để đánh giá sự phát triển của một quốc gia là khối lượng kim loại hợp kim đượcsản xuất và sử dụng trong một năm.1.2.. Hàng năm, ngành công nghiệp chế tạo cơ khí sử dụng một khối lượng rấ
Trang 1BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
CỤC ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA VIỆT NAM
GIÁO TRÌNHĐÀO TẠO MÁY TRƯỞNG HẠNG BA
MÔN VẬT LIỆU CƠ KHÍ
Trang 2
Năm 2014
LỜI GIỚI THIỆU
Thực hiện chương trình đổi mới nâng cao chất lượng đào tạo thuyền viên,người lái phương tiện thủy nội địa quy định tại Thông tư số 57/2014/TT-BGTVTngày 24 tháng 10 năm 2014 của Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải
Để từng bước hoàn thiện giáo trình đào tạo thuyền viên, người lái phươngtiện thủy nội địa, cập nhật những kiến thức và kỹ năng mới Cục Đường thủy nội
địa Việt Nam tổ chức biên soạn “Giáo trình vật liệu cơ khí”
Đây là tài liệu cần thiết cho cán bộ, giáo viên và học viên nghiên cứu,giảng dạy, học tập
Trong quá trình biên soạn không tránh khỏi những thiếu sót, Cục Đường thủynội địa Việt Nam mong nhận được ý kiến đóng góp của Quý bạn đọc để hoànthiện nội dung giáo trình đáp ứng đòi hỏi của thực tiễn đối với công tác đào tạothuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa
CỤC ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA VIỆT NAM
Trang 3để đánh giá sự phát triển của một quốc gia là khối lượng kim loại hợp kim đượcsản xuất và sử dụng trong một năm.
1.2 Vị trí của kim loại
Để chế tạo máy móc thiết bị phải có vật liệu Trong đó kim loại và hợp kim
là vật liệu chủ yếu vì nó có nhiều tính chất và đặc điểm quan trọng nổi bậc hơnhẳn so với các loại vật liệu khác Không thể có máy móc thiết bị nếu không cókim loại và hợp kim
Hàng năm, ngành công nghiệp chế tạo cơ khí sử dụng một khối lượng rấtlớn kim loại và hợp kim để chế tạo ra các sản phẩm cơ khí Để có thể lựa chọnđúng các vật liệu thích hợp, thỏa mãn các yêu cầu về kỹ thuật và tính kinh tếphục vụ cho việc chế tạo ra các chi tiết máy thì mỗi người công nhân, người cán
bộ kỹ thuật cơ khí cần phải có kiến thức đầy đủ về loại vật liệu này
Trang 5Chương 2 TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
Bài 1 : KHÁI NIỆM VỀ KIM LOẠI 1.1 Khái niệm
Kim loại là vật thể sáng, dẻo có thể rèn được, có tính dẫn nhiệt và dẫn điện cao.Ngoài ra, đặc điểm phân biệt giữa kim loại và á kim là ở hệ số điện trở : Ở kimloại hệ số này dương (khi nhiệt độ tăng thì điện trở tăng), ở á kim hệ số này âm
1.2 Ưu, nhược điểm
Kim loại đã và đang đóng vai trò rất quan trọng trong sự phát triển của xãhội loài người Vì chúng có nhiều tính chất quí như : có độ bền, độ dẻo cao,chống ăn mòn và chịu mài mòn tốt, tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt….nhờ đó có thểđáp ứng được những yêu cầu rất đa dạng của các ngành công nghiệp Vì vậy,kim loại là loại vật liệu chủ yếu và quan trọng nhất của công nghiệp hiện đại
Bài 2 : TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
2.1 Tính chất vật lí
2.1.1 Vẻ sáng mặt ngoài :
Chia làm 2 loại : kim loại đen và kim loại màu
- Kim loại đen và hợp kim đen : là sắt và hợp kim của sắt với các bon (như thép,gang)
- Kim loại màu và hợp kim màu : là tất cả các kim loại và hợp kim còn lại
2.1.2 Khối lượng riêng :
Là số đo khối lượng vật chất chứa trong một đơn vị thể tích của vật thể
2.1.4 Tính nóng chảy :
Là tính chất của kim loại sẽ chảy loãng khi nung nóng và đông đặc khi làmnguội
