Vat lieu co khi potx

Tính giãn nở nhiệt: Là khả năng giãn nở của kim loại khi nung nóng và co lại Sự giãn nở nhiệt cần đặc biệt chú ý rong nhiều trường hợp cụ thể ví dụ: Đối vớicầu làm bằng sắt thép ta phải

LỜI NÓI ĐẦU

Môn học vật liệu cơ khí là một môn học có rất nhiều thông tin về lý thuyết vàmang tính thực tiễn rất cao Để giúp cho học sinh, sinh viên học tập tốt môn học này, đápứng với yêu cầu đào tạo của xã hội, đảm bảo chất lượng đào tạo thì việc biên soạn giáotrình riêng cho môn học này là rất cần thiết

Giáo trình Vật liệu cơ khí được biên soạn theo theo chương trình khung do BộLĐTB&XH xây dựng và thông qua Nội dung được biên soan theo hướng ngắn gọn, dễhiểu Các kiến thức trong toàn bộ giáo trình có mối liên hệ logic chặt chẽ Tuy vậy giáotrình cũng chỉ là những kiếm thức cơ bản trong nội dung tổng thể của môn học, vì vậyngười dạy, người học cần tham khảo thêm các giáo trình có liên quan đối với ngành học

để việc sử dụng giáo trình hiệu quả hơn

Giáo trình dùng cho giáo viên; học sinh – sinh viên hệ TCN và CĐN cơ khí căt gọtkim loại và cơ khí hàn Tuy nhiên giáo trình này cũng là tài liệu tham khảo bổ ích chonhững người học tập và làm việc trong ngành cơ khí

Nội dung giáo trình được biên soạn gồm 5 chương:

Chương 1: Cấu trúc và cơ tính của vật liệu

Chương 2: Hợp kim và biến đổi tổ chức

Chương 3: Nhiệt luyện – Hóa nhiệt luyện

Chương 4: Vật liệu kim loại

Chương 5: Hợp kim màu và phi kim

Khi biên soạn giáo trình mặc dù đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liênquan đến môn học và phù hợp với đối tượng sử dụng, cũng như gắn những nội dung lýthuyết với những vấn đề thực tế thường gặp trong sản xuất, đời sống để giáo trình có tínhthực tiễn cao Tuy nhiên chắc chắn không tránh khỏi các thiếu sót Vì vậy rất mong nhậnđược sự đóng góp của người sử dụng và các bạn đồng nghiệp để giáo trình được hoànchỉnh hơn trong lần tái bản sau

HD, ngày 23 tháng 8 năm 2011

Chương 1: CẤU TRÚC VÀ CƠ TÍNH VẬT LIỆU

1.1 CẤU TẠO VÀ LIÊN KẾT NGUYÊN TỬ

1.1.1 Khái niệm cơ bản về cấu tạo nguyên tử:

Mỗi nguyên tử là một hệ thống phức tạp bao gồm: Hạt nhân nguyên tử (N, P)mang điện tích dương và các e tự do bao quanh mang điện tích âm

Đặc điểm quan trọng nhất của kim loại là số e tự do lớp ngoài cùng rất ít (1 – 3e),những e này dễ bị bứt ra và trở thành các e tự do, còn nguyên tử trở thành ion dương Các

e tự do quyết định tính chất đặc trưng của kim loại

1.1.2 Các dạng liên kết nguyên tử chủ yếu trong chất rắn:

Liên kết nguyên tử chủ yếu trong chất rắn là liên kết kim loại

Bản chấ của liên kết kim loại là các nguyên tử trong kim loại tồn tại dưới dạng iondương có các e tự do bao quanh Gữa các ion dương sinh ra lực đẩy, giữa các e tự do vàion dương sinh ra lực hút Sự cân bằng của 2 lực này chính là cơ sở của liên kết kim loại

1.2 SẮP XẾP NGUYÊN TỬ TRONG VẬT CHẤT:

Vật rắn có cấu tạo bởi các nguyên tử (phân tử) nhưng tùy theo các loại vật rắn cócấu tạo khác nhau thì sắp xếp nguyên tử (phan tử) của chúng khác nhau Nhìn chung vậtrắn trong tự nhiên có hai hình thức sắp xếp nguyên tử (phân tử): Vật rắn có cấu tạo vôđịnh hình và vật rắn có cấu tạo tinh thể

Cấu tạo nguyên tử kim loại: Mỗi nguyên tử là mọt hệ thống phức tạp gồm:

+ Hạt nhân có N và P+ Các lớp điện tử bao quanh hạt nhân: các e

Số e hoá trị ( số e lớp ngoài cùng) rất ít, thường từ 1 – 3 e Những e này dễ bị bứt

ra và trở thành các e tự do, còn nguyên tử trở thành ion dương Hoạt động của các e tự donày quyết định nhiều đến các tính chất đặc trưng của kim loại như: Tính dẻo, tính dẫnnhiệt, tính dẫn điện…

Khi khảo sát vật rắn tinh thể này thấy rằng nếu làm biến đổi cấu tạo (cấu trúc) của

nó sẽ làm biến đổi nhiều tính chất, đặc biệt là cơ tính, do đó nhả hưởng đến tính sử dụngcủa vật rắn

1.3 KHÁI NIỆM VỀ MẠNG TINH THỂ

1.3.1 Khái niệm:

Kết quả nghiên cứu cho thấy kim loại có cấu tạo mạng tinh thể Mạng tinh thểgồm cac ion dương dao động liên tục tại các nút mạng và các e tự do chuyển động hỗnloạn giữa các ion dương tạo nên 1 mô hình không gian

Mạng tinh thể là một mô hình không gian mô tả quy luật hình học của sự sắp xếp cácchất điểm trong vật tinh thể Mạng tinh thể gồm 3 phần:

a Mặt tinh thể: Là các mặt phẳng đi qua các chất điểm, các mặt này luôn song song

và cách đều nhau

b Khối cơ bản: Là hình khối nhỏ nhất có cách sắp xếp chất điểm đại diện chung cho

mạng tinh thể

c Thông số mạng: Là khoảng cách giữa 2 tâm của các chất điểm kề nhau Từ thông

số mạng có thể tính ra các khoảng cách bất kỳ trong mạng Đơn vị đo chiều dài thông sốmạng là Ăngstrôn (A0): 1A0 = 10-8cm

1.3.2 Mật độ nguyên tử:

Nếu xem những nguyên tử như những quả cầu thì trong mạng tinh thể luôn cónhững khoảng trống giữa các nguyên tử (quả cầu) Mật độ nguyên tử (M) của mạng tinhthể nào đó là phần thể tích của mạng do các nguyên tử chiếm chỗ tính ra %

M = n.V/m (1.1.)Trong đó: n – Số nguyên tử trong 1 ô cơ bản

1.3.3 Các kiểu mạng tinh thể thường gặp:

a Mạng lập phương thể tâm (tâm khối):

Khối cơ bản là một khối lập phương,các ion nằm ở các đỉnh và tâm của khối Sốngyên tử trong 1 ô cơ bản là 9, có 1 thông số mạng Kiểu mạng này thường gặp ở kimloại kiềm, Feá, Cr, Mo, V…

Hình 1 - 1 Cấu tạo mạng tinh thể; mặt tinh thể, khối cơ bản, thông số mạng

b Mạng lập phương diện tâm(tâm diện):

Khối cơ bản là một khối lập phương,các ion nằm ở các đỉnh và tâm các mặt của khối

