thép dụng cụ và hợp kim cứng

THÉP DỤNG CỤI.1 Yêu cầu đối với vật liệu làm dao cắt.. - Tính cứng nóng: Là khả năng giữ được độ cứng cao ở nhiệt độ làm việc.. Tính cứng nóng chỉ yêu cầu khi cắt với năng suất cao.. c Y

BÀI TẬP VẬT LiỆU 2

THÉP DỤNG CỤ VÀ HỢP KIM MÀU

THÉP DỤNG CỤ

I.1) Yêu cầu đối với vật liệu làm dao cắt.

a) Điều kiện làm việc của lưỡi cắt.

- Độ cứng :cao hơn hẳn so với phoi cắt Gia công vật liệu có độ cứng không quá 200-220 HB dao cắt phải có độ cứng cao hơn

60 HRC Khi gia công vật liệu có độ cứng cao(250-300 HB) dao cắt phải có độ cứng cao hơn 65 HRC

- Tính chống mài mòn cao: Để chịu đươc ma sát Nó phụ thuộc vào độ cứng dao, mức độ phân tán cacbit

- Tính cứng nóng: Là khả năng giữ được độ cứng cao ở nhiệt độ làm việc Tính cứng nóng chỉ yêu cầu khi cắt với năng suất

cao

- Ngoài ra vật liệu làm dao cũng phải thỏa mãn các yêu cầu

khác như: độ bền uốn , độ bền xoắn độ dai va đập

b) Yêu cầu về cơ tính của dao.

c) Yêu cầu về tính công nghệ.

- Tính thấm tôi tốt để đảm bảo độ cứng cao

- Có khả năng chịu gia công áp lực ở trạng thái nóng

- Có khả năng chịu gia công cắt ở trạng thái ủ

- Có tính mài mòn cao sau khi tôi

I.2) Thép làm dao có năng suất thấp.

Là loại thép chỉ cắt gọt được với tốc độ 5-10 m/ph

a) Thép cacbon: Sau khi tôi và ram thấp có thể đạt hơn 60 HRC-

đủ để cắt gọt Công việc tôi và ram thấp tuy dễ thực hiện

nhưng sau khi tôi và ram vật liệu vẫn còn nhiều nhược điểm như: độ thấm tôi thấp, đễ xuất hiện vết nứt tế vi, tính cứng

nóng thấp Do vậy, thép này chỉ dùng để làm dao cắt với tốc

độ thấp, hoặc sử dụng bằng tay

I.3) Thộp làm dao cắt cú năng suất cao-thộp giú:

Đõy là thộp thỏa món tốt nhất cỏc yờu cầu đối với vật liệu làm dao

• W: 6-18% NTHK quan trọng nhất tạo tính cứng → →

nóng: Các bít dạng Me 6 C chủ yếu khi nung tan vào → γ tôi : M chứa nhiều W ram Me 6 C tiết ra khỏi M ở

560-570 0 C giữ đ ợc độ cứng đến 600 0 C → ư ≈

• Mo: dïng thay thÕ W ( gièng kiÓu m¹ng vµ dngtö ) theo tû

Nhiệt luyện:

• Tôi: 1280-1290 0 C

+Thấp hơn ch a đủ bão hoà W cứng nóng kém → ư →

+ Cao hơn chảy biên giới hạt →

nguyên lý chọn nhiệt độ: hoà tan nhiều W nhất khá nhiều Fe 3 W 3 →

C vàVC ch a tan ư

•Tổ chức tế vi sau tôi: M+ γ dư (30%)+ cácbít (15-20%) 62 HRC →

•Ram: Khử ng su t d ; tăng độ cứng 2-3 HRC ứ ấ ư

To = 550-570 0 C , 3 lần , 1h/lần

• Chuyển biến khi ram:

+ Khi T 0 550 Fe 3 W 3 C tiết ra khỏi dung dịch rắn d ≥ → → γ ư nghèo NTHK Mđ nâng cao, ứng suất d nén lên d giảm làm → ư γ ư → nguội khi ram chuyển biến thành M độ cứng tăng → →

Công dụng

• làm dao cắt có hình dạng phức tạp + chống mài mòn cao

•loại năng suất th ờng:tính cứng nóng 600 ư ≤ độ C

25m/ph

→

•loại năng suất cao: 630-640 ≈ độ C 35m/ph →

•thép gió đắt l ỡi thép gió, thân thép C45 → ư

II Hợp kim cứng.

