Giáo trình vật liệu cơ khí

LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình “Vật liệu cơ khí” này được biên soạn dựa theo chương trình khung của Bộ Giáo dục và Đào tạo và được tác giả cụ thể hoá bằng chương trình chi tiết. Để đáp ứng nhu cầu về tài liệu học tập cho sinh viên và tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên khi giảng dạy môn học “Vật liệu cơ khí”. Tổ cơ sở khoa Cơ khí trường cao đẳng nghề Cơ Điện Phú Thọ đã biên soạn giáo trình “Vật liệu cơ khí”. Giáo trình được biên soạn theo chương trình khung Quốc gia trình độ Cao đẳng nghề. Nội dung của giáo trình nhằm trang bị những kiến thức cơ bản về vật liệu của ngành hàn cho học sinh hệ công nhân lành nghề và kỹ thuật viên trung cấp. Đồng thời, đây còn là tài liệu phục vụ cho việc bổ túc nâng bậc cho công nhân ở nhà máy, xí nghiệp. Nội dung gồm hai phần. Phần thứ nhất: Vật liệu kim loại và nhiệt luyện gồm: những tính chất chung của kim loại, gang, thép, kim loại màu và hợp kim màu, sự biến đổi tính chất của kim loại khi nhiệt luyện và các phương pháp nhiệt luyện. Phần thứ hai: Vật liệu phi kim loại gồm các tính chất và công dụng của những vật liệu phi kim loại thường dùng trong ngành chế tạo cơ khí như, chất dẻo, gỗ, vật liệu compozit. Trong quá trình biên soạn, tổ môn đã tham khảo nhiều tài liệu vật liệu cơ khí của các trường dạy nghề, giáo trình của trường đại học Bách khoa Hà Nội và nhiều tài liệu khác Chương 1: Lý thuyết về hợp kim Khái niệm về kim loại. Khái niệm về hợp kim. Chương 2: Gang Khái niệm về gang. Ảnh hưởng của các nguyên tố hóa học đến tính chất của gang Các loại gang thường dùng Chương 3: Thép. Thép các bon. Thép hợp kim. Chương 4: Kim loại màu và hợp kim màu. Nhôm và hợp kim nhôm. Đồng và hợp kim đồng. Hợp kim làm ổ trư¬ợt. Chương 5: Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện Nhiệt luyện. Hóa nhiệt luyện Chương 6: Vật liệu phi kim loại. Dầu, mỡ bôi trơn Chất dẻo Vật liệu Compozit

LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình “Vật liệu cơ khí” này được biên soạn dựa theo chương trình

khung của Bộ Giáo dục và Đào tạo và được tác giả cụ thể hoá bằng chương trìnhchi tiết

Để đáp ứng nhu cầu về tài liệu học tập cho sinh viên và tạo điều kiện

thuận lợi cho giáo viên khi giảng dạy môn học “Vật liệu cơ khí” Tổ cơ sở khoa

Cơ khí trường cao đẳng nghề Cơ Điện Phú Thọ đã biên soạn giáo trình “Vật liệu cơ khí” Giáo trình được biên soạn theo chương trình khung Quốc gia trình

độ Cao đẳng nghề Nội dung của giáo trình nhằm trang bị những kiến thức cơbản về vật liệu của ngành hàn cho học sinh hệ công nhân lành nghề và kỹ thuậtviên trung cấp Đồng thời, đây còn là tài liệu phục vụ cho việc bổ túc nâng bậccho công nhân ở nhà máy, xí nghiệp Nội dung gồm hai phần

Phần thứ nhất: Vật liệu kim loại và nhiệt luyện gồm: những tính chất

chung của kim loại, gang, thép, kim loại màu và hợp kim màu, sự biến đổi tínhchất của kim loại khi nhiệt luyện và các phương pháp nhiệt luyện

Phần thứ hai: Vật liệu phi kim loại gồm các tính chất và công dụng của

những vật liệu phi kim loại thường dùng trong ngành chế tạo cơ khí như, chấtdẻo, gỗ, vật liệu compozit

Trong quá trình biên soạn, tổ môn đã tham khảo nhiều tài liệu vật liệu cơkhí của các trường dạy nghề, giáo trình của trường đại học Bách khoa Hà Nội vànhiều tài liệu khác

2 Ảnh hưởng của các nguyên tố hóa học đến tính chất của

3 Vật liệu Compozit

CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC

Tên môn học: Vật liệu cơ khí

Mã môn học: MH13

Thời gian môn học: 45 giờ; (Lý thuyết: 29 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận,

bài tập: 13 giờ; Kiểm tra: 3 giờ)

+ Trình bày được đặc điểm, tính chất cơ lý, ký hiệu và phạm vi ứng dụng của

một số vật liệu thường dùng trong ngành cơ khí như: gang, thép cácbon, thép hợpkim, hợp kim cứng, kim loại màu, vật liệu phi kim loại,

+ Trình bày đầy đủ các ký hiệu và thành phần hoá học của các loại vật liệu:Thép các bon, thép hợp kim, gang, kim loại và hợp kim màu

+ Giải thích đúng các ký hiệu vật liệu ghi trên bản vẽ chi tiết

- Kỹ năng:

+ Nhận biết được vật liệu qua màu sắc, tỷ trọng, độ nhám mịn, âm thanh khi

gõ, đập búa, xem tia lửa khi mài

+ Lựa chọn đúng phương pháp và khoảng nhiệt độ nhiệt luyện cho các loại vậtliệu khác nhau

+ Lựa chọn và sử dụng được các thiết bị để đo cơ tính vật liệu

+ Chọn đúng vật liệu cho kết cấu khi biết yêu cầu sử dụng chúng trong thực tế

+ Tham gia học tập đầy đủ

III Nội dung môn học:

1 Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian:

Số

Thời gian(giờ)

Tổng số

Lý thuyết

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiể m tra

1 Chương 1: Lý thuyết về hợp

1 Khái niệm về kim loại

1.1 Định nghĩa kim loại

1.2 Tính chất của kim loại

1.3 Cấu tạo mạng tinh thể thường

4

Thời gian(giờ)

Tổng số

Lý thuyết

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiể m tra

2 Khái niệm về hợp kim

2.1 Định nghĩa hợp kim

2.2 Ưu điểm của hợp kim

2.3 Cấu tạo hợp kim

2.4 Giản đồ trạng thái hợp kim

2 Ảnh hưởng của các nguyên tố

hóa học đến tính chất của gang

3 Các loại gang thường dùng

1.3 Phân loại thép các bon

1.4 Ký hiệu các loại thép các bon

Thời gian(giờ)