Số ngyên tử trong 1 ô cơ bản là 14, có 1 thông số mạng

Kiểu mạng này thường gặp ở Cu, Al, Pb…

c Mạng lăng trụ lục giác đều:

Khối cơ bản là một khối lăng trụ lục giác đều, các ion nằm ở các đỉnh, tâm 2 mặt đáy và ở trung tâm của 3 khối lăng trụ tam giác cách đều nhau

Số ngyên tử trong 1 ô cơ bản là 17, có 2 thông số mạng

Kiểu mạng này thường gặp ở Be, Mg, Zn…

1.4 DẠNG THÙ HÌNH:

1.4.1 Định nghĩa và đặc tính thù hình:

Tổ chức mạng tinh thể của kim loại không phải bao giờ cũng như nhau mà nó thayđôit theo nhiệt độ của kim loại Khả năng của kim laọi có thể thay đổi hình dạng củamạng tinh thể theo nhiệt độ gọi là tính thù hình của kim loại

Các dạng thù hình khác nhau được ký hiệu bằng các chữ HYLẠP theo nhiệt độ từthấp đến cao: α, β, γ, δ,… Khi có chuyển biến thù hình thì kim loại đó có kèm theo sựthay đổi thể tích bên trong và thay đổi tính chất Đây là đặc tính quan trọng nhất khi sửdụng chúng

Sắt, thiếc, ti tan, côban…là các kim loại có tính thù hình

Hình 1-3 Khối cơ bản mạng lập phương diện tâm

Hình 1-4 Khối cơ bản mạng lăng trụ lục giác đều

1.4.2: Ví dụ: Biểu diễn sự biến đổi thù hình của Fe nguyên chất:

Mạng lập phương tâm khốiMạng lập phương tâm diệnCác thông số mạng có kích thước:

a1 = 2,88KXa2 = 3,64KXa3 = 2,48KX1KX = 1,002A01A0 = 10-8cm

Khi nung sắt nguyên chất người ta thấy ở trạng thái rắn sắt thay đổi 03 kiểu mạng tinh thể ở 03 khoảng nhiệt độ khác nhau (<9110C; 9110C ÷ 13920C; 13920C ÷ 15390C) có

03 dạng thù hình được ký hiệu: Feα; Feγ; Feδ

Sắt có 03 kiểu mạng tinh thể (kèm theo sự thay đổi thể tích trong sắt) do đó tínhchất của sắt cũng thay đổi theo

1.5 ĐƠN TINH THỂ VÀ ĐA TINH THỂ

1.5.1 Khái niệm đơn tinh thể và đa tinh thể:

Nếu khối kim loại chỉ là một tinh thể tức là có mạng tinh thể mà phương của nógiữ được đồng nhất ở mọi điểm, thì được gọi là đơn tinh thể Nhưng trường hợp này rất ítgặp trong thực tế vì các tinh thể kim loại thường có kích thước rất nhỏ (Có tiết diện 300 ÷

800 µm2), do vậy trong một vật rắn dù rất nhỏ cũng gồm vô số tinh thể Kim loại có cấutạo gồm nhiều tinh thể như vậy được gọi là đa tinh thể và mỗi tinh thể trong đó được gọi

Ở vùng biên giới giữa các hạt, các nguyên tử chịu quy luật định hướng của tất cảcác hạt xung quanh nên có sự sắp xếp không có trật tự (hay mạng tinh thể bị xô lệch).

Do sắp xếp như vậy nên tuy rằng mỗi hạt đều có tính dị hướng nhưng do phươngmạng giữa các hạt lệch nhau nên tính dị hướng này không giữ được đồng nhất trong khốikim loại gồm nhiều hạt Vì vậy đa tinh thể có tính đẳng hướng tức là tính chất như nhautheo các phương khác nhau Chính vì vậy mà kim loại thường gặp (chưa qua biến dạng)đều có cơ tính đồng nhất theo mọi phương

Nếu đem cán, kéo để phương mạng các hạt song song với nhau, hiện tượng nàygọi là chọn hướng thì kim loại đa tinh thể lại xuất hiện tính dị hướng

1.6 SỰ KẾT TINH VÀ HÌNH THÀNH TỔ CHỨC CỦA KIM LOẠI

1.6.1 Khái niệm về sự kết tinh:

Sự kết tinh là quá trình hình thành mạng tinh thể từ trạng thái lỏng Khi kết tinhkim loại nguyên chất chất có sự đột biến từ trạng thái sắp xếp nguyên tử không hoàn toàntrật tự sang có trật tự, xảy ra ở một nhiệt độ nhất định đối với mỗi kim loại

Các vật tinh thể không ó cấu tạo tinh thể (thuỷ tinh, nhựa) khi đông đặc khôngkèm theo sự thay đổi các sắp xếp nguyên tử, do đó không có hiện tượng kết tinh

1.6.2 Điều kiện xảy ra kết tinh:

Tại sao khi làm mnguội kim loại lỏng xuống thấp hơn nhiệt độ quy định (đối vớimỗi kim loại) sẽ xảy ra kết tinh?

Trong tự nhiên mọi quá trình tự phát đều xảy ra theo chiều giảm năng lượng (ởtrạng thái mới có năng lượng dự trữ nhỏ hơn)

Vd: Một viên bi đặt ở vị trí A (cao hơn) luôn có xu hướng lăn xuống vị trí B(thấp hơn) → vì sẽ ổn định hơn

Năng lượng dự trữ còn gọi là năng lượng tự do (F)

Sự thay đổi năng lượng tự do của trạng thái lỏng (Fl) và rắn (Fr) theo nhiệt độ

Ở nhiệt độ: T > Ts có Fl < Fr → Kim loại tồn tại ở trạng thái lỏng có năng lượngthấp hơn

Ở nhiệt độ: T < Ts có Fl > Fr → Kim loại tồn tại ở trạng thái rắn có năng lượngthấp hơn

Ts

FrFl

Ts

T0

Hình 1-7 Sơ đồ biểu diễn sự thay đổi trang thái kim loại

F

→ Vậy khi làm nguội kim loại lỏng xuống quá nhiệt độ Ts thì quá trình kết tinhxảy ra.

Chú ý:

T = Ts có Fl = Fr: Năng lượng tự do của 2 trạng thái bằng nhau thì quá trình kếttinh chưa xảy ra ( kim loại lỏng và rắn ở trạng thái cân bằng động: Nếu có 1 lượng kimloại lỏng kết tinh thì lại có 1 lượng kim loại rắn như vậy nóng chảy ra)

Chỉ T < Ts → Fr < Fl rõ rệt thì sự kết tinh mới xảy ra

Ts gọi là nhiệt độ kết tinh lý thuyết

→Như vậy nhiệt độ kết tinh thực tế luôn thấp hơn Ts →gọi là sự quá nguội vàhiệu số giữa 2 nhiệt độ đó gọi là độ quá nguội ∆T

Phần lớn các kim loại có thể kết tinh với ∆T = 2 – 50C

Tóm lại: Kim loại lỏng chỉ xảy ra kêt tinh ở nhiệt độ mà tại đó năng lượng tự docủa kim laọi rắn nhỏ hơn năng lượng của kim loại lỏng rỗ rệt, tức là thấp hơn nhiệt độ kếttinh ;ý thuyết Fr càng nhỏ hơn Fl quá trình kết tinh càng dẽ xảy ra