II.1) Chế tạo hợp kim cứng.

-Thành phần hóa học chủ yếu là cacbit: cacbit vonfram (WC),

cacbit titan (TiC) , cacbit tantan (TaC) rất cứng và nhiệt độ chảy rất cao Ngoài ra còn có lượng nhỏ coban (Co) làm chất dính kết , điều này đảm bảo độ cứng, tính chống mài mòn và tính cứng nóng rất cao, hơn nữa đây là tính chất tự nhiên không phải qua nhiệt luyện.

-Chế tạo bằng phương pháp luyện kim bột, qua các bước : tạo bột , trộn ,ép , thiếu kết…

II.2) Các loại hợp kim cứng.

- Nhóm một cacbit WC+Co

- Nhóm 2 cacbit WC+TiC+Co

- NHóm 3 cacbit WC+TiC+TaC+Co

III Thép làm ổ lăn.

III.1) Yêu cầu với thép làm ổ lăn.

- Phải có độ cứng cao, chịu mài mòn tốt

- Có hàm lượng các bon cao, được hợp kim hoá bằng 0,6 - 1,5%Cr, đôi khi

- IX6 : Để chế tạo ổ lăn có đường kính d < 15 mm

- IX9 : Để chế tạo ổ lăn có đường kính d = 15 mm

- IX15 : Để chế tạo ổ lăn có đường kính d = 20 - 30 mm

- IX15C : Để chế tạo ổ lăn có đường kính d > 30 mm

IV Thép làm khuôn dập nguội

IV.1) Điều kiện làm việc.

•Chịu áp lực lớn

•Chịu ứng suất uốn

•Lực va đập và ma sát

IV.2) Yờu cầu.

•Độ cứng cao: 56-62 HRC( tuỳ theo loại khuôn và chiều dày thép dập)

•Chống mài mòn cao ( tuổi thọ khuôn)

•Độ bền, dai chịu tải trọng lớn và va đập →

•Độ thấm tôi và ổn định kích th ớcư

IV.2) Cỏc thộp làm khuụn dập nguội.

a)Thép làm khuôn dập bộ: hình dạng đơn giản, chịu tải trọng nhỏ

CD100; CD120 ( Y10; Y12) tôi n ớc → ư

mặt ngoài tôi cứng, lõi dẻo dai ( độ thấm tôi nhỏ) chịu va đập →

b)Thép làm khuôn trung bình: 75-100mm (hoặc bé hình dạng

phức tạp, chịu tải lớn) thép hợp kim thấp →

100Cr; 100CrWMn; 100CrWSiMn (X, XB ; XBC ) 1%C ; Γ Γ ≈

Cr, Mn, Si, W : 1% mỗi nguyên tố ( tăng độ thấm tôi)

- Có thể tôi phân cấp ( khuôn nhỏ) hoặc tôi 2 môi tr ờng ư

( khuôn TB) tránh biến dạng →

- Thiên tích các bít lớn gây nứt kiểm tra cấp các bít (lớn → →

rèn)

→

c)Thép làm khuôn lớn và chống mài mòn cao: 200-300mm

• %C cao ( 1,3-2,0%) ; Cr cao (12%)

•200Cr12 (X12); 150Cr12Mo ( X12M); 130Cr12V( X12 1) Φ

• %C các bít d ư nhiều (Fe,Cr) 7 C 3 chống mài mòn cao →

• ộ thấm tôi lớn tôi dầu Đ →

•Có thể có nhiều chế độ NL:(đảm bảo cơ tính và ổn định kích th ước)

d) Thộp làm khuụn chịu tải trọng va đập.

Để làm cỏc khuụn chiu tải trọng va đập cao phải làm bằng loại thộp hợp kim với 3-5% nguyờn tố hợp kim song cú lượng cacbon thấp hơn, chỉ 0,4-0,6% để đảm bảo độ dai.

Hiện nay đang cú khuynh hướng dựng hợp kim cứng làm khuụn dập, đạt hiệu quả cao.

V Thép làm khuôn dập nóng.

V.1) Điều kiện làm việc.