Tổng số

Lý thuyết

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiể m tra

1.1 Khái niệm về nhiệt luyện

1.2 Các yếu tố đặc trưng cho

Thời gian(giờ)

Tổng số

Lý thuyết

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiể m tra

YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HOÀN THÀNH MÔN HỌC

1 Nội dung:

+ Kiến thức: Trình bày được đặc điểm, tính chất cơ lý, ký hiệu và phạm vi ứngdụng của một số vật liệu thường dùng trong ngành cơ khí như: gang, thép cácbon,thép hợp kim, hợp kim cứng, kim loại màu, ceramic, vật liệu phi kim loại, dung dịchtrơn nguội Giải thích được một số khái niệm về nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện.Nhận biết được vật liệu qua màu sắc, tỷ trọng, độ nhám mịn, âm thanh khi gõ, đậpbúa, xem tia lửa khi mài Xác định được tính chất, công dụng các loại vật liệu thườngdùng cho nghề

+ Kỹ năng: Đo được độ cứng HB, HRC Nhiệt luyện được một số dụng cụ củanghề như dao tiện thép gió, đục

+ Năng lực tự chủ trách nhiệm: Phải dự lớp trên 80% số giờ Tự giác, có tráchnhiệm trong học tập, có tinh thần hợp tác, giúp đỡ lẫn nhau

2 Phương pháp:

+ Dựa vào các bài kiểm tra thường xuyên (A):

+ Dựa vào các bài kiểm tra định kỳ (B):

Trung bình kiểm tra

n

B A TBKT (  *2)

n: tổng hệ số của các bài kiểm tra thường xuyên và kiểm tra định kỳ

+ Dựa vào bài thi kết thúc môn học cuối học kỳ (C):

C TBKT

Chương 1 Lý thuyết về hợp kim Thời gian: 9 giờ

1 Mục tiờu:

- Giải thớch được cỏc khỏi niệm về hợp kim

- Trỡnh bày được cấu trỳc mạng tinh thể của cỏc loại hợp kim khỏc nhau

- Giải thớch được giản đồ trạng thỏi hợp kim

- Rốn luyện tớnh tự giỏc, ý thức trong khi tham gia học tập

b u việt của hợp kim đối với ngành cơ khí

Hợp kim đợc sử dụng nhiều trong ngành cơ khí So với kim loại nguyên chất,

nó có tác dụng phù hợp với chế tạo cơ khí

- Cơ tính hợp kim phù hợp vật liệu chế tạo cơ khí: Đối với ngành cơ khí vật liệuchế tạo phải có độ bền cao, tuổi thọ sử dụng tốt, về mặt này hợp kim hơn hẳn kim loạingyên chất, độ cứng, độ bền cao hơn hẳn, trong khi đó độ dẻo dai vẫn đủ cao Còn kim loại nguyên chất tuy độ dẻo dai cao nhng độ bền thấp hơn, độ cứng kém hơn nên

bị mài mòn nhanh

- Tính công nghệ thích hợp: Kim loại nguyên chất có tính dẻo cao, dễ gia công

áp lực nhng khó đúc, gia công cắt kém và không hoá bền bằng nhiệt luyện Hợp kim

có tính công nghệ khác nhau và phù hợp với từng điều kiện gia công nh: Gia công áp lực ở trạng thái nóng và nguội, đúc, gia công cắt, nhiệt luyện đảm bảo cho chế tạo sản phẩm có năng suất cao

- Giá thành hạ hơn: Dễ chế tạo hơn do phải khử bỏ triệt để các tạp chất nh kim loại

1.2 Cấu trúc tinh thể hợp kim

Cấu tạo bên trong của hợp kim phụ thuộc chủ yếu vào tác dụng giữa các

nguyên tố cấu tạo nên chúng

Nói chung ở trạng thái lỏng các nguyên tố đều hoà tan lẫn nhau để tạo nên dung dịch lỏng Song khi làm nguội ở trạng thái rắn sẽ hình thành tổ chức pha* của hợp kim có thể rất khác nhau do tác dụng với nhau giữa các nguyên tố, nó sẽ có tổ chức pha nh sau:

* Hợp kim có tổ chức một pha (một kiểu mạng tinh thể)

- Khi các nguyên tố trong hợp kim tác dụng hoà tan ở trạng thái rắn gọi là dungdịch rắn

- Khi các nguyên tố trong hợp kim tác dụng hoá học ở trạng thái rắn gọi là hợpchất hoá học

* Hợp kim có tổ chức hai pha trở lên (2 kiểu mạng tinh thể)

- Khi giữa các pha trong hợp kim có tác dụng cơ học với nhau gọi là hỗn hợp cơhọc

Pha(*): Là tổ phần đồng nhất có tính chất giống nhau trong toàn bộ thể tích ở cùng trạng thái (lỏng, rắn phải có cùng một kiểu mạng tinh thể) và ngăn cách phần còn lại bằng bề mặt phân chia

Vậy kim loại nguyên chất khi ở trạng thái rắn không có tính thù hình thì chỉ có một kiểu mạng tinh thể nên có cấu tạo một pha Ví dụ Fe là một pha, Fe là một pha, Fe là một pha

a Dunh dịch đặc:

 Định nghĩa:

Khi hai hay nhiều nguyên tố hợp kim có khả năng hoà tan vào với nhau ở trạng thái rắn và tạo nên một thể đồng nhất có tính chất giống nhau trong toàn bộ thể tích của hợp kim

Quy ớc: Trong dung dịch rắn, nguyên tố có chứa lợng nhiều hơn gọi là nguyên

tố dung môi, nguyên tố còn lại là nguyên tố hoà tan Trong hệ hợp kim AB theo qui

-ớc ta có lý hiệu dung dịch rắn: A(B) tức là B hoà tan trong A với thành phần có hạn hoặc vô hạn Nếu nguyên tố dung môi A có tính thù hình:  ,  thì ta có dung dịch rắn đợc ký hiệu A (B), A (B)… hoặc ký hiệu bằng chữ hoặc ký hiệu bằng chữ  ,  … hoặc ký hiệu bằng chữ

 Ngời ta chia dung dịch đặc thành hai loại là: Dung dịch đặc thay thế và dung dịch đặc xen kẽ:

+ Dung dịch đặc thay thế: trong dung dịch đặc thay thế, ví dụ của đồng và niken, nguyên tử niken đẩy một số nguyên tử của đồng ra khỏi nút mạng tinh thể và thay thế vào vị trí ấy

+ Dung dịch đặc xen kẽ: Trong dung dịch đặc xen kẽ, nguyên tử của các nguyên tố hòa tan, ví dụ: Cácbon, bo, ôxy, vv… hoặc ký hiệu bằng chữ nằm xen kẽ vào các lỗ hổng giữa các nút mạng tinh thể của nguyên tố kim loại cơ bản (dung môi)