1.7 TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

1.7.1 Tính chất vật lý: Là những tính chất của vật liệu thể hiện qua các hiện tượng vật

lý khi thành phần hoá học của vật liệu đó không bị thay đổi Bao gồm:

a Vẻ sáng mặt ngoài:

Có thể chia thành kim loại đen và kim loại màu

- Kim loại đen là gồm các hợp kim của sắt (gang và thép)

- Kim loại màu là tất cả các kim loại và hợp kim còn lại

Kim loại không trong suất, những tấm kim loại được dát rất mỏng cung không thể choánh sáng xuyên qua Tuy nhiên mỗi kim loại lại có độ phản chiếu áng sáng theo một màusắc riêng mà ta quen gọi là màu của kim loại ( đồng có màu đỏ, thiếc có màu trắng bạc,kẽm có màu xám )

Đôi khi trên mặt ngoài của thép có màu khác nhau như vàng, xanh , tím những màu

đó không phải là màu của thép mà là màu của mặt ngoài thép bị phủ mọt lố ôxít, lớp nàytạo nên do nhiệt cắt gọt, ở mỗi nhiệt độ khác nhau lớp ôxít này có màu sắc khác nhau.Chính nhờ sự biến màu này ở bề mặt ngoài của thép ta có thể phán đoán được nhiệt độđốt nóng của thép khi nhiệt luyện hoặc rèn

b Khối lượng riêng:

Là số đo khối lượng chứa trong một đơn vị thể tích Nếu gọi khối lượng của vật là m,thể tích là V thì khối lượng riêng: γ = m / V ( Kg/m3 , g/cm3)

Ứng dụng của khối lượng riêng trong kỹ thuật rất rộng rãi: Dùng để so sánh các kimloại nặng nhẹ để tiện lựa chọn vật liệu, những vật lớn như thép đường ray, thép hình khócân được khối lượng nhưng vì biết được khối lượng riêng, đo được kích thước mà tính rathể tích nên có thể tính toán ra khối lượng của chúng

Ví dụ: Khối lượng riêng của một số kim loại: Nhôm: 2,7; Fe: 7,8; Cu: 8,9; Sn: 7,3;Pb: 11,4; Zn: 7,1

c Nhiệt độ nóng chảy: Là nhiệt độ ứng với lúc kim loại chuyển từ thể rắn sang thể

lỏng hoàn toàn

Ví dụ: Sắt nguyên chất chảy ở nhiệt độ 15350C, gang 1130 – 13500C, thép

1400-15000C (do hàm lượng C trong gang và thép quyết định) Điểm chảy càng thấp thì tínhchảy loãng của kim loại càng tốt

d Tính dẫn nhiệt: Là khả năng truyền nhiệt của kim loại khi bị đốt nóng hoặc làm

e Tính dẫn điện: Là khả năng truyền dòng điện của kim loại.

Các kim loại có tính dẫn điện khác nhau, kl có tính dẫn điện cao tức là kl ít cản trởdòng điện chạy qua ( ta nói điện trở của kl đó thấp) Bạc  đồng  nhôm

So sánh tính dẫn điện và tính dẫn nhiệt ta thấy kim loại nào dẫn nhiệt tốt thì cũngdẫn điện tốt và ngược lại

f Tính giãn nở nhiệt: Là khả năng giãn nở của kim loại khi nung nóng và co lại

Sự giãn nở nhiệt cần đặc biệt chú ý rong nhiều trường hợp cụ thể ví dụ: Đối vớicầu làm bằng sắt thép ta phải tính đến sự giãn nở của vật liệu tuỳ theo nhiệt độ của từngmùa, khi rèn kim loại trong khuôn ta phải tính đến sự co của kim loại trong khuôn saukhi nguội lạnh Khi đo lường chính xác ta phải ghi rõ kết quả đo ấy là trong tình trạngnhiệt độ nào

g Tính nhiễm từ: Chỉ có một số kim loại có tính nhiễm từ, tức là nó bị từ hoá sau

khi được đặt trong một từ trường

Sắt và hầu hết các hợp kim của sắt đều có tính nhiễm từ Ni và côban cũng có tínhnhiễm từ và được gọi là chất sắt từ Còn hầu hết các kim loại khác không có tính nhiễmtừ

Tính nhiễm từ của kim loại được sử dụng rất rộng rãi trong ngành điện lực Tuy nhiên đôikhi trong kỹ thuật lại cần những kim loại không có từ tính, thép có thành phần Ni và Mnvới hàm lượng thích hợp sẽ không có từ tính

Tính chất hoá học của kim loại và hợp kim được biểu thị ở 2 dạng chủ yếu:

+ Tính chịu ăn mòn: Là khả năng chống lại sự ăn mòn của hơi nước hay ôxi củakhông khí ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao

+ Tính chịu axít: Là độ bên của kim loại và hợp kim đối với sự ăn mòn của axít

Khi lựa chọn kim loại hoặc hợp kim ta phải căn cứ vào tính chât hoá học để biết khả năngchịu tác dụng của nó đối với môi trường xung quanh.

1.7.3 Tính chất cơ học ( Cơ tính ): Biểu thị khả năng của kim loại hay hợp kim chống

lại tác dụng của các loại tải trọng

Trong quá trình làm việc tất cả các chi tiết máy đều chịu lực tác dụng bên ngoàivới mức độ khác nhau Vì vậy cơ tính là một trong những tính chất quan trọng nhất củabất kỳ vật liệu chế tao máy nào

Cơ tính của vật liệu được biểu thị bởi các đặc trưng sau:

b Độ cứng: Là khả năng của kim loại hay hợp kim chống lại sự lún của bề mặt tại

chỗ ta ấn vào đó một vật cứng hơn Kim loại càng khó lún thì độ cứng càng cao

+ Ký hiệu độ cứng: HB (cho những vật liệu có độ cứng thấp) và HRC, HRB, HRA( cho vật liệu có độ cứng cao hơn), HV (cho vật liệu mềm)

+ Đơn vị đo độ cứng: Kg/mm2

c Độ giãn dài tương đối: Là tỉ lệ tính theo phần trăm giữa lượng giãn dài ra sau

khi kéo và chiều dài ban đầu

+ Ký hiệu độ giãn dài tương đối: δ, đơn vị: %

δ =( L1 – L0)/L0x100%

Trong đó: L1 và L0 là chiều dài mẫu sau khi kéo và trướckhí kéo tính cùng đơn vị

đo (mm)

Vật liệu có δ càng lớn thì càng dẻo và ngược lại

d Độ dai va chạm: Là khả năng của vật liệu chịu tác dụng của tải trọng đột ngột

(Tải trọng va đập) mà không bị phá huỷ

+ Ký hiệu độ dai va chạm: ak, đơn vị : J/mm2, KJ/mm2

b Tính hàn: Là khả năng tạo thành sự liên kết giữa các chi tiết hàn khi nung nóng

cục bộ chỗ mối hàn đến trạng thái chảy hoặc dẻo

c Tính rèn: Là khả năng biến dạng vĩnh cửu của kim loại khi chịu tác dụng của

ngoại lực để tạo thành hình dạng của chi tiết mà không bị phá huỷ

Vd: Thép có tính rèn cao khi nung ở nhiệt độ phù hợp, gang không rèn được, đồng

có tính rèn tốt ngay ở trạng thái nguội

d Tính đúc: Được đặc trưng bởi độ chảy loãng, độ co và tính thiên tích

+ Độ chảy loãng: Biểu thị khả năng điền đầy khuôn của kim loại và hợp kim độchảy loãng càng cao thì tínhđúc càng tốt

