Đề cương môn họcKiểm tra Kim loại và Công nghệ Nhiệt luyện

Nêu những khái niệm cơ bản về cấu tạo mạng tinh thể kim loại và cấu trúc tinh thể điển hình của kim loại?. I , Khái niệm về kim loại: Kim loại là vật thể sáng, dẻo có thể rèn được, có tí

Đề cương môn học Kiểm tra Kim loại và Công nghệ Nhiệt luyện

1 Nêu những khái niệm cơ bản về cấu tạo mạng tinh thể kim loại và cấu trúc tinh thể điển hình của kim loại?

2 Nêu các dạng sai lệch mạng tinh thể trong kim loại?

3 Sự kết tinh là gì? Nêu sự hình thành các tổ chức trong hạt kim loại?

4 Nêu khái niệm về các dạng giản đồ pha? Vẽ hình và giải thích về giản đồ pha loại I, II, III, IV?

5 Vẽ giản đồ pha Fe-Fe3C và nêu các chuyển biến khi làm nguội chậm, các tổ chức 1 pha, 2 pha, các điểm và đường tới hạn.?

6 Các loại chuyển biến khi nung và làm nguội thép?

7 Trình bày về phương pháp Tôi- Thường hóa- Ủ- Ram?

8 Nêu các phương pháp xử lý hóa- lý trên bề mặt kim loại?

9 Thành phần hóa học và phân loại thép các-bon?

10.Thành phần hóa học và phân loại thép hợp kim?

11 Trình bày các khái niệm các loại thép cán nóng?

12.Trình bày các khái niệm các loại thép kết cấu?

13.Trình bày các khái niệm các loại thép dụng cụ?

14.Nêu các đặc điểm và phương pháp nhiệt luyện thép không gỉ?

Câu 1 : Nêu những khái niệm cơ bản về cấu tạo mạng tinh thể kim loại và cấu trúc tinh thể điển hình của kim loại ?

I , Khái niệm về kim loại: Kim loại là vật thể sáng, dẻo có thể rèn được, có tính dẫn nhiệt và

dẫn điện cao

Cấu tạo mạng tinh thể : ion kim loại sắp xếp theo trật tự nhất định trong không gian và tạo

thành kiểu mạng tinh thể nhất định

Đặc điểm :

+ Mạng tinh thể là mô hình hình học mô tả sự sắp xếp có quy luật của các nguyên tử (phân tử) trong không gian

+ Mạng tinh thể bao gồm các mặt đi qua các nguyên tử, các mặt này luôn luôn song song cách đều nhau và được gọi là mặt tinh thể

+ Ô cơ sở là hình khối nhỏ nhất có cách sắp xếp chất điểm đại diện chung cho mạng tinh thể

- Có 14 kiểu mạng tinh thể khác nhau , thuộc 7 hệ nhưng thường gặp nhất là 3 kiểu mạng tinh thể chính

+ Mạng lập phương thể tâm: là hình lập phương, có cạnh bằng a,các nguyên tử (ion) nằm ở

các đỉnh và ở tâm của khối lập phương

Các kim loại nguyên chất có kiểu mạng này như: Fe α , Cr, W, Mo, V

+ Lập phương diện tâm: các nguyên tử (ion) nằm ở các đỉnh và giữa (tâm) các mặt của hình

lập phương

Các kim loại nguyên chất có kiểu mạng này như : Fe  , Cu, Ni, Al, Pb…

+ Lục giác xếp chặt: bao gồm 12 nguyên tử nằm ở các đỉnh, 2 nguyên tử nằm ở giữa 2 mặt

đáy của hình lăng trụ lục giác và 3 nguyên tử nằm ở khối tâm của 3 lăng trụ tam giác cách đều nhau

Các kim loại nguyên chất có kiểu mạng này như: Mg, Zn…

… ……….

Câu 2 : Nêu các dạng sai lệch mạng tinh thể trong kim loại?

Theo kích thước của sự sắp xếp không trật tự ta chia sai lệch ra làm 3 loại: sai lệch điểm sai lệch đường và sai lệch mặt

a , Sai lệch điểm: Đó là loại sai lệch có kích thước rất nhỏ (cỡ kích thước nguyên tử) theo

ba chiều không gian, có dạng bao quanh một điểm.bao gồm các dạng

+ nút trống: là những vị trí thiếu nguyên tử do dao động nhiệt gây ra

+ Có nguyên tử nằm xem kẽ : chất điểm nhảy khỏi vị trí cân bằng , và nằm ở vị trí nào đó trong mạng tạo nên sự xen kẽ hay còn gọi là sai chỗ