Hình 1.1 - Sơ đồ tạo thành dung dịch rắn thay thế và xen kẽ

Quy ớc: Nếu ta có hợp kim A-B, khi B có thành phần hoá học nhất định có tínhchất điện hoá khác với A sẽ tác dụng hoá học với A để tạo thành hợp chất hoá học đ-

ợc kí hiệu theo công thức hoá học AmBn

 Cấu tạo:

Hợp kim có một pha ứng với một hợp chất hoá học vì có một kiểu mạng tinh thể

nhng khác với kiểu mạng tinh thể của nguyên tố thành phần tạo nên nó

Ví dụ: Hệ hợp kim sắt Fe-C khi nguyên tố C= 6,67% thì tác dụng với nguyên

tố Fe để tạo thành hợp chất hoá học Fe3C có cấu tạo một pha vì có một kiểu mạng tinhthể trực phoi phức tạp (không giống kiểu mạng của Fe và C)

ký hiệu giữa các pha tác dụng cơ học bằng dấu (+).

 Cơ tính hỗn hợp cơ học nói chung phụ thuộc vào cơ tính của các pha tạo

thành

Muốn đánh giá cơ tính của hỗn hợp cơ học nào đó trong hợp kim có thành phầnhoá học xác định tại nhiệt độ nhất định phải căn cứ vào tỷ lệ cấu tạo và cơ tính của pha tạo thành

1 Mục tiờu:

- Trỡnh bày được khỏi niệm, ký hiệu của gang

- Phõn biệt được cỏc loại gang dựng trong chế tạo mỏy

- Rốn luyện tớnh tự giỏc, ý thức trong khi tham gia học tập

2.1 khái niệm về giản đồ trạng thái

2.1.1 Định nghĩa

Là biểu đồ biểu thị trạng thái tổ chức của hệ hợp kim đã cho trên hệ trục nhiệt

độ và thành phần hoá học.m,kịy

2.1.2 Công dụng giản đồ trạng thái của hệ hợp kim đã cho

- Cho biết cấu tạo bên trong của hợp kim với thành phần xác định khác nhau thông qua giản đồ trạng thái này để biết đợc cơ tính của chúng, do đóbiết cách sử dụng hợp ký vật liệu làm bằng hợp kim đó

- Qua giản đồ trạng thái xác định đợc chế độ nhiệt cho các công nghệ: Luyện kim và đúc (xác định tºnc), rèn (xác định tº bắt đầu và kết thúc khi gia công), nhiệt luyện (xác định các tº của từng phơng pháp nhiệt luyện), hàn (tº hàn) của hợp kim có thành phần xác định

2.1.3 Ví dụ

a Giản đồ hệ một nguyên tố Fe

Khi ta có hệ hợp kim Fe- nguyên tố khác Nếu nguyên tố hợp kim hoá là 0% thìgiản đồ chỉ biểu diễn trên một hệ trục tung là nhiệt độ (vì tại trục hoành, thành phần hoá học là một điểm ứng với 100% là Fe và 0% là nguyên tố khác) chính là sơ đồ thù hình của Fe biểu diễn trên hình 2 Qua đó có thể biết đợc trạng thái của Fe và các loại cấu tạo khác nhau của Fe ở trạng thái rắn ở các khoảng nhiệt độ khác nhau là Fe (1 pha), Fe (1 pha), Fe (1 pha), Fe lỏng ( 1 pha)

b Giản đồ trạng thái hệ hai nguyên tố Cu- Ni

Khi ta có hệ hợp kim Cu-Ni biểu diễn trên hệ trục nhiệt độ và thành phần hoá học của Niken thay đổi từ 0%100% (biểu diễn trên hình 3) cho biết trên đó ký hiệu của các vùng tổ chức  , L,  +L

Hình 2.1 - Giản đồ trạng thái hệ hợp kim Cu-NiL: Dung dịch lỏng Cu và Ni (1pha).

 : Dung dịch rắn của niken hoà tan trong đồng Cu (Ni) (1 pha)

 +L: Hợp kim ở hai trạng thái: rắn  và lỏng L (2 pha)

Căn cứ giản đồ hệ hợp kim Cu-Ni biết đợc cấu tạo bên trong của nó, từ đó có thể:

- Xét cấu tạo của hợp kim Cu-Ni khi Ni= 20% nung đến nhiệt độ 1500ºC

Từ nhiệt độ thờng đến nhiệt độ t1 hợp kim có cấu tạo là dung dịch rắn 

Từ nhiệt độ t1 đến nhiệt độ t2 cấu tạo hợp là  +L

Nhiệt độ t2>1500ºC cấu tạo hợp kim hoàn toàn ở trạng thái lỏng là L

- Phân tích quá trình nung nóng của hợp kim trên nh sau: Tại nhiệt độ thờng hợpkim có cấu tạo dung dịch rắn  , khi nung nóng hợp kim vẫn có cấu tạo trên tới khi nung đến nhiệt độ t1, tại đây pha dung dịch rắn bắt đầu tiết ra pha lỏng L, do đó nung hợp kim ở nhiệt độ cao hơn t1 cấu tạo của nó gồm hai pha  +L, nung tiếp hợp kim vẫn

là  +L tới khi đạt nhiệt độ t2, tai đây pha rắn  hoà tan hết vào pha lỏng L, vì vậy nung cao hơn nhiệt độ t2 hợp kim cấu tạo hoàn toàn ở trạng thái lỏng L

- Xác định nhiệt độ cho công nghệ đúc để tạo hình sản phẩm phải ở trạng thái lỏng có nhiệt độ lớn hơn t2

- Đây là vật liệu rất dễ gia công biến dạng bằng phơng pháp gia công áp lực (cán, kéo, ép…) do cấu tạo của nó là dung dịch rắn  có cơ tính mền và dẻo.

c Kết luận

ứng dụng giản đồ trạng thái nhờ nó ta có thể biết cấu tạo bên trong của hệ hợp kim hoặc hợp kim có thành phần xác định từ đó suy ra tính chất để biết sử dụng nó một cách hợp lý và hiệu quả

2.2 Giản đồ trạng thái Fe- Fe 3 C (Fe-C) (*)

(*) Giản đồ trạng thái Fe- Fe3C của hệ hợp kim Fe-C đợc biểu diễn trên trục tung là nhiệt độ ºC và trục hoành là thành phần cácbon %C thay đổi trong Fe đến phạm

vi tối đa là Cmax=6,67%, tại đây C tác dụng hoá học với Fe để tạo thành hợp chất Fe3C

