các đại lượng có liên quan đến đại lượng đo

3.1.3 Đo phâ tích (từng phầ ): Bằng phương phá n y các thông số củ chi tiết được đo riêng rẽ, không phụ thuộc và nhau

Trang 9

3.2 C¸c dông cô ®o

§o kÝch th−íc lç a) Th−íc Æ , chÝnh x c 0,05mm b) Panme ®o trong, cx 0,01mm c) §ång hå ®o lç cx 0,01mm

Trang 10

4 Tiªu chuÈ ho¸ trong ngµnh C¬ khÝ: Tù ® c s¸ch gi¸ khoa

Trang 11

Ch−¬ng II: C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ Kim lo¹i vµ Hîp kim

I TÝnh chÊt chung cña Kim lo¹i & Hî kim

1 C¬ tÝnh: lµ nh÷ng ® c tr−ng c¬ h c biÓu thÞ kh¶ n ng cñ kim lo¹i hay h p

kim chÞu t¸c dông cñ c¸c lo¹ t¶i träng

1.1 §é bÒn: lµ kh¶ n ng cñ vËt liÖu chÞu t¸c dông cñ ngo¹ lùc mµ kh«ng

0

mm N

Trang 12

1.2 Độ cứng: là khả n ng củ vật liệu chống lạ biến d ng dẻo cục b khi có

D D

1.2.2 Độ cứng Rôcoen - Rockwell: HRA, HRB, HRC

được x c định b ng c ch d ng tải trọng P ấ viờn bi b ng thộ đó nhiệt luyệ c đường kớnh 1,587mm tức là 1/16’’ ( thang B ) hoặc mũi cô b ng kim cương có góc ở đỉnh 120 0 ( thang C hoặ A ) lờn b mặt v t

- Thang B: giỏ trị đo được ký hiệ HRB (P = 100kG)

- Thang C: giỏ trị đo được ký hiệ HRC (P = 150kG)

- Thang A: giỏ trị đo được ký hiệ HRA (P = 60kG)

* Giỏ trị đ cứng Rockwell được chỉ thị tr c ti p trờn đ ng h c a mỏ đo

Trang 13

2 8544 , 1

1 1 0

Trang 14

2 Lý tính: là những tính chất củ kim loạ thể hiện qua các hiện tượng vật lý

khi thành phầ hoá h c củ kim loạ đó không bị thay đ i

2.1 Khối ượng riêng: là khối ượng củ 1cm 3 vật chất

] / [ g cm 3 V

2.3 Tính d n n : là khả n ng d n n củ kim loạ khi nung nóng

2.4 Tính d n nhiệt là khả n ng d n d ng nhiệt củ kim loạ

2.5 Tính d n điện: là khả n ng truyền d ng điện củ kim loạ

2.6 Từ tính: là khả n ng nhiễm từ củ kim loạ

3 Hoá tính: là độ bền củ kim loạ đ i với những tác dụng hoá h c củ các

chất khác như ôxy, ước axit v.v…mà không bị phá huỷ

3.1 Tính chịu ăn mò : là độ bền củ kim loạ đ i với sự ăn mò củ các môi

trường xung quanh

Trang 15

4 Tính công nghệ: là khả n ng củ kim loại và h p kim cho phép gia công

nóng hay gia công nguội

4.1 Tính đ c: đ c tr−ng b i độ chảy lo∙ng, độ co và tính thiên tích

- Độ chảy lo∙ng biểu thị khả năng điều đ y khuôn của kim loại và hợ kim

- Độ co biểu thị sự co ngót của kim loạ khi kết tinh từ lỏng sang đ c

- Tính thiên tích là sự không đ ng nhất về thành phần hoá học của kim loạ trong các phần khác nhau của vật đúc

4.2 Tính rèn: là khả n ng biến d ng vĩnh cử củ kim loạ khi chịu tác dụng

củ ngoạ lực để tạo thành hình d ng củ chi tiết mà không bị phá huỷ

4.3 Tính h n: là khả n ng tạo thành sự liên kết giữ các chi tiết h n khi

đ−ợc nung nóng cục b chỗ mối h n đến trạng thái chảy hay dẻo

II Cấu tạo và sự kết tinh của kim loại:

1 Cấu tạo của kim loại:

Một số chi tiết má

bằng kim loại

Cấu trúc ủa kim loại

Cấu trúc KL nhìn qua kính hiển vi điện tử

Liên kết kim loạ nhờ

đám mâ điện tử

Trang 16

- Các nguyên tử KL phân b theo một quy luật nhất định

- Nhiều mạng tinh thể sắp xếp thành mạng không gian

- Mỗi n t mạng được coi là tâm của các nguyên tử

) Kim loạ có cấu tạo tinh thể

Mạng tinh thể của KL nhìn dưới kính hiển vi điện tử

dưới kính hiển vi điện tử

Trang 18

) Tuỳ theo loạ ô cơ bản người ta x c định các thông số mạng

Thông số mạng là giá trị độ d i đo theo chiều cạnh của ô cơ b n

) Đơn vị đo của thông số mạng là ăngstrong (A o ): 1A o = 10 -8 cm

2 S biển đổi mạng tinh thể ủa kim loại :

Khi điều kiện ngoài thay đ i áp suất, nhiệt độ, v.v ) tổ chức kim loạ sẽ thay đ i theo

Dạng ô cơ b n thay đ i Thông số mạng có giá trị thay đ i} S biển đổi mạng tinh thể

Trang 19

3 S kết tinh của kim loạ

Khi kim loạ ở trạng thái ỏng chuyển sang trạng thái rắn đ−ợc g i à sự kết tinh

) Tuỳ theo vận tốc nguội khác nhau mà l−ợng tâm mầm xuất hiện nhiều hay ít, sự kết tinh sẽ tạo ra số l−ợng đơn tinh thể (hay hạt) nhất định

toC

τ (s)

Pha lỏng

Pha rắn Các giai đo n của Quá trình kết tinh tạo hạt kim loại

Trang 20

) Mét Ëp hîp c¸c pha ë tr¹ng th¸i c©n b»ng g i µ hÖ hîp kim

2 Nguyªn lµ mét vËt chÊt ® c lË cã thµnh phÇn kh«ng ® i, t¹o nªn c¸c pha cña hÖ Trong mét sè tr−êng hî nguyªn còng lµ c¸c nguyªn tè ho¸ häc hoÆc lµ hî chÊt ho¸

Trang 21

) hỗn hợp cơ học không làm thay đổi mạng nguyên tử của các nguyên tố thành phần

Trang 22

Cách x y d ng Giản đồ trạng thái của hệ Hợp kim

4 Giản đồ trạng thái của hợp kim: là sự biểu diễn quá trình kết tinh của hệ hợ kim

) Xây dựng giản đồ trạng thái

b ng phương phá phân tích nhiệt, nghĩa là thiết lậ các đường nguội

Trang 23

) Quá trình kết tinh phụ thuộc à nhiệt độ và nồng độ của các chất tạo thành

Vớ d : Cỏ đường nguội c a c c hợp kim chỡ antimon:

1

1 1

1 1’

375

100%Pb 95%Pb

5%Sb

90%Pb 10%Sb

87%Pb 13%Sb

75%Pb 25%Sb

) Dựa và các đường nguội, ta x c định được các điểm tới hạn của mỗi hợ kim

) Đưa tất cả các điểm tới hạn lên 1 giản đồ tổng hợ , ta có giản đồ trạng thái của hệ

hợ kim

Giản đồ trạng thái của hệ hợp kim chì antimon

ACB: đường lỏng DCE: đường đặc DCE: đường cùng tinh

Trang 24

B + [A+B]

L + α

Cá loại giả đ trạng thái c a hợp kim 2 nguyên:

Pha láng

Trang 25

IV Hợp kim Sắt - Các bon (Fe-C):

1 Giản đồ trạng thái của hợp kim Fe-C:

1.1 Các tổ chức của hợp kim Fe-C:

- ACB là đường lỏng phõn biệt pha lỏng hoàn toàn với pha lỏng đó cú tinh thể rắn

- AECF là đường đặc ứng với điểm bắt đầu núng chảy hoặc hoỏ rắn hoàn toàn

- GS (A3); SE (Am); GP và PQ tương ứng với giới hạn chuyển biến pha trong trạng thỏi hoỏ rắn