Trang 61.2.2.1 Tính chống mòn : Là khả năng kim loại và hợp kim chống lại sự phá
hủy của hơi nước hoặc oxy trong không khí ở nhiệt độ thường và nhiệt độ cao
1.2.2.2 Tính chịu axit : Là khả năng của kim loại và hợp kim chống lại tác dụng
của các môi trường có axit
2.4 Tính cơ học (còn gọi là cơ tính)
2.4.1 Khái niệm :
Tính chất cơ học là biểu thị khả năng chống lại các tác dụng của ngoại lực
2.4.2 Các đặc trưng cơ bản của cơ tính :
1.4.2.1 Độ dẻo :là khả năng thay đổi được hình dáng của kim loại và hợ kim
mà không bị phá hủy dưới tác dụng của ngoại lực
1.4.2.2 Độ bền : là khả năng của kim loại và hợp kim chống lại sự phá hủy khi
có ngoại lực tác dụng
1.4.2.3 Độ cứng : là khả năng của kim loại và hợp kim chống lại sự biến dạng
dẻo cục bộ của bề mặt kim loại và hợp kim dưới tác dụng cùa tải trọng bênngoài tại chỗ ta ấn vào đó một vật cứng hơn
Trang 71.4.2.4 Độ đàn hồi : là khả năng của kim loại và hợp kim có thể trở lại hình
dáng hoặc trạng thái ban đầu sau khi bỏ lực tác dụng
Cơ tính của kim loại và hợp kim được xác định bằng cách thử nghiệm các mẫuvật trên các thiết bị chuyên dung như : máy thử kéo nén, máy thử độ cứng
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 2
1 Hãy nêu khái niệm của kim loại ?
2 Hãy nêu tính chất chung của kim loại và hợp kim ?
Trang 8Chương 3 HỢP KIM SẮT – CÁC BON
Bài 1 : ĐẶC ĐIỂM
Trong thực tế người ta sử dụng hợp kim nhiều hơn là kim loại nguyên chất, vìhợp kim có tính chất cao hơn, có một số tính chất đặc biệt khác thích hợp hơncho nhu cầu thực tế Nhưng mặt khác hợp kim có cấu tạo phức tạp hơn, vì vậy
để phân biệt rõ ràng các hợp kim cần phải làm quen với một số khái niệm sau :
1.1 Pha
Là những phần tử của hợp kim có thành phần đồng nhất ở cùng một trạng thái
và ngăn cách với các pha khác bằng bề mặt phân chia (nếu ở trạng thái rắn thìphải có sự đồng nhất về cùng một kiểu mạng và thông số mạng)
Một tập hợp các pha ở trạng thái cân bằng gọi là hệ hợp kim
1.2 Nguyên
Là một vật chất độc lập có thành phần không đổi, tạo nên các pha của hệ Trong một số trường hợp nguyên cũng là các nguyên tố hóa học hoặc là hợp chất hóa học có tính ổn định cao
Bài 2 : GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT – CÁC BON
2.1 Khái niệm
Là biểu đồ chỉ rõ sự phụ thuộc của tổ chức hợp kim Fe – C (cụ thể là gang
và thép) vào thành phần hóa học và nhiệt độ
2.2 Giản đồ
2.3 Ý nghĩa của giản đồ
- Biết được qui luật về sự kết tinh và chuyển biến tổ chứccủa hợp kim Fe- C khi nung nóng và làm nguội
- Xác định được nhiệt độ nung nóng cho từng loại thépkhi rèn, dập và nhiệt luyện
- Là tài liệu không thể thiếu của người làm công việcnhiệt luyện
2.4 Các tổ chức của hợp kim Fe-C trên giản đồ
2.4.1 Các khu vực trên giản đồ
- Khu vực I : Hợp kim Fe-C ở pha lỏng (L)
- Khu vực II : Lỏng + O6stenit (L + Ô)
Trang 9- Khu vực III : Lỏng + Xêmentit1 (L + Xê1)
- Khu vực IV : Ôstenit (Ô)
- Khu vực V : Ôstenit + Xêmentit11(Ô + Xê11)
- Khu vực VI : Ôstenit + Xêmentit11 + Lêđêburit (Ô + Xê11+ Lê)
- Khu vực VII : Xêmentit1 + Lêđêburit (Xê1 + Lê)
- Khu vực VIII : Ôstenit + Ferit (Ô + F)
- Khu vực IX : Peclic + Ferit (P + F)
- Khu vực X : Peclic + Xêmentit11 (P + Xê11)
- Khu vực XI : Peclic + Xêmentit11 + Lêđêburit (P + Xê11 + Lê)
- Khu vực XII : Xêmentit1 + Lêđêburit (Xê1 + Lê)
2.4.2 Các tổ chức của hợp kim Fe-C
2.4.2.1 Xêmentit (Fe 3 C, Xê) : là hợp chất hóa học của Fe và C, có độ cứng rất
cao(700HB) có 3 dạng :