đồng thời cần hiểu: tại điểm 0%C có 100% Fe đợc ký hiệu Fe, tại 6,67% C có 100%

Fe3C đợc ký hiệu Fe3C

Muốn biết cấu tạo bên trong và tính chất của hệ hợp kim Fe-C phải sử dụng giản

đồ trạng thái Fe- Fe3C, vậy ta lần lợt tìm hiểu các kiến thức trên giản đồ đã cho

2.2.1 Giới thiệu giản đồ trạng thái Fe- Fe 3 C (Fe-C)

Giản đồ trạng thái Fe- Fe3C trình bày ở hình 4 với các ký hiệu A, B…(tºC-%C)

đã đợc quốc tế hoá nh sau: Sắp xếp các điểm ký hiệu theo thứ tự thành phần %C tăng

Hình 2.2 - Giản đồ trạng thái Fe- Fe3C của hệ hợp kim Fe-CA(1539-0), N(1392-0), G(911-0), Q(0-0,006), P(727-0,02), H(1499-0,1),

J(1499-0,16), B(1499-0,5), S(727-0,8), E(1147-2,14), C(1147-4,3), D(1250-6,67), F(1147-6,67), K(727-6,67), L(0-6,67)

Cấu tạo của hệ hợp kim Fe-C ở trạng thái hoàn toàn lỏng đợc xác định trên đờngnối các điểm ABCD

Cấu tạo của hệ hợp kim Fe-C ở trạng thái rắn đợc xác định dới đờng nối các

điểm AHJECF có đủ ba dạng cấu tạo gồm các loại dung dịch rắn, hợp chất hoá học

đ-ợc tao thành (bởi hai nguyên tố Fe và C) và hỗn hợp cơ học của nó

2.2.1.1 Các tổ chức pha của hệ hợp kim Fe-C trên giản đồ Fe- Fe 3 C

Hình 2.3 - Giản đồ trạng thái Fe- Fe3C của hợp kim Fe-C

Hệ hợp kim Fe-C (khi C thay đổi từ 06,67%) trên giản đồ có những tổ chức pha nh sau:

 Pha Ferit ( chữ Latinhferrum: Sắt) là dung dịch rắn của cácbon hoà tan trong

Fe , Fe (C) ký hiệu trên giản đồ là  hoặc Fe có lợng C hoà tan tối đa 0,006%C ở

tº thờng là điểm Q và 0,02%C ở tº=727ºC là điểm P, nên đờng PQ là đờng giới hạn hoà tan của C trong Fe , có thể coi  là Fe vì lợng C hoà tan quá nhỏ ( Xem ảnh hình

Hình 2.4 Tổ chức tế vi của ferit (hình a) và austenit (hình b)

 Pha  : Là dung dịch rắn của cácbon hoà tan trong Fe Fe (C) ký hiệu trên giản đồ là 

Cơ tính chung của các dung dịch rắn trên đều có độ cứng độ bền thấp, độ dẻo, độ dai cao Cơ tính riêng của chúng cụ thể: Độ cứng pha  là 80100 HB, độ cứng pha

 là 180 200HB Nếu kích thớc hạt tinh thể của các pha càng nhỏ thì độ dẻo càng giảm, độ cứng độ bền càng cao.

+ Hợp chất hoá học:

Pha xêmntit là hợp chất hoá học của Fe tác dụng hoá học với C khi C=6,67% có công thức hoá học Fe3C với kiểu mạng tinh thể trực phoi phức tạp ký hiệu trên giản đồ trạng thái là Xe hoặc Fe3C (ở trạng thái hoàn toàn rắn đợc xác định tại đờng thẳng nối các điểm LKF) có cơ tính rất cao  700HB và rất giòn Ngoài ra cơ tính của Xe còn phụ thuộc vào kích thớc và hình dạng của nó, cụ thể kích thớc tinh thể càng nhỏ thì Xecàng đỡ giòn, trên giản đồ Xei có kích thớc tấm thô lớn, XeII có kích thớc nhỏ hơn Nếu ký hiệu Xet có hình dạng tấm, Xeh có hình dạng hạt Dạng hạt có độ dẻo độ dai cao (đỡ giòn) hơn dạng tấm

+ Khi C=0,8% có hỗn hợp cơ học cùng tích gọi là Peclit gồm hai pha (α+ Xe)

đợc hình thành từ dung dịch  tại tº=727°C, ký hiệu trên giản đồ là chữ P

Cấu tạo hỗn hợp cơ học cùng tích P: Có thành phần cấu tạo là 88% +12%Xe nên cơ tính có độ cứng vẫn thấp khoảng 200220HB, độ dẻo độ dai cao

Gọi C=0,8% là thành phần cacbon cùng tích vì hợp kim này có tổ chức cùng tích P

+ Khi C=4,3% có hỗn hợp cơ học cùng tinh Lêđêburit gồm hai pha đợc hình thành từ dung dịch lỏng L tại tº=1147°C ký hiệu trên giản đồ là Lê

Khi tº >7271127°C, Lê gồm (+ Xe)

Khi tº < 727°C, Lê gồm (P+ Xe) tức là tổ chức có hai pha (α+ Xe)

 Cấu tạo: Lê ở tº< 727 C đến nhiệt độ th°C đến nhiệt độ th ờng tại C=4,3% có thành phần cácpha là 36% +64%Xe vì thế cơ tính của Lê với thành phần cấu tạo trên có cơ tính rất cao khoảng 600HB

Gọi C=4,3% là thành phần cacbon cùng tinh

Hình 2.5 – Cờu tạo pha của hệ hợp kim Fe-C khi nhiệt độ <727°C

2.2.1.2 Phân loại hợp kim Fe-C theo giản đồ trạng thái Fe-C

 Nếu phân loại hợp kim Fe-C dựa vào %C (=2,14%) thì ta có hai loại:

+ Thép: Khi %C<2,14%

+ Gang: Khi %C>2,14%

 Nếu căn cứ vào tổ chức của nó ở trong giản đồ trang thái thì ngoài thành phầ

%C (2,14%) làm mốc còn dựa vào tổ chức tơng ứng ta có hai loại: Thép và gang trắng

a Thép

 Thép là hợp kim của Fe-C trong đó %C<2,14%

 Phân loại: Phân loại thép theo tổ chức trên giản đồ trạng thái có 3 loại

+ Thép trớc 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%

b Gang trắng

 Gang trắng là hợp kim của Fe-C có %C>2,14% có tổ chức tơng ứng trên giản

đồ trạng thái Fe- Fe3C

 Phân loại: Phân loại gang trắng theo tổ chức giản đồ trạng thái có ba loại:

+ Gang trắng trớc 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%

2.3 Khái niệm về gang

2.3.1 Thành phần hóa học và tính chất chung của gang:

 Thành phần hóa học:

Gang là hợp kim của sắt ( Fe) và các bon (C), trong đó thành phần các bon chiếm từ 2,14 đến 6,67 %, ngoài ra còn các thành phần nguyên tố khác nh: Mn, Si, P,

S Các tạp chất này có ảnh hởng nhất định đến tính chất của gang

 Tính chất chung của gang:

- Gang có cơ tính tổng hợp thấp hơn thép nh độ bền thấp, độ giòn cao, nhất là

đối với gang trắng

- Gang có tính đúc tốt, gia công cắt gọt dễ hơn thép vì gang có u điểm nhiệt độ nóng chảy thấp, tính chảy loãng cao nên dễ đúc, gang giòn nên phôi dễ gãy vụn vì vậy

dễ gia công cắt gọt

 ảnh hởng của các nguyên tố đến tính chất của gang

* Cacsbon(C ): Lợng các bon càng nhiều thì khả năng graphit hóa càng mạnh tạo cho gang dễ đúc, dễ gia công cắt gọt song lợng C càng nhiều thì graphit càng nhiều, cơ tính càng kém Do đó ngày nay xu hớng dùng gang với lợng các bon càng ítthì càng tốt Lợng C trong gang xám đúc nằm trong khoảng 2,8 đến 3,5 % là tốt nhất

* Silic(Si): Si là nguyên tố thúc đẩy quá trình tạo graphit trong gang Do đó thành phần Si có trong gang xám từ 1 đến 4,25% Si làm tăng tính chảy loãng và giảmnhiệt độ nóng chảy cho gang, làm tăng tính chịu mài mòn và tính chống ăn mòn cho gang

* Mangan(Mn): Mn là nguyên tố cản trở quá trình tạo thành graphit trong gang, do đó mangan có trong gang trắng từ 2 đến 2,5 % còn Mn có trong gang xám từ0,5 đến 1,3% Mn làm tăng tính chịu mài mòn và tăng độ bền của gang Mn có tác dụng khử lu huỳnh là tạp chất có hại trong gang

* Phốt pho(P): P là nguyên tố có hại trong gang, làm giảm đi độ bền, tăng độ giòn của gang Tuy nhiên P có tác dụng làm tăng tính chảy loãng cho gang nên dễ

Là hợp kim Fe-C trong đó cácbon có thành phần lớn hơn 2,14% và các tạp chất

Mn, Si, P, S (do điều kiện luyện kim) Tổ chức của gang tơng ứng với giản đồ trạng thái Fe- Fe3C

Nhóm gang trắng về mặt tổ chức chia làm 3 loại:

- Gang trắng trớc cùng tinh %C<4,3%

- Gang trắng cùng tinh %C= 4,3%

- Gang trắng sau cùng tinh %C>4,3%

b Gang Grafit

Là hợp kim Fe-C trong đó cácbon có thành phần lớn hơn 2,14% và các tạp chất

Mn, Si, P, S (do điều kiện luyện kim) Tổ chức của gang phần lớn cácbon ở dạng tự doGrafit, rất ít hoặc không có Fe3C

Nhóm gang Grafit về mặt tổ chức cũng chia làm 3 loại: Dự vào hình dạng Grafit (Gr) trong gang ta có:

- Gang xám: Gr dạng tấm là dạng tự nhiên của gang Grafit

- Gang cầu: Gr dạng cầu là dạng đã đợc cầu hoá khi đúc.

- Gang dẻo: Gr dạng cụm bông đã đợc ủ” Grafit hoá” từ gang trắng

Chú ý:

- Cácbon ở dạng tự do Grafit là một pha có mạng tinh thể lục giác xếp lớn do vậy cơ tính của nó có độ cứng rất thấp, rất giòn, độ bền rất thấp Vì vậy ngời ta coi Grafit trong gang nh những vết rỗng hoặc vết nứt

- Nền cơ bản của gang là các tổ chức tơng đơng với tổ chức thép: α, α+P, P

2.3.3 Cơ tính, tính công nghệ các loại gang

a Gang trắng

Căn cứ vào tổ chức gang trắng ( nhiều pha Fe3C) nên ta biết cơ tính của nó rất cứng và giòn Vì vậy gang trắng không gia công cắt gọt đợc do đó nó ít dùng trong ngành cơ khí, nếu dùng chỉ dùng trong trờng hợp đúc ra sane phẩm và đem sử dụng ngay (không qua gia công cắt gọt) Ví dụ: Lỡi mép cày hoặc lô nghiền đá hoặc cán kim loại

Phần lớn gang trắng dùng để luyện thành thép, phần còn lại dùng để ủ thành gang dẻo

b Gang Grafit

Căn cứ vào tổ chức gang Grafit do đó có Grafit là pha rất mền nhng rất giòn,

đặc biệt độ bền rất thấp nên Gr trong gang ngời ta coi nh vết rỗng và vết nứt, tuy vậy

nó làm gang rất giòn và mền nên dễ gia công cắt gọt Hơn nữa tính đúc rất tốt vì thế gang Grafit đợc dùng rộng rãI trong ngành cơ khí

2.4 Các loại gang dùng trong ngành cơ khí

Nhóm gang Grafit đợc dùng chủ yếu trong ngành cơ khí Vậy các loại gang dùng trong cơ khí là các loại gang Grafit: Gang xám, gang cầu, gang dẻo

Tuy vậy khi chọn sản phẩm chế tạo bằng vật liệu gang xám phảI căn cứvào cơ tính của nó để thoả mãn 3 điều kiện sử dụng sau:

- Làm việc trong điều kiện ít chịu kéo

- Làm việc trong điều kiện ít chịu va đập.

- Làm việc trong điều kiện chịu nén

d Ký hiệu

- Tiêu chuẩn Việt nam ký hiệu gang xám bằng hai chữ GX và hai số tiếp theo chỉ giới hạn bền kéo và giới hạn bền uốn, đơn vị KG/mm2.б

GX15-32: GX là gang xám, бk= 15KG/mm2= 150 Mpa, бu= 32KG/mm2= 320 MPa

- Tiêu chuẩn liên xô cũ (Theo ΓOCT 1412- 79) Gang xám đợc ký hiệu bao gồm chữ CЧ và con số chỉ giới hạn bền kéo, đơn vị KG/mm2, có các mác: CЧ25, CЧ30, CЧ35, CЧ45

- Tiêu chuẩn Đức DIN 1691-985 ký hiệu gang xám GG con số chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu, đơn vị KG/mm2

Các chi tiết máy làm bằng gang cầu có thể làm việc bền vững ở nhiệt độ tới

400 C, trong đó gang xám chỉ có thể làm việc ở nhiệt độ d°C đến nhiệt độ th ới 250°C Độ cứng và độ bền của gang cầu có thể tăng cao hơn nữa nếu nhiệt luyện nó