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG

1 Nêu cấu tạo của nguyên tử và liên kết kim loại trong kim loại?

2 Phân biệt chất rắn tinh thể và chất rắn vô định hình?

3 Nêu cấu tạo mạng tinh thể? Các kiểu mạng tinh thể thường gặp?

4 Nêu khái niệm về mật độ nguyên tử?

5 Tính thù hình của kim loại là gì? Cho ví dụ?

6 Phân biệt đơn tinh thể và đa tinh thể? Nêu các đặc tính của đa tinh thể?

7 Nêu điều kiện xẩy ra kết tinh?

8 Trình bày tính chất chung của kim loại và hợp kim? Cho ví dụ?

Chương 2: HỢP KIM VÀ BIẾN ĐỔI TỔ CHỨC

2.1 CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA HỢP KIM

2.1.1 Khái niệm về hợp kim:

Hợp kim là sản phẩm của sự nấu chảy hay thiêu kết của 2 hay nhiều nguyên tố mànguyên tố chủ yếu là kim loại để được vật liệu có tính chất kim loại

Thành phần của các nguyên tổ trong hợp kim được biểu thị bằng % trọng lượng của mỗi nguyên tố chứa trong nó

Ví dụ: Thép, gang là hợp kim của Fe, C và một số nguyên tố khác

2.1.2 Một số đặc tính của hợp kim:

Hợp kim có cơ tính cao hơn kim loại nguyên chất cả về độ cứng, độ bền, tính chịu nhiệt, chịu mài mòn, độ dẻo của hợp kim tuy thấp hơn kim loại nguyên chất nhưng vẫn nằm trong giới hạn cho phép thoả mãn các yêu cầu của chế tạo cơ khí Nên chi tiết máy chê s tạo bằng hợp kim chịu tải lớn hơn, ít bị mài mòn, thời gian sử dụng dài hơn

Một số hợp kim có tính chất đặc biệt mà các kim loại nguyên chất không có: Độ bền rất cao, tính cứng nóng cao, chịu ma sát tốt, chống ăn mòn tốt…

Hợp kim có tính tính công nghệ tốt: Tính đúc, tính gia công cắt gọt tốt hơn kim loại nguyên chất

Tính kinh tế cao: Chế tạo hợp kim dễ hơn chế tạo kim loại nguyên chất

Tính dẫn điện, dẫn nhiệt của hợp kim kém hơm kim loại nguyên chất

2.1.3 Các dạng cấu tạo của hợp kim:

a Dung dịch rắn:

Là sự hoà tan của 2 hay nhiều nguyên tố ở trạng thái rắn Trong đó nguyên tử của nguyên tố thứ nhất (A) vẫn giữ nguyên kiểu mạng tinh thể, nguyên tử của nguyên tố 2 (B) được phân bố vào mạng của nguyên tố thứ nhất thay thế hoặc xen kẽ.(A: nguyên tố dung môi, B nguyên tố hoà tan)

Quy ước: Trong dung dịch rắn nguyên tố có lượng nhiều hơn gọi là nguyên tố

dung môi, các nguyên tố còn lại là nguyên tố hòa tan Trong hệ hợp kim A – B theo quy ước ta có ký hiệu dung dịch rắn A(B), tức là B hòa tan trong A với thành phần có hạn hoặc vô hạn nếu nguyên tố dung môi A có tính thù hình α, β, γ, δ…thì ta có các loại dung dịch rắn được ký hiệu: Aα(B); Aδ(B)….hoặc ký hiệu bằng các chữ α, β, γ,…

b Hợp chất hoá học:

Là sự kết hợp của 2 hay nhiều nguyên tố theo một tỷ lệ nhất định, tỷ lệ của các nguyên tố tuân theo quy tắc hoá trị Hỗn hợp tạo thành là một thể đồng nhất có tính chất giống nhau trong toàn bộ thể tích của hợp kim

Quy ước: Nếu ta có hợp kim A – B, khi B có thành phần hóa học nhất định, có

tính chất điện hóa khác với A sẽ tác dụng hóa học với A để tạo thành hợp chất hóa học được ký hiệu theo công thức hóa học AmBn

Vậy kim loại nguyên chất không có tính thù hình thì chỉ có một kiểu mạng tinh thểnên có cấu tạo một pha Nếu có tính thù hình thì mỗi dạng thù hình là một pha.

Ví dụ: Feα là một pha; Feδ là một pha

Do đó ta có định nghĩa về hỗn hợp cơ học như sau:

Khi 2 nguyên tố không có khả năng hoà tan vào nhau và không liên kết được với nhau thì khi đông đặc nguyên tử của cùng một nguyên tố sẽ liên kết với nhau tạo thành mạng tinh thể của nguyên tố đó Sự tồn tại hợp chất là do lực hút cơ học giữa các nguyên tố

2.2 GIẢN ĐỒ PHA Fe – C (Fe – Fe 3 C)

2.2.1 Khái niệm về giản đồ pha:

Như đã biết khi thay đổi thành phần và nhiệt độ thì cấu tạo về pha của hệ hợp kim

đã cho cũng thay đổi, do vậy tính chất của hệ hợp kim cũng biến đổi theo

Ví dụ: Khi nung nóng một hợp kim nào đố có thành phần cố định tới nhiệt độ nào

đó nó sẽ chảy lỏng ra, như vậy có sự biến đổi từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng Để biểu thị quan hệ trên người ta dùng giản đồ pha (Giản đồ trạng thái)

Giản đồ pha là biểu đồ chỉ rõ trạng thái, tổ chức của một hệ hợp kim đã cho trên

hệ trục tọa độ: Nhiệt độ - thành phần

Các hệ hợp kim khác nhau có kiểu giản đồ pha khác nhau và được xác định chủ yếu bằng phương pháp thực nghiệm

2.2.2 Công dụng của giản đồ pha:

Giản đồ pha cho biết:

Nhiệt độ chảy, nhiệt độ chuyển biến pha của hệ hợp kim với các thành phần xác định Vì vậy sẽ biết được nhiệt độ nóng chảy của kim loại khi nhiệt luyện, đúc, đồng thời

sẽ xác định được chế độ nhiệt khi nhiệt luyện, cán, rèn

Cấu tạo pha của hệ hợp kim ở các nhiệt độ và thành phần khác nhau, do đó có thể biết được các tính chất của vật liệu để sử dụng và gi công hợp lý

Thành phần và tỷ lệ các pha trong hợp kim đã cho

Nhưng cần chú ý là cấu tạo pha của hợp kim được ghi trên giản đồ trạng thái chỉ ứng với trạng thái cân bằng, tức là khi nung nóng và làm nguội chậm Khi nung nóng và làm nguội nhanh, cấu tạo pha của hợp kim sẽ khác đi Đó là khuyêt điểm duy nhất của giản đồ trạng thái

2.2.3 Giản đồ pha Fe – C (Fe – Fe 3 C):

a Giản đồ pha Fe – C (Giản đồ trạng thái Fe – C):

Hình 2-1 Sơ đồ tổ chức tế vi là hỗn hợp cơ học của 2 nguyên nguyên chất

Giản đồ mô tả trạng thái của hợp kim ứng với các gí trị của hàm lượng của C và

nhiệt độ của hợp kim

Trên giản đồ ta thấy được quy luật về sự kết tinh và sự chuyển biến của hợp kim xẩy ra trong quá trình nung và làm nguội