- Xêmentit1 : Kết tinh từ pha lỏng
- Xêmentit11 : Kết tinh từ pha rắn
- Xêmentit111 : Tiết ra từ dung dịch rắn Ferit
2.4.2.2 Ferit (F) : là dung dịch rắn của C trong Feα, có độ cứng thấp
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 3
1 Thế nào là Pha, Nguyên ?
2 Hãy trình bày giản đồ Sắt – Cácbon ?
Trang 11Chương 4 THÉP CÁC BON
Bài 1 : ẢNH HƯỞNG CỦA CACBON VÀ CÁC TẠP CHẤT ĐẾN TÍNH
CHẤT CỦA THÉP
1.1 Ảnh hưởng của Các bon
Các bon là nguyên tố quan trọng nhất, quyết định chủ yếu đến tổ chức và
1.1.1 Thép có C ≤ 0,25 % : Tính dẻo dai cao, độ bền thấp, được dung làm kết
cấu xây dựng, các chi tiết dập
1.1.2 Thép có C = (0,35 ÷ 0,5) % : Độ bền, độ cứng, độ dẻo dai khá cao Do đó
thích hợp cho các chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh và va đập
1.1.3 Thép có C = (0,5 ÷0,65) % : Độ cứng, độ bền cao và giới hạn đàn hồi cao
nhất, dùng làm các chi tiết có yêu cầu độ đàn hồi cao như : lò xo, nhíp…
1.1.4 Thép có C ≥ 0,65 % : Độ cứng và tính chống mài mòn cao, do đó thích
hợp cho các loại dụng cụ cắt, dụng cụ đo, khuôn dập
1.2 Ảnh hưởng của Mn, Si, P, S
Trang 12+ S làm cho thép dòn ở nhiệt độ cao (tính nóng dòn).
1.3 Ảnh hưởng của các tạp chất khí Ôxy, Nitơ, Hyđrô
Các nguyên tố này ảnh hưởng xấu đến cơ tính của thép ở chỗ làm giảm độdẻo, tăng khuynh hướng phá hủy dòn
Bài 2 : PHÂN LOẠI THÉP CÁC BON 2.1 Phân loại theo phương pháp luyện thép
2.1.1.Thép Besme (B) : Là thép luyện ra từ lò Besme, có chất lượng thường 2.1.2.Thép Mactanh (M) : Là thép luyện ra từ lò Mactanh, có chất lượng tốt hơn
thép Besme
2.1.3 Thép lò điện : Là thép được luyện ra từ lò điện(chủ yếu lò điện hồ
quang), có chất lượng cao
2.2 Phân loại theo phương pháp khử Ôxy
2.2.1 Thép sôi : Không được khử oxy triệt để, chỉ khử bằng Feromangan, để
sản xuất thép C thấp
2.2.2 Thép lặng : Được khử ôxy triệt để, dung chất khử Feromangan,Ferosilic
nhôm, chất lượng thép cao, để làm các chi tiết máy
2.2.3 Thép nửa lặng : Là thép có vị trí trung gian giữa thép sôi và thép lặng.
2.3 Phân loại theo thành phần Cac bon
2.3.1 Thép C thấp : với C ≤ (0,2 ÷ 0,25) % Thép có độ dẻo cao, độ bền, độ
cứng thấp
2.3.2 Thép C trung bình : với C = (0,25 ÷ 0,65) % Thép có cơ tính tổng hợp
cao nhất, độ dẻo, độ dai, độ cứng trung bình, độ bền và độ chịu va đập cao
2.3.3 Thép C cao : với C > 0,65 % Thép có độ dẻo thấp, độ cứng và độ bền
cao
2.4 Phân loại theo thành phần nguyên tố hợp kim
2.4.1 Thép hợp kim thấp : là thép có tổng hàm lượng các nguyên tố hợp kim <
2.5 Phân loại theo chất lượng
Dựa vào lượng tạp chất có hại S, P
5.5.1 Thép có chất lượng thường : Có thể chứa tới 0,06 % S và 0,07 % P 2.5.2 Thép có chất lượng tốt : Không cho phép quá 0,04 % S và 0,03 % P.
Trang 132.5.3 Thép có chất lượng cao : có S ≤ 0,015 % và P ≤ 0,025 %
2.6 Phân loại theo công dụng
2.6.1 Thép kết cấu : Dùng làm kết cấu xây dựng và kết cấu các chi tiết máy 2.6.2 Thép dụng cụ : Dùng làm các loại dụng cụ cắt, dụng cụ đo kiểm.