•Tiếp xúc với phôi nóng( 1000 0 C) khuôn nóng( 500-700 0 C) →theo chu kỳ

• Độ cứng không cần cao do phôi mềm •Khuôn lớn, tải trọng lớn ( vài trăm ngàn tấn)

•Khuôn lớn, tải trọng lớn ( vài trăm ngàn tấn)

V.2) Yờu cầu

•Độ bền, dai, cứng vừa phải: 35-45 HRC (độ dai đảm bảo)

•Tính chống mài mòn cao Tuổi thọ cao →

•Bền nhiệt, chống mỏi nhiệt T→ 0 thay đổi theo chu kỳ

V.3) Cỏc thộp làm khuụn dập núng.

a Thành phần:

• % C trung bình: 0,3-0,5

• NTHK: đảm bảo thấm tôi : Cr ; Ni

chịu nhiệt và chống ram: W

•Nhiệt luyện: tôi +ram T hoặc X ram →

b Thộp l m khuôn rèn à :

•Đặc điểm:

-Kích thước lớn, chịu tải trọng lớn, va đập

-T0 nung ( 500-550), thời gian ngắn

-%C 0,5%; HKH : Cr;Ni ≈

•Mác thép: 50CrNiMo; 50CrNiW ( 5XMH; 5XNB)

VI Thép làm dụng cụ đo.

V.1 Điều kiện làm việc và yêu cầu.

Các loại dụng cụ đo sử dụng trong cơ khí : palme , thước cặp , thước đo độ dài , đo góc , dưỡng , calip ….dễ bị mòn , biến dạng , làm sai lệch kết quả

đo Để đảm bảo độ chính xác các dụng cụ đo cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Độ cứng và tính chống mài mòn cao : HRC yêu cầu la 63 – 65

- Ổn định kích thước : trong suốt đời làm việc ,nhờ 2 chỉ tiêu sau :

+ Hệ số giãn nở vì nhiệt nhỏ

+ Sự ổn định của tổ chức đạt được trong thời gian dài

- Độ nhẵn bóng bề mặt cao : cấp 14 , khi mài và ít bị biến dạng khi nhiệt luyện Độ cứng và tính chống mài mòn cao như dao cắt xong không yêu cầu tính cứng nóng lên không cần làm bằng thép gió.

a) Thép làm dụng cụ đo cấp chính xác cao.

*Nguyên tố hợp kim và nhiệt luyện thích hợp :

Hợp kim hóa Cr – Mn : 1% nguyên tố , để nâng cao độ thấm tôi ít biến dạng ; riêng Mn có tác dung làm tang austennit dư đến mức thích hợp làm cho kích thước hầu như không thay đổi khi tôi

Hóa già để ổn định kích thước :

- Nhiệt độ hóa già dưới ram thấp , < 150oC để vẫn là tổ chức

Mactenxit (tôi) chứ không phải là M ( ram) , vì M ( tôi) có nhưng

ưu điểm sau :

+ Độ cứng và tinh chống mài mòn cao, do đó bảo đảm độ nhẵn bóng cao khi mài , và đặc biệt là có hệ số giãn nở vì nhiệt rất

nhỏ , chỉ khoảng (10-5 – 10-6 )/oC

Phải hóa già vì : mactenxit (tôi) và austenit dư không ổn định để

ổn định mactenxit (tôi) và austenit dư phải xử lý thép tôi ở 120 – 140oC trong 1 – 2 ngày

*Các thép thường dùng :

- Là các mác 100Cr , 100CrWMn , ( TCVN 1823 – 76 ) và mác 140CrMn Trong đó mác 140CrMn là được dùng nhiều hơn cả

HỢP KIM MÀU

VII Hợp kim nhôm.

VII.1) Nhụm nguyờn chất.

a) ặc tính: Đ

•kiểu mạng lập phương tõm mặt.

•khối lượng riêng nhỏ( 2,7g/cm 3 )

•tính chống ăn mòn tốt ( trên bề mặt mỏng và xít chặt)

•dẫn điện, nhiệt tốt

• Nhiệt độ chảy thấp

•độ bền thấp, mềm (= 60MPa; 25HB)

•thµnh phÇn: bªn tr¸i C ’ dÔ biÕn d¹ng dÎo →

•bªn tr¸i F ( chØ cã pha ) kh«ng ho¸ bÒn b»ng α → nhiệt luyện

•bªn ph¶i F ( + pha thø 2) ho¸ bÒn b»ng α → nhiệt luyện

-Hợp kim nhôm đúc.