Trục tung biểu diễn nhiệt độ của hợp kim (T0C), trục hoành biểu diễn hàm lượng

C có trong hợp kim (tính theo %)

Điểm A: ứng với nhiệt độ nóng chảy của Fe nguyên chất là 15390C

Điểm D: ứng với nhiệt độ nóng chảy của hợp kim Fe – C (Fe3C) là 15500C

Đường ABCD ứng với sự bắt đầu đông đặc của hợp kim gọi là đường lỏng Phía trên đường này hợp kim tồn tại ở trạng thái lỏng

Đường AHJECF ứng với sự đông đặc đã kết thúc gọi là đường đặc

Ở vùng giữa đường lỏng và đường đặc chỉ có hỗn hợp của kim loại lỏng và các

tinh thể rắn

Dưới đường đặc hợp kim ở trạng thái rắn, tuỳ theo nhiệt độ và thành phần của C

các hợp kim Fe – C có cấu tạo như sau: Ô, XêI, XêII, P, F, Lê…

- Trạng thái rắn: Do tác dụng giữa nguyên tố Fe và C các pha được phân biệt bằng một kiểu mạng tinh thể Gồm có các loại dung dịch rắn của nguyên tố C hòa tan vào Feα ,

Feγ , Feδ như sau:

+ Ferit (F): Là dung dịch rắn của C trong Feα, độ dẻo cao, độ cứng thấp, độ bền thấp, có từ tính Ký hiệu trên giản đồ là F hoặc α, có lượng C hòa tan tối đa là 0,006% ở nhiệt độ thường (điểm Q) và 0,02% ở nhiệt độ 7270C (Điểm P) Nên đương PQ là đường giới hạn hòa tan của C trong Feα Có thể coi F là Fe nguyên chất vì C hòa tan quá nhỏ

+ Ôstenit (Ô): Là dung dịch đặc của C trong Feγ , có độ đàn hồi thấp, độ bền, độ dai cao Ký hiệu trên giản đồ là γ hoặc As, có lượng C hòa tan tối đa ở nhiệt độ 7270C (điểm S) và ở 11470C (điểm E) Nên đường SE là đường giới hạn hòa tan của C trong

Feγ

Pha δ là dung dịch rắn của C hòa tan trong Feδ Ký hiệu trên giản đồ là δ

+ Xêmentít (Fe3C – Xê): ): Là hợp chất hoá học của Fe và C, có độ cứng cao, dòn, tính công nghệ kém, chịu mài mòn tốt Ngoài ra cơ tính của nó còn phụ thuộc vào kích thước và hình dạng tinh thể Nếu là XeI có kích thước tấm thô lớn nên giòn hơn ; XeII

có kích thước dạng hạt nên dẻo dai hơn

* Các tổ chức hai pha (2 kiểu mạng tinh thể) :

- Peclit (P): Là hỗn hợp cơ học của F và Xê → Gồm 2 pha là α và Xe Tính chất

cơ học tuỳ thuộc vào F và Xê P nguyên chất chứa 0,8% C Ký hiệu trên giản đồ là chữ P

- Lêđêburit (Lê): Là hỗn hợp cơ học của Ô và Xê ở nhiệt độ > 7270C hoặc hỗn hợp

cơ học của P và Xê ở nhiệt độ < 7270C Lê rất cứng và dòn

Để đơn giản có thể hiểu cấu tạo pha của hệ hợp kim Fe – C được biểu diễn trên giản đồ bằng các tổ chức 1 pha và 2 pha như sau:

2.2.4 Phân loại hợp kim Fe – C theo giản đồ pha Fe - C:

a Căn cứ vào hàm lượng C Có 2 loại:

Hình 2 – 3 Cấu tạo pha của hệ hợp kim Fe – C khi nhiệt độ < 727 0 C

- Thép: Khi %C < 2,14%

- Gang: Khi %C > 2,14%

b Căn cứ vào tổ chức có 2 loại:

- Thép: Là hợp kim của Fe – C trong đó C < 2,14% Gồm :

+ Thép trước cùng tích có tổ chức: P + α Khi %C < 0,8%

+ Thép cùng tích có tổ chức : P (α = Xe) khi %C = 0,8%

+ Thép sau cùng tích có tổ chức : P + XeII khi %C > 0,8%

- Gang trắng : Là hợp kim của Fe – C trong đó %C > 2,14% Gồm :

+ Gang trắng trước cùng tinh có tổ chức : Lê + P + XeII khi %C < 4,3%

+ Gang trắng cùng tinh có tổ chức : Lê (P + Xe) khi %C = 4,3%

+ Gang trắng sau cùng tinh có tổ chức : Lê + XeI khi %C > 4,3%

Hình 2-4 Tổ chức tế vi của thép trước cùng tích 0,2%C và 0,5%C

Hình 2-5 Tổ chức tế vi của thép sau cùng tích P dạng tấm và P dạng hạt

Hình 2-6 Tổ chức tế vi của gang trắng trước và sau cùng tinh

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2

1 Trình bày khái niệm về hợp kim và các dạng cấu tạo của hợp kim? Cho ví dụ?

2 Nêu khái niệm và công dụng của giản đồ pha?

3 Hãy vẽ giản đồ pha Fe – C? Nêu vị trí, ý nghĩa của các điểm, đường trên giản đồ?

4 Trình bày các tổ chức của hợp kim Fe – C?

5 Nêu cách phân loại hợp kim Fe – C theo giản đồ pha Fe – C?

Chương 3: NHIỆT LUYỆN – HÓA NHIỆT LUYỆN

3.1 KHÁI NIỆM VỀ NHIỆT LUYỆN

3.1.1 Sơ lược về nhiệt luyện:

Nhiệt luyện là quá trình bao gồm nung nóng sản phẩm đến nhiệt độ nhất định, giữ

ở nhiệt độ đó một thời gian cần thiết, sau đó làm nguội với các chế độ khác nhau Vớimục đúch làm thay đổi tổ chức và do đó làm thay đổi tính chất của sản phẩm theo ýmuốn

Đặc điểm của nhiệt luyện là:

+ Không nung nóng đến chảy lỏng hay chảy bộ phận, khi nhiệt luyện kim lọạiluôn ở trạng thái rắn, hình dạng của sản phẩm không thay đổi

+ Nhiệt luyện chỉ lam thay đổi tổ chức bên trong (Cấu tạo tinh thể) của kim loại

do đó làm thay đổi tính chất của nó

Các yếu tố đặc trưng của quá trình nhiệt luyện: Bất kỳ quá trình nhiệt luyện nàocũng được đặc trưng bằng 3 thông số sau:

+ Nhiệt độ nung (t0n): Là nhiệt độ cao nhất mà quá trình nung nóng khi nhiệtluyện phải đạt tới

+ Thời gian giữ nhiệt (τgn): Là thời gian cần thiết duy trì kim loại ở nhiệt độ nung.+ Tốc độ nguội (Vng): Là tốc độ giảm nhiệt độ theo thời gian tính bằng 0C/s sauthời gian giữ nhiệt

3.1.2 Ý nghĩa của nhiệt luyện:

Nhiệt luyện tạo cho kim loại và hợp kim các tính chất(đặc biệt là cơ tính) cần thiết

