Có sự cân bằng giữa độ mềm và độ cứng, có khã năng chống bào mòn tốt, phạm vi ứng dụng rộng rãi là các thép hình cũng như các chi tiết may… - Thép cacbon trung bình được sử dụng trong th
Trang 1ỦY BAN NHÂN DÂN TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CĐKT LÝ TỰ TRỌNG
KHOA ĐỘNG LỰC
TIỂU LUẬN MÔN HỌC
Tên đề tài :
THÀNH PHẦN CẤU TẠO THÉP CACBON
0.006 - 2.14%C
GVHD :Thầy Quỳnh
SVTH : HỒ NHẬT TIẾN MSSV: 11D0030147
LÊ VĂN NHỰT MSSV: 11D003008 NGUYỄN HOÀNG KHÁNH MSSV: 10D00300247 LỚP : 12CĐ_02
Trang 2THÀNH PHẦN CẤU TẠO CỦA THÉP CACBON 0,006 –
2,14%C
I THẾ NÀO LÀ THÉP CACBON
- thép cacbon có hai thành phần cơ bản chính là sắt và cacbon, trong khi các nguyên tố khắc có mặt trong thép cacbon là không đáng kể Thành phần phụ trong thép cacbon là mangan, silic, đồng Lượng cacbon trong thép càn giảm thì độ dẻo của thép cacbon càn cao Hàm lượng trong thép cacbon tăng lên cũng làm cho thép có độ cứng, tăng thêm độ bền nhưng cũng làm giảm tính dễ uốn và giảm tính hàn Hàm lượng cacbon trong thép tăng lên cũng làm giảm tính hàn của thép
1 Thép mềm
- Thép mềm ít cacbon: với lượng cacbon từ 0.05 – 0.29%C (Ví dụ theo tiêu chuẩn AISI
có thép 1018 Thép mềm có độ kéo vừa phải, nhưng lại khá rẻ tiền và dễ cán, rèn Thép mềm sử dụng nhiều trong xây dựng, cán tấm, rèn phôi,…
- Thép mềm sử dụng trong thực tế như làm ốc vít, bu lông
2 Thép cacbon trung bình.
- thép cacbon trung bình với lượng cacbon trong khoản 0.30 - 0.59%C (Ví dụ theo tiêu chuẩn AISI có thép 1040) Có sự cân bằng giữa độ mềm và độ cứng, có khã năng chống bào mòn tốt, phạm vi ứng dụng rộng rãi là các thép hình cũng như các chi tiết may…
- Thép cacbon trung bình được sử dụng trong thực tế như bộ cửa trượt hôp 1040
Trang 33 Thép có hàm lượng cacbon cao.
- Thép cacbon cao trong khoảng 0.6 - 0.99%C Rất là bền vững sử dụng để sản xuất nhíp,
lò xo, kéo thành sợi dây thép chịu cường độ lớn
- Thép cacbon cao được sử dụng trong thực tế như làm lò xo chịu lực lớn
4 Thép cacbon đặc biệt cao
- Thép cacbon đặc biệt cao này có lượng cacbon trong khoảng từ 1.0 – 2.0%C Thép này khi tôi sẽ đạt được độ cứng rất cao Dùng trong các việc dân dụng như dao cắt, trục xe hoặc đầu búa, phần lớn thép này với hàm lượng 1.2%C được sử dụng trong công nghê luyện kim bột và luôn được xép vào với thép có lượng cacbon cao
- Một số ứng dụng của thép với hàm lượng cacbon đặc biệt cao như làm đầu búa, dao cắt
và luyện kim bột
- Sử dụng làm đầu búa rất cúng và bền
Trang 4II THÀNH PHẦN HÓA HỌC THÉP THEO TCVN
1 Thép TOCT 380 - 89
a Mác thép CT31
- Theo tiêu chuẩn của Nga thì thép CT3/CT31 có hàm lượng cacbon vào khoản 0.14 – 0.22%C có kết cấu và chất lượng bình thường so với các thép khác Nhưng tính chất của thép CT3/CT31 có tính hàn được là không giới hạn không nhạy cảm với độ nhảy của điểm trắng (Khuyết tật của thép), không có khuynh hướng giòn
- Thép CT3/CT31 được sử dụng làm thép tấm cường độ cao CT3/Q345B/SB410
Trang 5b Mác thép CT51
- Thép CT51 ( Theo tiêu chuẩn Nga la CT5/CT51) có hàm lượng cacbon từ 0.28 – 0.37%C có kết cấu và chất lương cao hơn thép CT31/CT3 và được sử dụng nhiều trong các công trình
- Thép CT5/CT51 được sử dụng để làm phôi thép
c Thép hình chữ V
- Thép chữ V công dụng, ứng dụng trong các công trình công nghiệp, nông nghiệp, dân dụng, cơ khí chế tạo máy và công nghệ đống tau
Trang 6III HIỂU RÕ HƠN VỀ THÉP, CACBON.