- PSK (A1) là đường chuyển biến cựng tớch khi nguội đến đú sẽ bắt đầu sự chuyển biến cựng tớch hỗn hợp cơ học

>> Tổ chức này đ−ợc 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 nh−ng chịu mài mòn tốt

>> Trên từng khu vực độ giàu xêmentit (Xê) giảm dần từ Xê1đên Xê31.1.1 Các tổ chức 1 pha:

Trang 26

>> L−ợng hoà tan C trong Fe tối đa là 2,14%ở 11470C Tại 7270C l−ợng 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

>> Nhiệt độ càng giảm l−ợng 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 l−ợng F và Xê và phụ thuộc vào hình dạng của Xê (tấm hay hạt)

Trang 27

>> T¹i 1147oC vµ 4,43%C cïng tinh Lª h×nh thµnh t¹i ®iÓm C

>> Xuèng d−íi 727oC, mét phÇn γ chuyÓn thµnh P

1.2 Ph©n lo¹i hÖ hîp kim Fe-C (Fe-Fe 3 C):

HÖ hîp kim Fe-C

ThÐp cacbon C < 2,14% Gang C > 2,14%

ThÐp tr−íc cïng tÝch

C < 0,8%

ThÐp cïng tÝch

C = 0,8%

ThÐp sau cïng tÝch

C > 0,8%

Gang tr−íc cïng tinh

C < 4,43%

Gang cïng tinh

C =4,43%

Gang sau cïng tinh

C > 4,43%

Trang 28

2.1 Khái niệm về Thép cacbon:

Thép cacbon là hợp kim của Fe-C với hàm lượng cacbon nhỏ hơn 2,14% Ngoài ra trong thép cacbon còn chứa một lượng tạp chất như Si, Mn, S, P, …

ặ Nguyên tố ảnh hưởng lớn nhất trong thép là cacbon Chỉ cần thay đổi một lượng rất nhỏ C, đ∙ làm thay đổi nhiều tính chất lý, hoá của thép

- C tăng ặ độ cứng và độ bền của thép tăng lên còn độ dẻo và độ dai lại giảm xuống

- Thay đổi hàm lượng cacbon ặ 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 lượng 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 phương hại đến một số tính công nghệ như gia công cắt gọt nhiệt luyện v.v…

* Các tạp chất có hại cho thép cacbon: P và S

2.1.1 Phân loại theo tổ chức tế vi và hàm lượng C trên giản đồ trạng thái

- Thép trước 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 lượng C thường 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 phương pháp luyện kim

- Thép lò chuyển: chất lượng không cao, hàm lượng kém chính xác

- Thép lò mác tanh (Martin): chất lượng cao hơn trong lò chuyển một ít

- Thép lò điện: chất lượng cao hơn nhiều, khử hết tạp chất tới mức thấp nhất 2.1.4 Phân loại theo phương pháp khử Ôxy

- Thép sôi: chứa nhiều rỗ khí nên kém dẻo và dai

- Thép nửa sôi: chất lượng cao hơn thép sôi vì còn ít rỗ khí hơn

- Thép lắng: độ bền cao hơn thép sôi và thép nửa sôi

Trang 29

2.1.5 Phân loạ theo công dụng

1 - Thép cacbon thông dụng (thép thường): cơ tính không cao, chỉ dùng để chế tạo các chi tiết máy, các kết cấu chịu tả nhỏ Thường dùng trong ngành x y dựng, giao thông

ặ Thép cacbon thông dụng được ký hiệu b ng hai chữ CT và chia ba nhóm A, B và C

Nhóm A: chỉ đánh giá ằng c c chỉ tiêu c tính (độ bền, độ d o độ cứng, v.v…) Nhóm B: đánh giá b ng thành phần hoá họ

Nhóm C: đánh giá b ng c hai chỉ tiêu c tính v thành phần hoá họ

* Biểu thị độ bền σ02=

245MPa

CT61 CT375

CT345 CT6

CT51 CT285

CT5

CT42 CT275

CT4

CT38 CT245*

CT3

CT34 CT2

CT33 CT1

CT31 CT0

Việt Nam (TCVN1765-75) Liên bang Nga (GOST2772-

88) Liên Xô (GOST 380 - 71)

) TCVN 1756 -75 quy định ký hiệu thép thông dụng: sau CT ghi chỉ số giới hạn bền σ b