để cho sản phẩm có thể làm việc lâu dài trong các điều kiện quy định

Nhiệt luyện làm tăng độ bền, độ cứng mà vẫn đảm bảo độ dẻo dai nhất định củakim loại do vậy làm tăng khả năng làm việc của máy móc

Nhiệt luyện cải thiện tính công nghệ: Ví dụ: sau khi rèn thép bị biến cứng khó giacông cơ khí, muốn gia công dễ dàng cần phải làm mềm đi bằng cách đem ủ

Vậy nhiệt luyện có ảnh hưởng quyêt định đến giá thành, chất lượng, tuổi thọ củacác sản phẩm cơ khí Máy móc càng chính xác, yêu cầu cơ tính càng cao mà bỏ qua nhiệtluyện hoặc nhiệt luyện không đạt yêu cầu thì độ chính xác và khả năng làm việc sẽ khôngđảm bảo Do đó nhiệt luyện là thước đo để đánh giá trình độ phát triển khoa học kỹ thuậttrong ngành cơ khí chế tạo

Thời gian

T0C

Hình 3 – 1 Quy trình nhiệt luyện tổng quát

3.2.1 Các nhiệt độ (điểm) tới hạn:

A1: Là nhiệt độ chuyển biến : Từ Ô thành F + Xê và ngược lại (7270C – đườngPSK)

A3: Là nhiệt độ chuyển biến bắt đầu tiết ra Ferit từ Ô khi làm nguội và kết thúchoà tan Ferit vào Ô khi nung nóng (7270C – 9110C - Đường GS)

Acm: Là nhiệt độ chuyển biến bắt đầu tiết ra XêII từ Ô khi làm nguội và kết thúchoà tan XêII vào Ô khi nung nóng (7270C – 11470C -đường SE)

Để phân biệt các nhiệt độ chuyển biến khi nung nóng và khi làm nguội:

+ Khi nung nóng: Ac1, Ac3, Accm (thêm c phía sau: chauffage là nung nóng)+ Khi làm nguội: Ar1, Ar3, Arcm(thêm r phía sau: Refroielisslment là làm nguội)Khi nhiệt luyện thép thường phải biết các nhiệt độ A1, A3, Acm ứng với thànhphần C đã cho

Nếu không có số liệu cụ thể về các nhiệt độ đó cũng có thể tính được chúng mộtcách gần đúng nếu coi đường GS và SE trên giản đồ là đường thẳng

3.2.2 Các tổ chức cơ bản nhất đạt được khi nhiệt luyện:

Ôstenit: Dung dịch rắn của C trong Feγ (Feγ(C))

Mactenxít: Dung dịch rắn qua bão hoà của C trong Feα: Feα(C)

Peclit: Hỗn hợp cơ học gồm có Ferit và Xêmentit: (F + Fe3C) hay (Feα +Fe3C)(Ferit là dung dịch rắn của C trong Feα Nhưng khả năng hoà tan của Feα không đáng kể:Lớn nhất ở 7270C với 0,02%C, còn ở nhiệt độ thường là 0,006%C Vì vậy có thể coi Ferittrong hợp kim Fe – C là Fe nguyên chất)

3.2.3 Các chuyển biến chủ yếu xảy ra khi nhiệt luyện thép:

a Chuyển biến Peclit thành Ôstenit xảy ra khi nung nóng thép quá nhiệt độ Ac1:

Accm

¤

¤ + XªII

¤ + F727

T0C

P

S

K911

1147

Hình 3 – 2 Các nhiệt độ tới hạn khi nhiệt luyện

Do vậy Ô tạo nên Mactenxit trước, rồi sau đó từ mactenxit thành Peclit.

d Chuyển biến Mactenxit thành Peclit:

Feα(C) → [Feα + Fe3C]

3.2.4 Các chuyển biến xẩy ra khi nung và giữ nhiệt:

Các chuyển biến tổ chức trong quá trình nung của các loại thép tương ứng với giản

đồ trạng thái Fe – C Nhưng nhiệt độ tới hạn thực tế phụ thuộc vào tốc độ nung Vn và luôn luôn lớn hơn nhiệt độ tới hạn lý thuyết, được ký hiệu là: Ac1, Ac3, Accm > Ar1, Ar3, Arcm

Khi nung đến vùng tổ chức γ, nhiệt độ nung càng cao thì kích thước hạt tinh thể càng lớn

Tại thời gian giữ nhiệt không có chuyển biến về tổ chức, mà chỉ nhằm mục đích:+ Đồng đều nhiệt độ giữa các bề mặt và tâm lõi của vật rắn

+ Hoàn thành các chuyển biến tổ chức tại nhiệt độ nung, đồng thời làm đồng đều cấu tạo bên trong của thép tại nhiệt độ đó

3.2.5 Các chuyển biến xẩy ra khi làm nguội:

Trong quá trình làm nguội các nhiệt độ tới hạn thực tế phụ thuộc vào Vng và luôn luôn nhỏ hơn các nhiệt độ tới hạn lý thuyết, được ký hiệu: Ac1, Ac3, Accm < Ar1, Ar3, Arcm

Khi nung nóng đến vùng có tổ chức γ thì tốc độ nguội khác nhau sẽ nhận được các

tổ chức khác nhau Nhìn chung có hai nhóm tổ chức cơ bản:

+ (α + Xe): Ứng với phương pháp làm nguội chậm

+ Mactenxit: Ứng với phương pháp làm nguội nhanh

Trong hai nhóm tổ chức này căn cứ vào tốc độ nguội (Vng ) nhanh dần trong sảnphẩm thép khi tôi có thể nhận được 4 loại tổ chức cơ bản (P, X, T, M) có cơ tính thay đổi

Hình 3 – 3 Sơ đồ chuyển biến tổ chức của thép khi nung nóng và giữ nhiệt

+ Vng1 rất chậm: Tổ chức nhận đươc Peclit Pt

+ Vng2 chậm: Tổ chức nhận đươc Xôcbit Xt

+ Vng3 nhanh hơn: Tổ chức nhận được Troxtit Tt

+ Vng4 rất nhanh: Tổ chức nhận được Mactenxit Mt

→ Tất cả các tổ chức này gồm (α + Xetấm) có kích thước nhỏ dần từ Vng1 đến Vng4

3.3.1 Ủ không có chuyển biến pha:

Chỉ nung dưới nhiệt độ Ac1 Bao gồm:

a Ủ thấp (ủ non): Là phương pháp ủ chỉ nung nóng thép tới nhiệt độ 200 ÷ 3000Choặc cao hơn một chút Phương pháp này chỉ có tác dụng làm giảm ứng suất bên trongkhông làm thay đổi kích thước và độ cứng

b Ủ kết tinh lại: Là phương pháp ủ đối với thép cacbon tiến hành từ 600 ÷ 7000CPhương pháp này có tác dụng làm thay đổi kích thước hạt và độ cứng

3.3.2 ủ có chuyển biến pha:

a Ủ hoàn toàn: Là phương pháp nung nóng thép tới trạng thái hoàn toàn là Ô.