2.6.3 Thép có công dụng riêng : Đây là thép có tính chất đặc biệt được sử
dụng vào những công việc có yêu cầu đặc biệt
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 4
1 Hãy nêu ảnh hưởng của C, Mn, P, S, Si đến thép ?
2 Hãy nêu cách phân loại thép cacbon ?
Trang 14Chương 5 GANG
1.1.2 Tổ chức tế vi : Gang xám là loại gang mà phần lớn C nằm dạng tự do.
Graphit trong gang xám có dạng tấm, cong tự nhiên Mặt gãy có màu xám nênđược gọi là gang xám
1.2 Tính chất
1.2.1 Lý tính :
- Do Graphit có màu xám nên mặt gãy của gang có màu xám
- Dẫn nhiệt, dẫn điện kém hơn so với thép
VD : Thân máy, bệ máy, các ổ trượt, bánh răng chịu tải trọng nhỏ…
1.4 Ký hiệu
1.4.1 Theo tiêu chuẩn Nga : CЧ vớ 2 số chỉ giới hạn bền kéo và giới hạn bền
uốn, đơn vị Kg/mm2 VD : CЧ24-14 là gang xám có σK = 240 N/mm2, σu = 140
Trang 15N/mm2 Các loại gang xám thường dùng là : CЧ12-28, CЧ15-32, CЧ21-40,CЧ24-44, CЧ36-58.
1.4.2 Theo tiêu chuẩn Việt nam : GX và 2 số giống như của nga
- Có độ dẻo dai và cấu trúc bền chặt vì nền kim loại ít bị chia cắt
- Có cơ tính tổng hợp cao gần như thép C
- Gang cầu vừa có tính chất của gang, vừa có tính chất của thép
- Các chi tiết máy làm bằng gang cầu có thể làm việc và bền vững ở t0 =
2.4.1 Theo tiêu chuẩn Nga : BЧ 38-17 là gang cầu có giới hạn bền kéo :
σK = 380 N/mm2, độ giản dài tương đối : δ = 17%
2.4.2 Theo TCVN : GC và 2 số tương tự như tiêu chuẩn Nga Ví dụ GC 42
– 12
2.4.3 Các loại gang cầu thường dùng : BЧ 38-17, BЧ 42-12, BЧ 45-5,
BЧ 50-2, BЧ 60-2
Trang 16Bài 3 : GANG DẺO 3.1 Thành phần và tổ chức C
- Hình dáng phức tạp
- Tiết diện (thành) mỏng
- Chịu va đập
3.4 Ký hiệu
3.4.1 Theo tiêu chuẩn Nga : KЧ với 2 số chỉ giới hạn bền kéo (đơn vị là
N/mm2) và độ giãn dài tương đối (đơn vị %)
VD : KЧ 33-8 là gang dẻo có ( σK = 330 N/mm2, δ = 8 %)
3.4.2 Theo TCVN : GZ và 2 số giống như tiêu chuẩn Nga Ví dụ : GZ 33 – 8 3.4.3 Các loại gang dẻo thường dùng : KЧ 30-6, KЧ 33-8, KЧ 37-12,