[kG/mm2] thấp nhất ứng với mỗi ký hiệu

Ví dụ: TC38 có giới hạn bền σ b = 38 ữ 49kG/mm 2 (380 ữ 490N/mm 2 )

) Các nhóm B và C cũng có ký hiệu trên cơ sở nhóm A nhưng thêm và phía trước chữ

cái B hay C để phân biệt

Ví dụ: CT31 → BCT31 → CCT31

>> Thép sôi: thêm ký tự S và phần cuối, ví dụ CT31S

>> Thép n a sôi: thêm ký tự n và phần cuối, ví dụ: CT31n

>> Thép không có ký hiệu thêm là thép lắng 2- Thép cacbon kết cấu: à loạ thép có hàm lượng tạp chất S, P rất nhỏ tính năng lý hoá tốt, hàm lượng cacbon chính x c và chỉ tiêu cơ tính rõ ràng

Ký hiệu: ương tự như ký hiệu của Liên Xô chỉ khác ở chỗ có thêm chữ cái C phía trước để phân biệt à 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 lượng C tính theo %

Trang 30

3- Thép cacbon dụng cụ: à loạ thép có hàm lượng cacbon cao (0,7 ữ 1,3%C), có hàm lượng 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 lượng cacbon là 0,7%

3.1 Khái niệm về Gang:

Gang là hợp kim Fe- C, hàm lượng lớn hơn 2,14% và cao nhất cũng < 6,67%C

Cũng như thép, trong gang chứa các tạp chất Si, Mn, S, P và các nguyên tố khác

Do hàm lượng cacbon cao hơn nên tổ chức của gang ở nhiệt độ thường cũng như ở nhiệt độ cao tồn tại lượng xementit cao Đặc tính chung của gang là cứng và d n, có nhiệt độ nóng chảy thấp và dễ dúc

) Thành phần tạp chất trong gang gây ảnh hưởng khác so với thép cacbon

- Cùng với C, nguyên tố Si thúc đẩy sự graphit hoá, nghĩa là phân huỷ Fe 3 C thành Fe

và cacbon tự do khi kết tinh

- Ngược lại Mn lại cản trở sự graphit hoá nhằm tạo ra Fe3C của gang trắng

) Lượng Si thay đổi trong gang ở giới hạn từ 1,5 ữ 3,0 còn Mn thay đổi tương ứng vớ

Trang 31

3.1.1 Phân loạ theo tổ chức tế vi và hàm lượng C trên giản đồ trạng thái

- Gang trước ùng 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 loạ theo tổ chức à cấu tạ

1- Gang trắng là loại gang mà hầu hết cacbon ở d ng liên kết Fe 3 C

) Gang trắng chỉ hình thành khi có hàm lượng C, Mn… thích hợ và với điều kiện nguội nhanh ở các vật đúc thành mỏng, nhỏ

) Gang trắng không có ký hiệu riêng

* Tổ chức xementit có nhiều trong gang trắng làm mặt g y của nó có màu sáng trắng!

2- Gang xám là loại gang mà hầu hết cacbon ở d ng graphit Nhờ có vậy grathit nên mặt g y có màu x m

) 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 lượng, hình dạng và phân bố graphit

) Gang xám có độ bền nén cao nhưng 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

3- Gang cầu là loại gang có thể có tổ chức như gang xám, nhưng graphit có dạng thu nhỏ thành hình cầu

Trang 32

) Gang cầu có độ bền cao hơn gang xám nhiều, ặc biệt có độ dẻo b o đ m Có thể so sánh cơ tính gang cầu xấp xỉ b ng thép mác thấp

) Để có tổ chức gang cầu, phả nấu chảy gang xám và dùng phương pháp biến tính đ c biệt g i à cầu hoá để tạo ra graphit hình cầu Kết quả là cũng trên các nền tương tự như

gang xám với grathit cầu ta có độ dẻo δ = 5 ữ 15%; độ bền kéo σ k = 400 - 1000N/mm 2

Ký hiệu Gang cầu: GC xx-yy (Liên x : Bч xx-yy)

yy = hai con số chỉ độ d n d i ương đ i δ % 4- Gang dẻo là loại gang chế tạo từ gang trắng b ng phương pháp nhiệt luyện (ủ)

cum u

t

C Peclit C

3

Ký hiệu Gang dẻo: GZ xx-yy (Liên x : Kч xx-yy)