Nhiệt độ ủ = Ac3 + (20 ÷ 300C)

Do chỉ nung cao hơn Ac3 một chút nên hạt Ô nhỏ Sau khi làm nguội chậm thép

có hạt nhỏ và độ cứng thấp Loại ủ này áp dụng cho các loại thép cần hạt nhỏ để đảm bảo

độ dai tốt

b Ủ không hoàn toàn: Là phương pháp nung nóng thép tới trạng thái chưa hoàn

toàn là Ô, tức là chỉ cao hơn Ac1, thấp hơn Ac3 hoặc Accm Sự chuyển biến khi nungnóng ở đây là không hoàn toàn: Chỉ có Peclit thành Ô còn Ferit và Xêmentit vẫn còn

Loại ủ này thường áp dụng cho thép hợp kim cao trước khi đem cán

d Ủ đẳng nhiệt: Thép được nung tới nhiệt độ ủ cao hơn Ac3 hoặc Accm, giữ nhiệt

rồi làm nguội nhanh xuống dưới nhiệt độ Ac1 khoảng 50 – 1000 C rồi giữ ở nhiệt độ này

Hình 3 – 4 Sơ đồ quá trình ủ thép

T0C

cho Ô phân hoá thành hỗn hợp F +XêII Phương pháp này được áp dụng rộng dãi đặc biệtcho thép hợp kim.

3.4 THƯỜNG HÓA THÉP:

Là phương pháp nung nóng thép lên đến trạng thái hoàn toàn là Ô (cao hơnđường GSE) giữ nhiệt rồi sau đó làm nguội trong không khí để nhận được tổ chức là P +

Xê, nhưng các hạt Xê nhỏ mịn hơn do vậy có độ bền, độ cứng cao hơn ủ

Nhiệt độ nung để thường hoá xác định theo công thức:

Nhiệt độ nung = Ac3 hoặc = Accm + (20 – 300C)

So với ủ thường hoá kinh tế hơn vì không phải làm nguội trong lò Do vậy thường

áp dụng nhiều hơn nếu cả hai cùng nhằm 1 mục đích vì mục đích của thường hoá tương

để được γ chuyển thành Mactenxit (M)

Bản chất của Mactenxit là dung dịch rắn quá bão hòa của các bon trong Feα vớinồng độ các bon trong Ô ban đầu có kiểu mạng lập phương thể tâm

Mục đích của tôi thép:

+ Đạt độ cứng và tính chống mài mòn tốt nhất cho vật liệu

+ Đạt độ thấm tôi cao nhưng hình dạng sản phẩm không thay đổi

3.5.2.Tốc độ tôi tới hạn và độ thấm tôi:

Là tốc độ làm nguội nhỏ nhất cần thiết để Ô chuyển thành Mactenxxit và các tổchức có độ cứng cao hơn

Tốc độ tôi tới hạn càng nhỏ thép càng dễ tôi vì khi đó chỉ cần dùng các môi trườnglàm nguội chậm cũng đủ tôi cứng

Nhiệt độ tôi = Ac3 + (30 – 500C)

→ Phương pháp này còn được gọi là phương pháp tôi hoàn toàn

Đối với thép cùng tích và thép sau cùng tích: nhiệt độ tôi chỉ lấy cao hơn Ac1,thấp hơn Accm Tức là nung nóng thép tới trạng thái ngoài Ô vẫn còn Xê

Nhiệt độ tôi = Ac1 + (30 – 500C)

→ Phương pháp này còn được gọi là phương pháp tôi không hoàn toàn

Nếu nhiệt độ tôi của thép trước cùng tích chỉ cao hơn Ac1 và thấp hơn Ac3 thì tổchức khi nung là (Ô + F), sau khi tôi là (Mactenxit + F), F là cho độ cứng của thép tôikhông đạt được giá tri cao nhất Còn khi nung quá Ac3 thì sau khi tôi không còn F nênthép sẽ có độ cứng cao nhất

Ngược lại tôi thép sau cùng tích không thể nung thép lên quá nhiệt độ Accm, vìkhi đố tất cả các bon sẽ hòa tan hết trong Oosstenit, do vậy Mactenxit có thể tích lớn, ápsuất lên Ôstenit càng lớn, làm cho Oosstenit dư càng nhiều, như vậy độ cưgns của thépthực tế lại giảm đi

Cần phải kiểm tra nghiêm ngặt nhiệt độ tôi vì nếu thấp quá nhệt độ quy định thép tôikhông cứng, vượt quá nhiệt độ quy định thép tôi quá ròn do hạt Ô lớn khi nung và do vậy

có tổ chức Mactenxit hình kim lớn

Các thép hợp kim có nhiệt độ tôi khác thép các bon ngay khi cả hai có cùng mộtlượng các bon như nhau vì các nguyên tố hợp kim làm thay đổi các điểm tới hạn Ac1,Ac3 của thép Nhiệt độ tôi của chúng tra ở sổ tay nhiệt luyện

b Cách chọn môi trường tôi:

Vấn đề chủ yếu của thép là chọn môi trường tôi Nguyên tắc chọn môi trường tôi

để được tổ chức Mactenxit hay các tổ chức khác cứng hơn là làm sao môi trường có tốc

độ làm nguội nhanh nhưng phải đảm bảo ứng suất dư sinh ra cho sản phẩm nhỏ hơn giớihạn đàn hồi của thép chế tạo sản phẩm, để nó tránh bị cong vênh, nứt vỡ khi làm nguội.Tốc độ làm nguội lý tưởng nhất là: ở khoảng 650 – 4000C cần nguội ngay còn ngoàikhoảng đó cần làm nguội chậm, đặc biệt từ 3000C trở xuống

Ngoài ra môi trường phải có khả năng dẫn nhiệt tốt và có độ bám vào bề mặt cao

để môi trường tiếp xúc đều với bề mặt chi tiết Thông thường trong thực tế có 2 môitrường tôi phổ biến là nước và dầu

3.5.4 Các phương pháp tôi và công dụng:

a Tôi trong một môi trường: (Có thể là nước hoặc dầu):

Sau khi nung nóng thép đến nhiệt độ tôi, giữ nhiệt rồi làm nguội trong một môi trường nào đó ( nước hoặc dầu ) đủ nhanh để Ôstenit chuyển thành Mactenxit Đây là phương pháp tôi phổ biến và đơn giản.

Khi nhúng thép nung vào nước,thép bị nguội đột ngột xuống 700 đến 6000C vàxung quanh nó tạo nên lớp màng hơi quá nung , khi đó làm nguội qua lớp màng hơi quánung nên tốc độ nguội chậm Sau đó lớp màng hơi bị phá huỷ và nước bắt đầu sôi lêntrên bề mặt thép , lúc này từ độ nguội lại nhanh lên

khi thép bị nguội xuống dưới 1000C nước không sôi nữa

Nước là môi trường tôi mạnh nhưng thép dễ nứt vì tốc độ nguội ở vùng chuyểnbiến Mactenxit lớn

Khuyết điểm lớn nhất của nước là khi tôi nước sẽ nóng lên do vậy khi tôi phảiluôn thay nước để đảm bảo nước không bị nóng

Nước có pha thêm NaCl, NaOH sẽ làm tăng khả năng nguội của nó vì tạo ra cácion điện ly dẫn nhiệt tốt

Dầu là môi trường tôi thường dùng, có ưu điểm là làm thép nguội chậm trongkhoảng nhiệt độ chuyển biến Mactenxit nên ít gây ra cong, vênh, nứt nhưng có khuyếtđiểm làm thép nguội chậm là môi trường tôi yếu so với nước

Khác với nước, khi nhiệt độ dầu tăng không làm giảm khả năng nguội của nó Tuynhiên, nếu để dầu quá nóng nó sẽ bốc cháy ( nhiệt độ bốc cháy của dầu khoảng 150 –