Vì vậy, khi chế tạo sản phẩm làm bằng gang cầu phải căn cứ vào tính công nghệ và cơ tính của nó sao cho thoả mãn 3 điều kiện sử dụng sau:

- Làm việc trong điều kiện chịu kéo

- Làm việc trong điều kiện chịu va đập

- PhảI có hình dáng sản phẩm phức tạp (lợi dụng tính đúc tốt của gang)

d Ký hiệu:

- Tiêu chuẩn Việt nam ký hiệu gang cầu bằng hai chữ GC và hai số tiếp theo chỉ giới hạn bền kéo, đơn vị KG/mm2 và độ dãn dài, đơn vị %

Ví dụ: GC60-12: GC là gang cầu, бb= 60KG/mm2= 600 Mpa, δ=12%

- Tiêu chuẩn liên xô cũ (Theo ΓOCT 7293-85) Gang cầu ký hiệu BЧ con số tiếp theo chỉ giới hạn bền kéo, đơn vị KG/mm2, có các mác:

trắng sẽ phân hoá thành Grafit có dạng hạt nhỏ, sau đó cho nguội chậm sẽ đợc gang rèn Thành phần hoá học của chúng nằm trong giới hạn C = 2,4  2,9 %; Si = 1,0  1,6 %; Mn=0,2  1,0%; P <0,18 %; S < 0,2 %.

b Tính chất

So với gang xám, gang dẻo có độ bền, độ dẻo và độ dai cao hơn Thành phần cácbon trong gang dẻo thấp nên lợng grafit của nó thấp và hơn nữa grafit lại tập trung từng cụm nên ảnh hởng xấu của nó đến cơ tính rất ít

c Công dụng

Gang dẻo đợc sử dụng nhiều trong công nghiệp ô tô, máy kéo, máy móc nông nghiệp dùng cho các chi tiết chịu tải trọng lớn, hình dạng phức tạp Trong trờng hợp các chi tiết có hình dạng và cấu tạo không thể đúc bằng thép đợc thì ngời ta có thể

đúc bằng gang dẻo Tuy nhiên giá thành chế tạo gang dẻo khá cao so với gang xám

Chế tạo các sản phẩm thoả mãn điều kiện sau:

- Chịu va đập và chịu kéo

- Hình dáng phức tạp (lợi dụng tính đúc tốt của gang)

- Tiết diện thành vật đúc mỏng (thờng là 20 30mm, dày nhất là 40 50mm)

để đảm bảo chất lợng chế tạo

d Ký hiệu

- Tiêu chuẩn Việt nam ký hiệu gang dẻo bằng hai chữ GZ và hai số tiếp theo chỉ giới hạn bền kéo, đơn vị KG/mm2 và độ dãn dài, đơn vị %

Ví dụ: GZ33-8: GC là gang cầu, бb= 33KG/mm2= 330 Mpa, δ=8%

- Tiêu chuẩn liên xô cũ (Theo ΓOCT 1215-79) Gang dẻo ký hiệu KЧ và 2 con

số, con số trớc chỉ độ bền kéo, đơn vị KG/mm2, con số sau chỉ độ giãn dài tơng đối

Thành phần hóa hóc của gang biến tính giống nh gang xám, chỉ khác là trớc khi rót gang lỏng vào khuôn, ta cho thêm một lợng nhỏ chất biến tính nh fero silic canxi, hoặc fero silic Các chất này tạo nên trung tâm kết tinh grafit hoá, do đó các phiến grafit càng nhỏ

b Tính chất

So với gang xám, gang biến tính có những tính chất tốt hơn nh:

- Độ bền, độ dẻo dai cao hơn

- Kết cấu vật đúc đồng đều và nhỏ hạt hơn gang xám

Ví dụ M CЧ32-52: M CЧ là gang biến tính, бk= 32KG/mm2= 320 Mpa, бu= 52KG/mm2= 520 Mpa

Chương 3 Thộp Thời gian: 10 giờ

3.1 Giới thiệu chung về thép

3.1.1 Khái niệm và tính chất chung của thép.

a) Khái niệm:

Thép là hợp kim của sắt và các bon Thành phần cácbon trong thép không quá 2,14%, ngoái ra trong thép còn chứa các nguyên tố khác nh mângn, silic, phốtpho, lu huỳnh và các nguyên tố khác tuý theo phơng pháp sản xuất và công dụng Thép thờng

đợc luyện ra từ gang So với gang, thép có ít cácbon và các tạp chất có hại Vì vậy quátrình luyện từ gang ra thép gọi là qua trình khử bớt cácbon và các tạp chất có hại tronggang

b) Tính chất chung:

Tính chất của thép có thể thay đổi rất nhiều và trong phạm vi rộng tuỳ theo thành phần hoá học và nhiệt luyện Tính chất của thép còn phụ thuộc vào các quá trình gia công và dụng cụ cắt

Thép có độ bền cao, chịu kéo, nén, uốn, xoắn, va đập tốt

Thép có độ dẻo và độ cứng cao, có thể nhiệt luyện để nâng cao cơ tính.

Giới hạn bền của thép đạt cao nhất ứng với thành phần cácbon khoảng 0,8

1% Bởi vậy ngời ta không dùng thép cácbon với thành phần cácbon quá 1,4% vì nh thế thép sẽ quá giòn

* ảnh hởng của mangan:

Mangan đợc cho vào thép dới dạng feromangan để khử ôxy ( loại trừ ôxit sắt cóhại) Mangan còn loại trừ FeS có hại đối với thép Mangan làm tăng độ bền, độ cứng, tăng khả năng chịu mài mòn cho thép, mangan còn có tác tác dụng khử lu huỳnh là nguyên tố có hại cho thép Nừu hàm lợng nhỏ hơn 1% thì ảnh hởng không nhiều đến tính chất chung của thép

Có trờng hợp phốt pho lại có lợi, khi ta dùng trong thép để tăng độ giòn, dễ gia công cắt gọt trên các máy tự động

* ảnh hởng của Crôm:

Crôm làm cho thép tăng độ cứng, độ bền, phần nào làm giảm độ dẻo dai Crôm còm có tác dụng giúp cho thép chống ăn mòn và chịu nhệt tốt Với hàm lợng Crôm lớn hơn 1% thì ảnh hởng tới tính chất chung của thép mới đáng kể

* ảnh hởng của Niken:

Niken làm cho thép tăng độ dẻo dai, độ bền, và khả năng chịu va chạm Niken còn có tác dụng giúp cho thép chống ăn mòn và có ảnh hởng tới độ giãn dài Với hàm lợng Niken lớn hơn 1% thì ảnh hởng tới tính chất chung của thép mới đáng kể