KЧ 45-12, KЧ 56-4
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 5
1 Hãy nêu tính chất của gang xám ?
2 Hãy nêu thành phần và tính chất của gang cầu ?
3 Hãy nêu cách chế tạo gang dẻo ?
Trang 17Chương 6 NHIỆT LUYỆN
Bài 1 : KHÁI NIỆM CHUNG
1.1 Khái niệm
Nhiệt luyện là khâu gia công kim loại và hợp kim bằng nhiệt Bao gồm quátrình :
- Nung nóng kim loại và hợp kim đến nhiệt độ xác định
- Giữ nhiệt trong thời gian hợp lý
- Làm nguội với tốc độ qui định
Để làm thay đổi tổ chức, do đó thay đổi tính chất của hợp kim theo mục đích
đã định
1.2 Công dụng
- Giảm độ cứng, khử ứng suất, cải thiện tính gia công cắt gọt, làm đồng đềuthành phần và tổ chức của hợp kim
- Nâng cao cơ tính : Tăng độ cứng, khả năng chịu mài mòn và tăng độ bền
Do đó nâng cao tuổi thọ của chi tiết máy
- Các phương pháp nhiệt luyện : Thường hóa, ủ, tôi và ram
1.3 Ý nghĩa của nhiệt luyện
Là nguyên công có tác dụng quyết định đến chất lượng và độ bền các sảnphẩm cơ khí, là bộ phận không thể thiếu trong các nhà máy cơ khí và chế tạodụng cụ cắt gọt
Trang 18Bài 2 : Ủ VÀ THƯỜNG HÓA
2.1 Phương Pháp Ủ
2.1.1 Định nghĩa
Ủ là phương pháp nhiệt luyện bao gồm quá trình nung nóng thép đến nhiệt
độ qui định, giữ nhiệt trong thời gian hợp lý rồi làm nguội chậm cùng lò
2.1.2 Mục đích
- Làm giảm độ cứng để cải thiện tính cắt gọt
- Làm giảm hoặc khử ứng suất bên trong sau các nguyên công mài, cắt gọt,đúc, hàn
- Làm đồng đều thành phần hóa học của vật đúc khi bị thiên tích
- Làm nhỏ hạt thép, chuẩn bị tốt về tổ chức cho nguyên công tôi
2.2.3 Nhiệt độ thường hóa
Nhiệt độ thường hóa khoảng 7270C
2.2.4 Các trường hợp áp dụng thường hóa
- Thép có C < 0,3 % thường hóa sẽ có độ cứng cao hơn nhưng phoi dễ gãy
- Khử xêmemti để tránh cho thép bớt giòn
Trang 19Bài 3 : TÔI THÉP 3.1 Định nghĩa
Tôi thép bao gồm quá trình nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định, giữnhiệt trong thời gian hợp lý, sau đó làm nguội nhanh trong một dung dịch nào đó
để thép có độ cứng cao
3.2 Mục đích
- Tăng độ cứng và tính chịu mài mòn của thép Do đó kéo dài được thời gianlàm
việc của chi tiết máy
- Nâng cao độ bền do đó nâng cao được sức chịu tải của chi tiết máy
3.3 Nhiệt độ tôi
- Nhiệt độ tôi vào khoảng 760 ÷ 7800C Nhiệt tôi của thép hợp kim thường cao hơn thép Cacbon từ 20 ÷ 300C
3.4 Các phương pháp tôi
Các phương pháp tôi gồm có : tôi bề mặt và tôi xuyên tâm
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 6
1 Hãy nêu khái niệm và công dụng của nhiệt luyện ?
2 Thế nào là Ủ và Thường hóa, hãy nêu mục đích và nhiệt của chúng ?
3 Hãy nêu mục đích, nhiệt độ và các phương pháp tôi ?
Trang 20Chương 7 THÉP HỢP KIM
Bài 1 : KHÁI NIỆM 1.1 Khái niệm
Thép hợp kim là loại thép ngoài Fe, C ra người ta còn đưa vào một số tạpchất khác để thay đổi tổ chức và tính chất của thép Các nguyên tố thường đượcđưa vào là Cr, Ni, Mn, W, V, Mo, Ti…
1.2 Tính chất
- Cơ tính : có độ bền cao hơn hẳn thép cacbon Điều này thể hiện đặc biệt rõ
sau khi nhiệt luyện, tôi và ram
- Tính chịu nhiệt cao : > 2000C
- Tính chất hóa học và tính chất vật lý : ít bị han rỉ và ăn mòn trong không khí
Trang 21Bài 2 : PHÂN LOẠI VÀ KÝ HIỆU THÉP HỢP KIM
2.1 Ký hiệu
2.1.1 Theo tiêu chuẩn Nga : thường bằng một hệ thống chữ và số Các chữ
dùng để ký hiệu các nguyên tố, thường từ các chữ cái đầu tiên trong bảng hóahọc
Mangan Γ Nhôm IO Niôbi Б Silic C
Nitơ A Vanadi Ø Niken H Đồng π
Môlipden M Ziêcôni Π Côban K Đất hiếm Ч
+ Có 2 con số chỉ C tính theo phần vạn (thép kết cấu)
2.1.1.2 Thành phần 2 : là các số đứng sau chữ cái chỉ % các nguyên tố
hợp kim Nếu % nguyên tố hợp kim ≤ 1% thì không ghi số nữa
2.1.1.3 Thành phần 3 : Nếu có chữ A đứng cuối ký hiệu là chỉ thép có
2.1.2 Theo TCVN : Về cơ bản giống ký hiệu Nga, chỉ khác :
- Hàm lượng C đều tính theo phần vạn
- Các nguyên tố HK ký hiệu theo ký hiệu hóa học
VD : + 90CrSi2 = 9XC2
+ 38CrNiV3A = 38XHФ3A