3200C) Chi tiết tôi trong dầu có lớp bề mặt màu đen do dầu cháy

Dầu là môi trường tôi tốt của thép các bon có tiết diện nhỏ và thép hợp kim

b Tôi trong 2 môi trường:

Lúc đầu chi tiết được làm lạnh trong môi trường tôi mạnh( nước hoặc nước phamuối) sau đó nhắc chi tiết ra chuyển sang môi trường làm nguội chậm hơn (dầu hoặckhông khí ), chuyển biến Mactenxit sẽ sảy ra trong môi trường thứ 2 nên ít ứng suất bêntrong hơn so với phương pháp tôi trong một môi trường

Nhược điểm của phương pháp này là khó xác định được thời điểm chuyển chi tiết

từ môi trường 1 sang môi trường 2: nếu chuyển quá sớm, thép sẽ nguội trong môi trường

2 là chủ yếu nên dễ không đạt được độ cứng; nếu chuyển quá muộn, chuyển biếnMactenxit sẽ sảy ra ngay ở môi trường 1, nên yêu cầu giảm ứng suất bên trong khôngthực hiện được

Điểm chuyển môi trường làm nguội khi thép có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bắt đầuchuyển biến tổ chức ( Ô thành Mactenxit) khoảng 1000C là thích hợp ( kinh nghiệm chothấy, nhúng ở môi trường 1, lấy ở mức 2s/10 mm đường kính)

Phương pháp này dùng tôi các dụng cụ làm bằng thép các bon cao

*Phương pháp 2:

Nung nóng toàn bộ, làm nguội bộ phận ( gọi là tôi tự ram)

Nung nóng toàn bộ chi tiết lên đến nhiệt độ tôi, nhưng chỉ làm nguội trong môi trường tôi

d Tôi bề mặt:

Tất cả các phương pháp tôi bề mặt đều dựa trên nguyên lý chung là nung nóng thậtnhanh bề mặt với chiều sâu nhất định lên nhiệt độ tôi, trong khi đó phần lớn lõi khôngđược nung nóng, khi làm nguội nhanh tiếp theo chỉ có bề mặt được tôi cứng, còn lõikhông được tôi vẫn mềm

Có thể nung nóng nhanh bề mặt bằng phương pháp sau: nung nóng bằng dòngđiện cảm ứng có tần số cao hặc bằng ngon lửa của hỗn hợp khí C2H2 và O2

Nung bằng dòng điện cảm ứng: dòng điện được dẫn vào vòng đồng (vòng cảmứng) và đặt chi tiết cần tôi vào trong hay bên cạnh vòng cảm ứng Dòng điện có tần sốcao chạy trong vòng cảm ứng sẽ đốt nóng bề mặt chi tiết cần tôi Tuỳ theo hình dạng bềmặt của chi tiết, vòng cảm ứng được uốn theo chu vi của chi tiết

Ưu điểm của phương pháp này: năng suất cao do thời gian nung ngắn, chất lượngcao do nhiệt tác dụng vào kim loại trong thời gian rất ngắn nên giảm rất nhiều những hưhỏng khi nung nóng như quá nung, hạt lớn và thoát các bon bề mặt

Nhược điểm của phương pháp là phải chế tạo vòng cảm ứng thích hợp cho mỗiloại chi tiết, do đó chỉ áp dụng cho sản xuất hàng loạt, hàng khối

3.6 RAM THÉP

3.6.1 Mục đích của ram thép:

Hình 3-7 Vòng cảm ứng tôi bề mặt ngoài trục và chi tiết có góc cạnh

Hình 3-7 Vòng cảm ứng tôi bề mặt bên trong và tôi mặt phẳng

Sau khi tôi thép có độ cứng cao, ròn và có ứng suất bên trong, vì vậy thép rất dễgãy khi làm việc.

Ram là quá trình nung nóng thép sau khi tôi đến nhiệt độ thích hợp nhưng thấphơn Ac1 nhằm mục đích:

+ Giảm ứng suất bên trong để không gây hư hỏng khi sử dụng

+ Biến tổ chức Mactenxit và các tổ chức cứng khác thành các tổ chức có cơ tính(độ cứng, bền, dẻo dai) thích hợp với điều kiện làm việc đã cho của chi tiết

+ Ngoài ra trong một số trường hợp ram ở nhiệt độ cao sẽ làm cho gia công cắt gọt

b Ram trung bình ( 300 – 450 0 C ):

Là phương pháp làm giảm nhiều ứng suất bên trong, tăng độ dẻo dai Tổ chứcnhận được là Trustit ram có độ cứng tương đối cao, giới hạn đàn hồi cao mà vẫn giữđược đội dai nhất định Thường dùng cho các sản phẩm như: nhíp, lò xo, một số khuândập nóng

c Ram cao ( 500 – 650 0 C ):

Phương pháp này làm cho thép có độ bền, độ dai va đập rất cao Tổ chức nhậnđược là Xoocbit ram Các chi tiết máy quan trọng đều áp dụng phương pháp này, nhưthanh truyền, trục, bánh răng,

3.7 CÁC KHUYẾT TẬT THƯỜNG XẨY RA KHI NHIỆT LUYỆN THÉP

+ Chi tiết gồm nhiều bộ phận dăy, mỏng khâc nhau thì phải để phần dăy xuốngdưới để nhúng văo môi trường tôi trước.

+ Câc chi tiết dăi, nhỏ (mũi khoan, taro) vă lò xo thì phải nhúng thật thẳng đứngnếu nghiíng sẽ cong

+ Những chi tiết phẳng vă mỏng phải nhúng đứng, không được nhúng nằm ngang.+ Chi tiết hình ống khi nhúng phải đảm bảo trục vuông góc với mặt chất lỏng.Khắc phục: Tốc độ nguội sao cho thật đều Sau khi tôi phải ram ngay để khử ứngsuất bín trong

3.7.2 Ôxy hoâ vă thoât câc bon:

Khi nung kim loại ở nhiệt độ cao sẽ có sự tâc động hoâ học giữa bề mặt chi tiết vẵxi lăm cho bề mặt của thĩp bị ôxy hoâ vă thoât câc bon lăm độ cứng không đạt, lượng

dư gia công tiếp bị hụt, lăm xấu bề mặt của sản phẩm

Thoât câc bon lă hiện tượng câc bon ở lớp bề mặt thĩp bị giảm đi do hiện tượngchây Do vậy lăm cơ tính lớp bề mặt – phần quan trọng nhất của chi tiết bị giảm thấp

Nguyín nhđn: Do nung ở nhiệt độ cao, Fe vă C kết hợp với những thănh phần củamoi trường nung gđy ra hiện tượng ôxy hoâ vă thoât câc bon Câc khí O2 ; CO2 vă hơinước gđy tâc dụng ôxy hóa, khí CO2 vă hơi nước gđy tâc dụng thoât câc bon

Khắc phục:

+ Biện phâp hiệu quả nhất lă dùng khí bảo vệ phun văo buồng lò Khí năy chứa ítcâc khí gđy tâc dụng ôxy hoâ vă thoât câc bon như: N2, CO, H2, CH4

→ Biện phâp năy được dùng nhiều ở câc nước tiín tiến

+ Nung nóng đúng nhiệt độ quy định cũng hạn chế được dạng hư hỏng năy vìnhiệt độ căng cao ôxy hoâ vă thoât câc bon căng tăng

3.7.3 Độ cứng không đạt:

Đó lă hiện tượng thĩp tôi không đạt được độ cứng