a Ảnh hưởng của thép cacbon đến công dụng, tổ chức, tính chất của thép thường.
- Tuy là nguyên tố hóa học rất bình thường song có thể nói cacbon là nguyên tố quan trọng nhất, quyết định chủ yếu đến tổ chức, tính chất(cơ tinh), công dụng của thép(cả thép cacbon lẫn thép hợp kim thấp)
- Như vậy thấy rõ từ giãn đồ pha Fe-C, khi hàm lượng cacbon tăng lên tỷ lệ xementit là pha giòn trong tổ chức cũng tăng lên tương ứng (cứ thêm 0.10%C sẽ tăng thêm 1.50% xementit) do đó làm thay đổi tổ chức tế vi ở trạng thái căng bằng
- Chính do cacbon có ảnh hưởng lớn đến cơ tính như vậy nên nó có quyết định phần lớn công dụng của thép Muốn dùng thép vào việc gì đều cần xem xét trước tiên là hàm lượng cacbon sau đó mới tới các nguyên tố hợp kim Đều khá kỳ diệu
là chỉ cần thay đổi chút ít hàm lượng cacbon( chênh lệch không quá 0.50%C) có thể tạo ra các mác thép có cơ tính đối lập nhau mà không nguyên tố nào có được Theo hàm lượng cacbon có thể chia làm ba đến bốn nhóm với công dụng và cơ tính rất khác nhau như sau:
- Thép cacbon thấp (<0.25%C) có độ dẻo, độ dai cao nhưng độ bền, độ cứng lại thấp, hiệu quả nhiệt luyện tôi + ram lại không cao Được dùng làm kết cấu xây dựng, tấm lá để dập nguội Muốn năng cao hiệu quả để nhiệt luyên tôi + ram để năng cao độ bền, độ cứng phải qua thắm cacbon
Vd: Các tấm thép dùng để dập nguội các chi tiêt
Trang 7- Thép cacbon trung bình (0.30 – 0.50%C) có độ cứng, độ dẻo, độ dai, độ bền khá cao mặc dù không phải là cao nhất Có hiệu quả nhiệt luyện tôi + ram tốt Tóm lại
có cơ tính tổng hợp cao nên được dùng làm các chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh và
va đập cao
Vd: Nhíp xe chịu lực nén và có độ đàn hồi tốt
- Thép cacbon tương đối cao (>70%C) với ưu điểm là có độ cứng tương đối cao Được dùng làm khuôn dập, dao cắt, dụng cụ đo
Vd: Một khuôn dập chi tiết có độ cứng tương đối cao
Trang 8- Thép có cacbon tương đối cao (0.55 – 0.65%C) với ưu điểm là có độ cứng tương đối cao Giới hạn đàn hồi cao nhất, được dùng làm các chi tiết đàn hồi
Vd: Một hệ thống treo
- Trong một số kiểu phân loại, nhóm thép trung bình có lượng cacbon thay đổi từ 0.30 – 0.65%C Thật ra các giới hạn về thành phần cacbon kể trên để định ranh giới giữa các nhóm cũng không hoàn toàn cứng nhắc, có thể xê dịch đôi chút
- Tính hàn và khã năng dập nguội, dập sâu của thép phụ thuộc nhiều vào hàm lượng cacbon cũng có ảnh hưởng đến tính gia công cắt của thép Nói chung thép cang cứng càng khó cắt nên thép có hàm lượng cacbon có tính gia công kém Song thép qúa mềm và quá dẻo cũng gây khó khăn cho cắt gọt, nên thép cacbon thấp cũng
có tinh gia công cắt kém
- Cacbon thấp ≤ 0,20%C, thường dùng ≤ 0,10%C với tổ chức chủ yếu là ferit (có thể có một lượng không đáng kể peclit); như vậy ferit sẽ quyết định các đặc tính của thép
- Hạt nhỏ và đều Thường yêu cầu cấp 6 - 8 vì như đã biết hạt nhỏ có độ dẻo, độ dai cao hơn, các nứt thường xuất hiện ở những hạt lớn và khi cấp hạt chênh lệch nhau
- Các mác thép để dập sâu và dập các chi tiết phức tạp là C5s, C8s, C10s, C15s, song phổ biến hơn cả là C8s (mác 08K Π của ΓOCT)
- Các thép lá mỏng dùng trong công nghiệp có thể được tráng thiếc (gọi là sắt tây) dùng trong công nghiệp thực phẩm làm đồ hộp, hoặc tráng kẽm hay kẽm - nhôm
Trang 9(gọi là tôn lợp) để làm tăng tính chống ăn mòn trong khí quyển.