4.1 Khái niệm về Thép h p kim:

- Thép HK là loạ thép có chứa trong nó một hàm lượng các nguyên tố HK thích hợ

- Hàm lượng của chúng phải đủ đến mức có thể làm thay đ i cơ tính thì mới được coi là chất cho thêm, nếu dưới mức đó thì chỉ à tạp chất

Các đ c tính cơ b n củ Thép h p kim:

- Cải thiện cơ tính: thép hợ có tính nhiệt luyện tốt hơn thép cacbon Trước nhiệt luyện hai loạ thép cacbon và hợ kim có cơ tính tương tự, nhưng nếu nhiệt luyện và ram hợ lý thép hợ kim sẽ tăng cơ tính rõ rệt

- Thép hợ kim giữ được độ bền cao hơn thép cacbon ở nhiệt độ cao nhờ sự tương tác của nguyên tố hợ kim trong các tổ chức ủa thép cacbon

- Tạo ra những tính chất lý hoá đ c biệt, như chống ăn mòn trong các môi trường ăn mòn có thể tạo ra thép từ tính cao hay không có từ tính; độ gi∙n nở vì nhiệt rất nhỏ Các sự biến đ i khi Hợ kim hoá:

+ Các dung dịch đ c trong thép cacbon hoà tan thêm nguyên tố hợ kim tạo nên sự thay đ i có lợi các toạ độ trên giản đồ trạng thái hoặc tạo ra các pherit hợ kim bền hơn

+ Trừ một số nguyên tố như Ni, Si, Al… đa số các nguyên tố khác như Cr, W, Ti…

đều kết hợ với cacbon tạo nên cacbit hợ kim

Trang 33

+ Đa số các nguyên tố làm cho độ quá nguội ăng lên, nên đường cong chữ "C' dịch về bên phải Điều đó sẽ tạo điều kiện để nhiệt luyện dễ d ng hơn

+ Một số nguyên tố kết hợ với thép cacbon và môi trường ngoài ạo nên lớ vỏ ôxyt rất bền để b o v

4.2 Phâ loạ Thép h p kim:

4.2.1 Phân loạ theo thành phần hợ kim trong thép:

- Thép hợ kim thấp: có tổng lượng các nguyên tố hợ kim đưa và < 2,5%.

- Thép hợ kim trung bình: có tổng lượng các nguyên tố hợ kim từ 2,5 ữ 10%.

- Thép hợ kim cao: có tổng lượng > 10%

4.2.2 Phân loạ theo tên g i các nguyên tố HK chủ yếu:

- Thép Mn, thép Si, thép Cr, thép Ni, thép Cr-Ni,

4.2.3 Phân loạ theo công dụng:

1- Thép hợ kim kết cấu: à loạ thép trên cơ sở thép cacbon kết cấu cho thêm các nguyên tố hợ kim (0,1 ữ 0,85% C và lượng phần trăm nguyên tố hợ kim thấp )

> Thép HK kết cấu phải qua thấm cacbon rồi mới nhiệt luyện thì cơ tính cao.

> Loạ thép này được dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng cao, cần độ cứng, độ chịu mài mòn, hoặc ần tính đàn hồi cao v.v…

Ký hiệu: 15Cr, 20Cr, 20CrNi , 12CrNi 3A, 12Cr2Ni4A, 40CrMn, 35CrMnSi

2- Thép hợ kim dụng cụ: à loạ thép cần có độ cứng cao sau khi nhiệt luyện, độ chịu nhiệt và chịu mài mòn cao Hàm lượng cacbon trong thép HK dụng cụ từ 0,7 ữ 1,4%;

các nguyên tố hợ kim cho và 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 loạ thép làm ổ lăn thường chứa hàm lượngCr cao hơn và ký hiệu theo tên riêng của nó OLCr0,6; OLCr1; OLCr1,5

> Trong tổ chức của thép gió g m các nguyên tố cacbon, crôm, vonfram, côban, vanadi

và sắ

> Thép gió có độ cứng cao, bền, chịu mài mòn và chịu nhiệt đến 650 0 C

> Hàm lượng các nguyên tố trong thép gió:

8,5 ữ 19% W; 0,7 ữ 1,4%C; 3,8 ữ 4,4%Cr; 1 ữ 2,6V và một ượng nhỏ Mo hay Co

Ký hiệu: 90W9V2; 75W18V; 140W9V5; 90W18V2…

3- Thép gió: à một d ng thép HK đ c biệt để làm dụng cụ cắt và các chi tiết máy có y u cầu cao

Trang 34

học à ăn mòn điện hoá)

> Trong thép thường có nhiều pha, mỗi pha có điện thế điện cực khác nhau

> Trong thép không gỉ, hàm lượng crôm khá cao (>12%)

> Có hai loạ thép không gỉ: loạ hai pha pherit + cacbit; loạ một pha ostennit

Ký hiệu: 12Cr13, 20Cr13, 30Cr13, 12Cr19Ni9, 12Cr18Ni9Ti,…

+ Thép bền nóng là loạ thép HK làm việ ở nhiệt độ cao mà độ bền khôn giảm, không bị ôxy hoá bề mặt

Ký hiệu: 12CrMo, 10Cr18Ni12N6, 04Cr14Ni14W2Mo,…

+ Thép từ tính là loạ thép có khả năng khử từ cao

> Có thể dùng thép dụng cụ cacbon được hợ kim hoá một ượng 2 ữ 3% Cr

> Cũng có thể dùng hệ hợ kim Fe- Al -Ni hoặc Al - Si - Fe

Ký hiệu: AlNi1, AlNi2, 50Ni - 50%Ni; 38NiSi - 38%Ni và 38%Si…

Hợ kim cứng là loạ vật liệu điển hình với độ cứng nóng rất cao (800 ữ 1000 o C) Nó

được dùng phổ biến làm các dụng cụ cắ g t kim loại và cắ g t vật liệu phi kim có độ cứng cao Hợ kim cứng không cần nhiệt luyện vẫn đạt độ cứng 85 ữ 92 HRC.

Thường dùng hai nhóm hợ kim cứng sau:

- Nhóm một cacbit: WC + Co ặ Ký hiệu theo Liên x là BK, VD: BK2, BK3, BK8, BK10 : Con số chỉ % Co, còn lại là WC

>> Nhóm này có độ dẻo thích hợ với gia công vật liệu d n, làm các khuôn kéo, ép…

- Nhóm hai cacbit: WC + TiC + Co ặ Ký hiệu theo Liên x 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 nước ta vì khó chế tạo

) Phương phá chế tạo HK cứng: chế tạo b t ặ ép định hình ặ thiêu kết

Trang 35

6 Kim loại và Hợ kim mà :

6.1 Nhôm và h p kim Nhôm:

- Nhôm là kim loạ nhẹ

- Khối ượng riêng nhẹ: khoảng 2,7g/cm 3

- Có tính d n điện, ẫn nhiệt cao

- Chống ăn mòn tốt

- Nhiệt độ nóng chảy: 660 0 C

- Độ bền thấp: σ = 60N/mm 2

- Độ cứng thấp: (HB = 25 ặ mềm), nhưng dẻo cao

- Trên bề mặt của nhôm có một ớ ôxyt b o v chống ăn mòn trong môi trường không khí ở nhiệt độ bình thường Lớ ôxyt nhôm này luôn luôn tự hình thành trên bề mặt nhôm do tác dụng với không khí.

) Người ta còn dùng cách ôxy hoá bề mặt nhôm b ng các phương phá điện hoá

hoặc hoá học, để tạo nên lớ ôxyt b o v vững chắc trong môi trường không khí và một số môi trường khác

+ 2 loại HK Nhôm: HK nhôm đúc & HK nhôm biến d ng

+ 3 nhóm nhôm: A999: 99,999% Al ặ loạ tinh khiết

A995, A99, A97 và A95: 99,995 ữ 99,95% Al ặ loạ có độ sạch cao A85, A8, A7, A0: 99,85 ữ 99% Al ặ nhôm kỹ thuật

) Đồng có tính d n điện và d n điện tốt, tính chống ăn mòn cao dễ gia công b ng

áp lực ở trạng thái nóng và nguội, có thể d t mỏng thành tấm có chiều d y 0,05mm Hai loạ hợ kim đ ng thường dùng:

- Đồng thau là hợ kim đ ng và kẽm, hàm lượng Zn trong đ ng thau ≤ 45%

) Đồng thau đúc & đ ng thau biến d ng

- Đồng thanh là hợ kim đ ng và: Sn, Al, Cr,

Các loạ đ ng thanh thường dùng:

+ Đồng đen:

+ Babit:

6.3 Ni, Zn, Pb, Mg, : ) tự đ c SGK

Trang 36

Chương III: Vật liệu phi kim

I Gỗ: Độ bền cao

Khối ượng riêng nhỏ: (từ 0,35 đến 0,75g/cm3) và giá rẻ

Độ cứng kém hơn và dễ gia công (cưa, b o, cắt, đục) ơn so với KL

Độ bền của g không đ ng đều, độ bền d c thớ cao hơn độ bền ngang thớ

II Chất dẻo, nhựa:

Chất dẻo là những chất do các chất h u cơ cao phân tử tạo thành Vật phẩm làm làm b ng chất dẻo có thể được chế tạo b ng phương phá khác nhau như ép, úc, gia công cắ g t, v.v…

>> Đa số các loạ chất dẻo: nhẹ, độ cách điện, hệ số ma sát ớn khi không có d u mỡ

có hình d ng bên ngoài đẹp

>> Chất dẻo thường có chất đ n như vải, giấy, ỗ b t g , sợi thuỷ tinh, sợi amiăng, sợi dệt và chất kết dính (nhựa).

III Composit - Vật liệu tổ hợp: được chế tạo từ nhiều loạ vật liệu kết hợ lại

Gồm: - vật liệu cốt (thường dưới d ng sợi) như sợi thuỷ tinh; sợi graphit; sợi cacbon; sợi thép,…

- vật liệu cơ b n (nền) thường là các chất dẻo hoặc kim loạ có độ dẻo cao (như Al ,Cu)

Ưu điểm: Bền, nhẹ, chịu nhiệt ốt, có tính chống mài mòn và chống ăn mòn cao…

Hiện nay nó được dùng nhiều trong các ngành công nghiệp như hàng không, ây dựng, chế tạo áy

IV Cao su:

- Có tính dẻo cao (độ gi∙n d i khi kéo đạt tới 700 - 800%)

- Khả năng giảm chấn đ ng tốt và độ cách âm cao

ặ Cao su được dùng làm săm lố , ng d n, các phần tử đàn hồi của khớ trục, ai truyền, vòng đệm, sản phẩm cách điện v.v…

ặ Khi lượng lư huỳnh trong cao su cao tới (45%) ta có được êb nit là một loạ vật liệu có tính cách điện rất cao và bền trước những tác dụng hoá học

Trang 37

Chương IV: Xử lý nhiệt Kim loại

I Thực chất:

Nhiệt luyện kim loại là quá trình thay đ i tính chất của kim loạ b ng 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 đ i được tính chất của kim loạ theo ý muốn

II Đặc điểm:

Gia công nhiệt àm thay đ i cấu tạo mạng tinh thể bên trong của kim loạ khiến cho những tính chất của nó như độ cứng, độ bền, tính dẻo tính dai cũng thay đ i

- Loạ thép ít cacbon (chứa dưới 0,3% cabon) ít thay đ i khi nhiệt luyện

- Loạ thép cacbon trung bình thay đ i tính chất khá rõ rệt

- Loạ thép cacbon dụng cụ thì thay đ i rõ rệt hẳn tính chất khi nhiệt III Phâ loại:

IV Các phương phá nhiệt luyện:

4.1 ủ:

là quá trình nung nóng vật phẩm thép lên tới nhiệt độ nhất định phù hợ với từng loạ thép, giữ ở nhiệt độ đó một thời gian, sau đó làm nguội rất chậm trong vòng vài tiếng đ ng hồ làm nguội thường tiến hành ở trong lò

) Sau khi ủ có thể khử được những ứng lực dư ở bên trong của kim loại do việ làm nguồi không đều trước đó g y ra, làm giảm độ cứng của kim loại và tăng tính dẻo tính dai của kim loạ