* ảnh hởng của vônfram:

Vônfram làm cho thép tăng độ cứng, độ bền, tăng khả năng chịu nhiệt và chống

ôxy hoá ở nhiệt độ cao Vônfram còn có tác dụng giúp cho thép chống ăn mòn và chịu nhiệt tốt Với hàm lợng Crôm lớn hơn 1% thì ảnh hởng tới tính chất chung của thép mới đáng kể

* ảnh hởng của Vanađi:

Vanađi làm cho thép có hạt nhỏ mịn do đó làm tăng độ bền, độ cứng và va đập cho thép

* ảnh hởng của Môlípđen:

Môlípđen làm tăng tính đàn hồi, tăng giới hạn bền kéo cho thép Môlípđen còn làm tăng tính chịu nhiệt, tính chống ăn mòn và tính chống ôxy hoá ở nhiệt độ cao cho thép

* ảnh hởng của Cô ban:

Cô ban làm tăng tính chịu nhiệt, tăng từ tính và sức chịu va chạm cho thép

b) ảnh hởng của chế độ nhiệt luyện:

Nhiệt luyện nhằm mục đích làm thay đổi tổ chức cấu tạo của kim loại và do đó làm thay đổi cả tính chất cơ, lý, hoá của kim loại

Sau nhiêt luyện, kim loại và hơp kim có cơ tính rất cao

Ví dụ: Thép cán có 0,8% cácbon, độ cứng 160HB, nhng sau khi nhiệt luyện tăng lên tới 600HB Nhờ nhiệt luyện tính chống mài mòn của chi tiết máy tăng lên rất nhiều

Ví dụ: ống lót xi lanh và séc măng của động cơ đốt trong, nếu không nhiêt luyện thì không làm việc đợc, nhng nếu đợc nhiệt luyện tốt thì tuổi thọ tăng thêm hàng ngàn giờ

Qua đó ta thấy rằng nhiệt luyện có tác dụng quyết định nhất để nâng cao cơ, lý tính của kim loại và hợp kim

3.2 các loại thép thờng dùng

3.2.1 Thép các bon

Thép cácbon là thép mà trong đó hàm lợng các nguyên tố kim loại thành phần (nguyên tố hơp kim ) nhỏ, do đó ảnh hởng của các nguyên tố hợp kim tới tính chất chung của thép là không đáng kể

Trong thép cácbon có ảnh hởng nhiều nhất tới tính chất của thép

Tuỳ theo hàm lợng cácbon trong thép mà ngời ta chia thép làm hai loại: Thép cácbon kết cấu và thép cácbon dụng cu

a) Thép các bon kết cấu:

Khoảng 80% số lợng thép sử dụng trong công nghiệp chế tao máy là thép cácbon kết cấu, có độ bền tốt và có tính kinh tế cao Thép cácbon kết cấu có loại chất lợng thờng và chất lợng tốt

* Thép cácbon kết cấu chất lợng thờng:

Tiêu chuẩn Việt Nam, thép các bon kết cấu chất lợng thờng nhóm A đợc ký hiệu bằng hai chữ CT và con số chỉ giới hạn bền, đơn vị KG/mm2

Ví dụ CT31: CT là thép cácbon kết cấu chất lợng thờng nhóm A,  b=

* Thép cácbon kết cấu chất lợng tốt

Thép cácbon kết cấu chất lợng tốt có các cơ tính cao hơn so với thép cácbon kếtcấu chất lợng thờng vì nó chứa ít P, S và ít tạp chất không kim loại chúng đợc sản xuất dưới dạng bán thành phẩm đã qua cán, rèn, dập

TCVN 1766-75 qui định các mác và yêu cầu kỹ thuật cho thép cácbon kết cấu chất lợng tốt ( P, S  0,04% ) với hai nhóm:

+ Nhóm 1 với hàm lợng Mangan thờng gồm các mác: C5s, C8s, C8, C10, C15s,C15, C20s, C20, C25, C30, C35, C40, C45, C50, C55, C60, C65, C70 C80, C85

+ Nhóm 2 với hàm lợng Mangan nâng cao (0,71% hoặc 0,91,2%) gồm các mác: C15Mn, C20Mn, C25Mn, C30Mn, C35Mn, C40Mn, C45Mn, C50Mn, C60Mn, C65Mn, C70Mn

Giải thích ký hiệu: Chữ C chỉ loại thép cácbon chất lợng tốt, các số tiếp theo chỉ lợng cácbon tính theo phần vạn chữ “s” để chỉ thép sôi, không ký hiệu chữ đằng sau là thép là thép lặng, chữ Mn chỉ lợng Mangan nâng cao

Theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ ( OCT 1050- 74) ký hiệu thép chất lợng tốt bằnghai con số

Ví dụ: Thép 05, 08, 10…

Thép C40, C45 đợc sử dụng rộng rãi nhất, thờng qua tôi và ran Thép này dùng làm trục khuỷu, thanh truyền, cần gạt, các loại trục truyền…tuy nhiên tính han của các loại thép này kém

Các thép C55, C60, C65, C70 chứa nhiều cácbon, sử dụng để chế tạo trục cán,

lỗ, pit tông…

b) Thép cácbon dụng cụ:

Thép cácbon dụng cụ là loại thép sản xuất riêng để chế tạo dụng cụ cắt gọt kim loại, dụng cụ đo và các khuôn dập Loại thép này có hàm lợng cácbon cao từ 0,7%

1,3%), hàm lợng các tạp chất có hại rất ít: P 0,03%, S 0,03%

Thép để chế tạo dụng cụ ( dao cắt gọt kim loại, mũi khoan, ta rô, bàn ren…) cần có độ cứng (HRC 62) và độ chịu mài mòn cao Khi gia công cắt gọt kim loại,

do một phần năng lợng cắt gọt chuyển thành nhiệt nên mũi dao phải chịu nhiệt độ cao, do đó phải có độ cứng cao ngay cả ở điều kiện nhiệt độ cao, tức là mũi dao phải

có tính bền nhiệt

Điều kiện làm việc của dụng cụ đo ( calíp, thớc cặp, pan me, dỡng… hoặc ký hiệu bằng chữ ) không phải chịu lực lớn nh dụng cụ cắt mà dụng cụ đo phải ít biến dạng khi luyện và giữ nguyên đợc kích thớc ban đầu

Các thép làm khuôn rèn dập phải có độ cứng và độ dẻo dai cao

TCVN 1822-76, ký hiệu thép cácbon dụng cụ bằng hai chữ CD, các số tiếp theo chỉ lợng cácbon tính theo phần vạn Các mác: CD70, CD80, CD90, CD100, CD110, CD120, CD130 là loại có chất lợng tốt, với các mác: CD70A, CD80A,

CD90A, CD100A, CD110A, CD120A, CD130A là loại có chất lợng cao với P, S 0,03% Chữ A biểu thị loại thép có chất lợng cao, tức là ít S và P.

Theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ ( OCT 1435- 74) ký hiệu thép cácbon dụng cụ bằng chữ Y và các chữ số chỉ hàm lợng phần nghìn cácbon trung bình

Loại chất lợng tốt có mác: Y7, Y8… hoặc ký hiệu bằng chữ Y13 và loại chất lợng cao có các mác: Y7A, Y8A… hoặc ký hiệu bằng chữ Y13A

Thép cácbon dụng cụ sau khi nhiệt luyện và ram đạt độ cứng HRC= 6063

nh-ng độ cứnh-ng này giảm đi ở nhiệt độ 200250°C Do đó thép cácbon dụng cụ dùng để chế tạo các dụng cụ cắt làm việc ở tốc độ cắt thấp V 10m/phút

c u khuyết điểm của thép cacbon

* u điểm:

Thép cacbon đợc dùng rộng rãi trong kỹ thuật và trong chế tạo máy vì hai u

điểm cơ bản sau:

- Rẻ, dễ kiếm không phải dùng nguyên tố hợp kim đắt tiền, dễ luyện

- Có cơ tính nhất định và tính công nghệ tốt, dễ đúc, cán, rèn, kéo sợi, hàn, gia công cắt hơn thép hợp kim

* Nhợc điểm

Những nhợc điểm chính là:

- Độ thấm tôi thấp nên hiệu quả hoá bền khi nhệt luyện tôi+ ram không cao,

đặc biệt đối với tiết diện lớn

- Tính chịu nhiệt độ cao kém: Khi nung nóng độ bền đạt đợc sau khi tôi giảm đinhanh chóng, do mactenxit bị phân hoá ở trên 200°C, ở nhiệt độ trên 570°C thép cacbon bị ôxy hoá mạnh

- Không có các tính chất vật lý và hóa học, đặc biệt nh: cứng nóng, chống ăn mòn

Do đó trong thực tế, thép cacbon đợc dùng làm các chi tiết nhỏ, chịu tải trọng vừa phải, làm việc ở nhiệt độ thờng

3.2.2 Thép hợp kim

a Giới thiệu chung về thép hợp kim:

* Nhợc điểm của thép cácbon:

+ Độ sâu thấm tôi ít (khoảng 10m), do đó không thể dùng để chế tạo các vật lớn có yêu cầu cơ tính cao trong cả tiết diện của vật

+ Tôi thép trong môi trờng làm nguội nhanh do đó dễ gây nứt nhất là những chitiết có hình dạng phức tạp

+ Mặt khác khi tăng thành phần cácbon chứa trong thép thì độ bền độ cứng đềutăng nhng độ dẻo dai của thép lại giảm

Nh vậy những chi tiết vừa đòi hỏi độ cứng và độ bền cao để chịu mài mòn vừa

đòi hỏi độ dẻo dai để chịu va chạm thì thép cácbon kết cấu không đáp ứng đợc

Thép hợp kim khắc phục đợc những nhợc điểm đó vì trong thép có những nguyên tố hợp kim, nhờ ảnh hởng của các nguyên tố hợp kim mà tính chất của thép

- u việt độ bền cao của thép hợp kim càng rõ khi tiết diện của chi tiết càng lớn

- Khi độ bền tăng lên, độ dẻo và độ dai giảm

- Tăng độ bền, độ cứng tăng nhng đồng thời làm giảm độ dẻo, độ dai và tính công nghệ (cắt gọt, cán, rèn, rập, hàn)

- Chịu nhiệt độ cao:

Các nguyên tố hợp kim cản trở sự khuyếch tán của cacbon do đó làm cho mactenxít khó phân hoá và các bít khi kết tụ ở nhiệt độ cao hơn 200°C, do đó ở nhiệt

Vanađi (V), Coban (Co), Vônfram (w), Môlípđen (Mo), Titan (Ti),…

+ Tên của thép hợp kim đợc gọi bằng tên các nguyên tố hợp kim: Thép hợp kimCrôm, Thép hợp kim Niken…

+ Theo TCVN thép hợp kim đợc ký hiệu gồm: hai số đầu chỉ hàm lợng cácbon tính theo phần vạn tiếp theo là các chữ kí hiệu hoá học của các nguyên tố hợp kim với

số chỉ % của nguyên tố hợp kim đó, nếu chỉ có 1% thì không cần viết ra

Ví dụ: 12Mn2 là thép có 0,12% Cácbon 2% Mangan

40Cr là thép có 0,40% cácbon, 1% Crôm

+ Theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ OCT thép hợp kim có ký hiệu nguyên tố hợp kim theo chữ Nga ( X- Crôm, H-Niken, - Mangan, C –Silíc, B- Vônfram , - Vanađi, K- Côban, M- Môlípđen, T- Titan,…), số đặt sau chữ cái chỉ lợng phần trăm của nguyên tố tơng ứng( nếu  1% thì không cần viết ra), có chữ A ở sau cùng thì thép có chất lợng cao (ít P, S)

Thép Crôm có thành phần cácbon cao (0,91%) và Crôm khoảng 0,81,65%,

đợc dùng để chế tạo vòng bi Sau khi tôi cứng thép này đạt độ cứng từ 5962HRC

+ Thép Mangan:

Trong các loại thép kết cấu thì thép hợp kim Mangan là rẻ tiền nhất Thép này

dễ rèn dập, dễ cắt gọt, dễ hàn và có độ thấm tôi khá sâu Thép mangan có độ cứng caohơn thép cácbon Các loại thép mangan: 14Mn, 19Mn đợc dùng cho kết cấu hàn, các chi tiết bắt chặt nhỏ (bu lông, đai ốc) và cho những chi tiết thấm than

Các loại thép mangan có độ bền và độ chịu mài mòn cao đợc dùng để chế tạo các loại trục, trục khuỷu của động cơ đốt trong, trục vít…

+ Thép Niken:

Là loại thép có độ bền cao, có tính đàn hồi và tính dẻo cao Thép Niken dễ rèn,

dễ hàn và thích hợp cho các công việc gia công khác

Thành phần cácbon chứa trong thép này là 0,10,4% và niken là 1,25

5,5%.Nếu thành phần cácbon ít hơn 0,15%, thép Niken thấm than trớc khi tôi

Thép Niken có chứ hơn 0,2% cácbon là loại thép rất tốt để chế tạo các chi tiết máy làm việc chịu tải trọng động, sau khi nhiệt luyện thép có độ bền và độ dẻo dai va chạm rất cao