- Lượng cacbon của thép trong giới hạn 0.10 – 0.40%C để bảo đảm có độ cứng thấp vừa phải, dễ cắt gọt với tổ chức phần lớn là ferit và một phần peclit Đặc điểm quan trọng nhất về tổ chức của thép dễ cắt là phải tạo ra các pha có tính giòn Nhất định làm cho phoi dễ gãy và cũng nhờ đó mà bề mặt gia công nhẵn, bóng hơn
- thép C10 có lượng cacbon chiếm 0.07 – 0.14%C có độ cứng cao được làm các chi tiết cứng và khó bị mòn như bu lông
Trang 10- C15 trong điều kiện thông thường của sản xuất luyện kim mác thép này có khoảng 0,20%C
- Như vậy thép cacbon với các mác thép trên chỉ áp dụng cho các chi tiết nhỏ (ф < 20mm), hình dạng đơn giản, tính chống mài mòn yêu cầu bình thường
- C20 trong điều kiện thông thường của sản xuất luyện kim mác thép này có khoảng 0,20%C, có độ dai cao, độ bền tốt
b Phân loại thép cacbon.
- Có nhiều cách phân loại thép cacbon mà mỗi cách cho biết một đặc trưng riêng biệt cần
để ý để sử dụng thép được tốt hơn Theo độ tạp chất có hại và phương pháp luyện
- Rõ ràng là thép càng ít tạp chất có hại (P , S) và các khí (H, O, N) có độ dẻo độ dai càng cao tức có tinh tổng hợp cao Các phương pháp luyện thép khác nhau có khã năng loại trừ tạp chất có hại khác nhau này ở mức cao, thấp khác nhau do đó tạo cho thép chất lượng tốt, xấu khác nhau Có nhiều phương pháp luyện thép xong cho đến hiện nay trên thế giới chỉ còn lại ba phương pháp là lò mactanh, lò điện hồ quang và lò thổi Oxy từ đỉnh( nước
Trang 11ta chỉ sử dụng lò điện hồ quang) Ngoài ra còn một vài phương pháp làm sạch tạp chất ngoài lò
- Lò điện hồ quang
- Lò luyện thép mactanh
Trang 12- Lò luyện thép thổi Oxy.