%Me cao tæ chøc chøa chñ yÕu lµ cïng tinh →

-Ngoµi ra gÇn ®©y cßn dïng hợp kim bét Al+ Al2O3 thiªu kÕt

VII.2) Hîp kim nh«m biÕn d¹ng : (ho¸ bÒn b»ng nhiệt luyện)

a)Hợp kim Al- 4% Cu:

•Là cơ sở của hầu hết hợp kim Al biến dạng

•Nhi t ệ độ = 548 5,65%Cu tan vào AL →

Nhi t ệ độ ư th ờng 0,5%Cu →

•→Khi nguội Cu tiết ra d ới dạng CuAl2 (từ dung dịch rắn) ư

•→HK Al-4%Cu ở T 0 th ờng : ( Al(0,5% Cu)) + CuAl 2 ( 7%) − α ≈

•Cơ chế hoá già: ( Gunier và Preston)

Dung dịch rắn qbh sau tôi không ổn định về trạng thái cân →

bằng tiết ra Cu và tập trung lại CuAl 2 3 giai đoạn: → → →

+ giai đoạn 1: Cu >4% ở một số vùng ( vùng GP) kích th ớc bé, → −

+ giai đoạn 2: Cu trong vùng GP tiếp tục tập trung đạt đến 1Cu-→2Al GP lớn lên ( r=10n.m)→ →θ ’’ ( có độ bền cao nhất) sau đó →thành pha ’ (độ bền giảm đi) θ

ở nhi t ệ độ th ờng quá trình dừng ở giai đoạn này ( 5-7 ngày) và ưduy trì mãi

+ giai đoạn 3: T 0 >50-100 0 , ’ θ →θ ( CuAl 2 ): trạng thái cân bằng, kích th ớc lớn mềm − →

•Pha CuAl 2 là pha hoá bền

•NL hoá bền là Tôi + hoá già :

hoá già tự nhiên 5-7 ngày

hoá già nhân tạo T= 100-200 0 C, τ≈ hàng chục giờ

b) Hợp kim Dura: được sử dụng rộng rãi nhất.

*Thµnh phÇn ho¸ häc:

•Al- 4% Cu- 1%Mg

•Cu, Mg n©ng cao hiÖu qu¶ ho¸ bÒn b»ng NL+Ho¸ giµ →

•Ngoµi ra cã Fe,Si vµ Mn(tính chống mài mòn)

*Tæ chøc tÕ vi:

•cã c¸c pha CuAl 2 ; Mg 2 Al 3 ; CuMgAl 2 ; CuMg 5 Al 5 hoµ tan →

cã h¹n vao ddr¾n khi t«i tiÕt ra khi ho¸ giµ ho¸ bÒn → →

VII.3) Hợp kim nhôm đúc.

Hợp kim trªn c¬ së Al-Si Silumin →

VIII Hợp kim đồng.

VIII.2) Hợp kim đồng.

VIII.2.1 ) Latong(đồng thau): Hîp kim Cu- Zn ( chñ yÕu)

a)Latông đơn giản:

• chỉ gồm Cu-Zn

• thực tế chỉ dùng < 45% Zn chỉ có 2 pha ( + ) → α β

•Pha điện tử ( CuZn )

• Cứng và giòn , T thấp trật tự hoá ( pha ’ ) giòn hơn → β →

→không dùng %Zn >45 ( chỉ có 1 pha ) β

*Latông 1 pha: (< 39% Zn)

•→dẻo, bền t ơng đối cao, rẻ ( hơn đồng nguyên chất ) ư

•Mác : LCuZn30; LCuZn 32 dập sâu ( vỏ đạn) →

*Latông 2 pha: 39<Zn<45%

VIII.2.2) Brong (đồng xanh)

•Hợp kim cña Cu víi c¸c nguyên tố hợp kim kh¸c ( trõ Zn)

•Tªn gäi theo tªn nguyên tố hợp kim ( Br«ng thiÕc, br«ng nh«m)

• Giới hạn đàn hồi cao ( Không kém thép - 1000MPa)

•Cứng cao, chống mài mòn cao