) ủ là một phương phá nhiệt luyện quan trọng và cần thiết vì trong các quá trình đúc, cán và rèn, việ làm nguội các ật phảm b ng thép thường không được đều ở các lớ chiều d y ủa kim loạ nên bề mặt của các ật phẩm đó thường cứng hơn và làm khó khăn cho việ gia công b ng cắ g t

4.2 T ường hoá:

chỉ khác ủ ở chỗ vật phẩm thép sau khi được nung nóng thì được làm nguội ự nhiên (để nguội ở ngoài trời), thời gian để nguội nhanh hơn so với khi ủ, Nhiệt độ đ t nóng vật phẩm cũng giống như nhiệt độ nung nóng khi ủ

) Sau khi thường hoá thép cũng có cấu trúc đ ng nhất và nhỏ hạ như sau khi ủ

Nhưng độ bền, độ dai có phần cao hơn thép ủ

) Một số loạ thép hợ kim sau khi gi công áp lực (cán, rèn, ậ ) cũng được thường hoá để cải thiện cấu trúc (ổn định các hạt và khử ứng lực có hạ trong kim loại)

Trang 38

) Sau khi tôi thép rất cứng và bền nhưng độ dai của nó bị giảm xuống ứng lực dư bên trong của thép tăng lên và thép trở nên d n

) Muốn khử ứng lực dư bên trong và giảm tính d n của thép sau khi tôi phải tiến hành ram

Nhiệt độ nung của thép phụ thuộc và thành phẩm hoá học ủa thép

Mactensit Trích giản đồ Fe-C

Đường cong chữ “C”

Trang 39

- Vật cần tôi được nung nóng trong lò điện,

lò than hay lò muối

- Lò điện có ưu điểm là quá trình đ t nóng trong lò được đều, nhiệt độ đ t nóng dễ điều chỉnh, vật cần tôi không phải tiếp xúc ới luồng khí được tạo thành khi nhiên liệu cháy

- Thời gian giữ vật cần tôi ở nhiệt độ nung nóng có thể từ vài phút với n a giờ tuỳ theo chiều d y của vật được tôi

- Tiếp đó vật cần tôi được nhúng và môi trường làm nguội

- Môi trường đó có thể là nước, ầu hoặc dung dịch muối

- Tốc độ làm nguội có một ý nghĩa quyết định trong quá trình tôi

- Vật càng cần có độ cứng cao bao nhiêu thì càng cần làm nguội nhanh bấy nhiêu

- Chất có khả năng làm nguội nhanh nhất là dung dịch muối 10% trong nước, khả năng làm nguội vừa là nước ở nhiệt độ bình thường và làm nguội chậm hơn là d u

Trang 40

) Nếu theo y u cầu, vật chỉ cần có bề mặt cứng, nếu bên trong mềm (răng b nh răng, ngõng trục khuỷu v.v…) thì dùng phương phá tôi bề mặt

) Sau khi tôi, vật ạ được nung nóng lần n a tới nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nung (150

-680 0 C), giữ nhiệt độ đó một thời gian và để nguội Các phương phá ram:

- Ram ở nhiệt độ thấp (150 - 300 0 C)

- Ram ở nhiệt độ trung bình (350 - 450 0 C)

- Ram ở nhiệt độ cao (500 - 680 0 C)

được dùng cho các loạ dụng cụ cắ g t kim loại (khoan, phay, chày, cối,…)

) Ram ở nhiệt độ trung bình làm giảm độ cứng và độ bền của kim loạ xuống nhưng lạ nâng cao độ dai, ộ gi∙n d i ên và giảm ứng lực dư bên trong của vật ôi nhiều hơn so với ram ở nhiệt độ thấp Phương phá ram này thường được dùng để nhiệt luyện lò xo

)

) Ram Ram ở nhiệt độ cao khử được g n hết ứng lực dư bên trong và nâng cao độ bền, độ dai của kim loại Hầu hết như tất cả các chi tiết máy quan trọng đều được ram theo

Tiêu đề	Cơ khí đại cương 2 nội dung môn học
Tác giả	ThS. Vũ Đỡnh Toại
Người hướng dẫn	ThS. KSHQT. Vũ Đỡnh Toại
Trường học	Đại học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Cơ khí
Thể loại	Giáo trình
Năm xuất bản	2009
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	149
Dung lượng	13,12 MB