- Theo mức độ sạch tạp chất khác nhau có các mức độ chất lượng như sau:
+ Chất lượng thường, lượng P, S chỉ được khử đến mức 0.005% (hay cao hơn một chút) cho mỗi nguyên tố Phương pháp luyện thép L – D thường chỉ đạt được cấp chất lượng mặc dù nó cho năng suất rất cao và giá thành rẻ Cấp chất lượng này thường chỉ áp dụng cho nhóm thép có yêu cầu không cao như một số thép xây dựng thông dụng
Trang 13+ Chất lượng tốt lượng P, S được khử đến mức 0.040% cho mỗi nguyên tố Phương pháp luyện thép bằng lò mactanh và lò điện hồ quang dễ dàng đạt được cấp chất lượng này Cấp chất lượng này thường được áp dụng cho chế tạo máy thông dụng, tức có yêu cầu cao hơn
Vd: Một chi tiết máy dùng để cán
Trang 14+ Chất lượng cao, lương P, S được khử hết sức cẩn thận đến mức 0.030% cho mỗi nguyên tố Với các biện pháp kỹ thuật bổ sung (dùng chất khử mạnh, tuyển chọn nguyên liệu vào…) vẫn có thể đạt được cấp chất lượng này bằng cách luyện thép trong lò điện hồ quang
Vd: Một bộ ổ khóa rất cứng và chắc chắn
+Chất lượng rất cao, lượng P, S được khử ở mức độ triệt để nhất 0.020% cho mỗi nguyên tố Chỉ với các lò điện hồ quang không thể đạt được giới hạn này Thép sau khi luyện ở lò này được tinh luyện tiếp tục, khử tạp chất ở ngoài lò bằng xi tổng hợp, bằng điện xi Ngoài ra để giảm lượng khí tối đa chứa trong thép người ta phải áp dụng đúc rót thép chân không
Trang 15- Các thép cacbon có thể được cung cấp ở ba cấp chất lượng: Thường, tốt, cao( ít gập) Các thép hợp kim không có cấp chất lượng thường, chỉ có các cấp: Tốt, cao
và rất cao Thép xây dựng thường chỉ yêu cầu cấp chất lượng thường, trong khi đó thép chế tạo máy phải có chất lượng từ tốt trở lên Riêng thép làm ổ lăn phải đạt cấp chất lượng rất cao
Vd: một ổ lăn được làm bằng thép cấp chất lượng cao và chịu lực khá tốt
mục đích sử dụng hay theo công dụng có thể chia thép cacbon ra làm hai nhóm thép kết cấu và thép dụng cụ
Trang 16- Thép kết cấu là loại thép được dùng làm các kết cấu, chi tiết chịu tải( lực) do đó ngoài yêu cầu về độ bền bảo đảm còn cần phải có đủ độ dẻo, độ dai yêu cầu tức là
cơ tính tổng hợp Đây là nhóm thép được sử dụng thường xuyên nhất với khối lương lớn nhất
- Thép dụng cụ là loại thép chỉ chuyên dùng làm dụng cụ có từ 0.6 – 0.7%C nên yêu cầu về độ cứng và chống mài mòn rất cao
c
Ưu điểm và nhược điểm của thép cacbon.
- Ưu điểm:
Thép cacbon được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật nói chung và chế tạo máy vì ba ưu điểm sau:
1) Rẻ, dễ kiếm không phải dùng những hợp kim đắt tiền
Trang 172) Có cơ tính tổng hợp nhất định phù hợp với các điều kiện thông dụng.
3) Có tính công nghệ tốt: dễ đúc, cán, rèn, kéo sợi, hàn, gia công cắt( so với thép hợp kim)
- Nhược điểm:
Thép cacbon cũng có nhiều nhược điểm nhưng trong đó có những nhược điểm đán chú ý là:
1) Độ thắm tôi thấp nên hiệu quả hóa bền bằng nhiệt luyện tôi + ram không cao, do
đó ảnh hưởng xấu đến độ bền, đặc biệt đối với tiết diện lớn
Vd: thép có độ bền kém dẫn đến tình trang thép bị rỉ sét sau thời gian sử dụng
2) Tính chịu nhiệt độ cao kém: Khi nun nóng độ bền cao của trạng thái tôi giảm đi nhánh chống do mectenxit bị phân hóa ở trên 200oC, ở trên 570oC bị Oxy hóa nhanh
Vd: Thép không chiu được nhiệt độ cao sẽ bị chảy ra
Trang 183) Không có các tính chất vật lý hóa học đặc biệt như cứng nóng, chống ăn mòn so với thép hợp kim lại tránh được các nhược điểm nay
Vd: Thép hợp kim chống ăn mòn chịu nhiệt cao hơn so với thép cacbon
IV THÉP CACBON TRONG THỰC TẾ.
- Trong thực tế thép cacbon được dùng làm các chi tiết với mặt cắt ngang nhỏ, hình
dạng đơn giản, chịu tải trọng nhẹ và vừa phải, làm việc ở nhiệt độ thường trong khi
đó thì thép hợp kim lại được sử dụng ngược lai