+Có nguyên tử lạ thay thế : trong mạng tinh thể luôn có lẫn nguyên tử khác thường gọi

là tạp chất Do kích thước của kim loại nền và nguyên tử tạp chất khác nhau nên có sự

sô lệch cục bộ quanh vị trí của nó , tao nên khuyết tật

+ nguyên tử lạ xem kẽ : những nguyên tử lạ nằm ở vị trí nào đó trọng mạng tạo xen kẽ

=>Số lượng các nút trống và nguyên tử xem giữa nút mạng có xu hướng phụ thuộc vào nhiệt độ Nhiệt độ càng tăng số lượng của chúng càng nhiều, tuy nhiên không vượt quá 1-2% Kim loại càng bẩn thì khả năng nguyên tử lạ chui vào mạng tinh thể càng nhiều và

do đó số lượng sai lệch càng tăng

b,Sai lệch đường : là các sai lệch có kích thước lớn theo 1 chiều đo và bé theo 2 chiều còn lại

Nó có dạng l:

+ lệch biên : do sự xô lệch của các nguyên tử do tác động từ bên ngoài làm lệch trục, trục này chính là biên của bán mặt => nửa tinh thể chịu được áp suất nén nửa còn lại chịu áp suất kéo + lệch xoắn : tâm có sự xô lệch, các nguyên tử sắp xếp lại có dạng hình xoán ốc giống như mặt vít

+lệch hỗn hợp: kết hợp của lệch đường và lệch xoắn

 Có ảnh hưởng đến biến dạng của kim loại và Sai lệch xoắn giúp cho mầm phát triển nhanh khi kết tinh

c , sai lệch mặt : là sai lệch có kích thước lớn theo 2 chiều đo và bé theo chiều đo còn lại Nó

có dạng mặt cong và mặt phẳng Các dạng điển hình cảu sai lệch mặt là :

+ biện giới hạt

+ biên giới pha

+ khuyết tật xếp và xong tính

Ví dụ : khuyết tật khi đúc, nứt…

………

Câu 3: Sự kết tinh là gì? Nêu sự hình thành các tổ chức trong hạt kim loại?

- Sự kết tinh là hình thành mạng tinh thể của kim loại từ trạng thái lỏng sang

trạng thái rắn.Khi chuyển từ lỏng sang rắn làm mạng tinh thể tự động chuyển thành dạng sắp xếp có trật tự một cách không hoan toàn.Kết tinh là bước đầu của

sự hình thành tổ chức hạt

- Sự hình thành các tổ chức trong kim loại:

 Điều kiện xảy ra kết tinh

+ T >Ts → vật tồn tại ở trang thái lỏng vì năng lượng tự do trạng thái lỏng nhỏ hơn năng lượng tự do ở trang thái rắn Fl <Fr

+ T<Ts → kim loại tồn tại ở trạng thái rắn vì Fr< Fl

+T=Ts → chuyển trạng thái lỏng <-> rắn → xảy ra kết tinh

∆ T =T s−T kt

Kết tinh luôn xảy ra khi có nhiệt độ quá nguội

 Sự hình thành của các tổ chức kim loại

- Sự sinh mần kết tinh : Mầm

( thiếu )

Câu 4: Nêu khái niệm về các dạng giản đồ pha? Vẽ hình và giải thích về giản đồ pha loại I, II, III, IV?

a, giảng đồ pha loại 1: là giảng đồ trạng thái 2 cấu tử A và B hòa tan vào nhau ở

trạng thái lỏng, không hòa tan vào trạng thái rắn và không tạo thành các pha trung gian

- A là nhiệt độ nóng chảy của nguyên tố A

- B là nhiệt độ nóng chảy của nguyên tố B

- Đường lỏng ( AEB) là đường ranh giới giữa vùng hoàn toàn lỏng và rắn

- Đường đặc (CED) là đường ranh giới giữa vùng hoàn toàn rắn và vùng

không hoàn toàn răn

- Đường CD có nhiệt độ không đổi còn gọi là đường cùng tinh

- Khu vực nằm trên đường lỏng hợp kim hoàn toàn ở trạng thái lỏng

- Khu vực nằm giữa đường lỏng và đường đặc sẽ gồm 2 pha lỏng và rắn đã

được kết tinh

- Điểm E gọi là điểm cùng tinh, pha lỏng có thành phần ứng với điểm E có

tính chất đặc biệt là tại nhiệt độ này pha lỏng kết tinh và đồng thời cả 2 pha

và (A+B) được gọi là hỗn hợp cùng tinh

- Hợp kim có thành phần nằm chính giữa điểm E cững đc gọi là cùng tinh

b, giảng đồ pha loại 2 :là giản đồ trạng thái hòa tan hoàn toàn vào nhau ở trạng

thái lỏng cũng như ở trạng thái rắn và không tạo thành chất trung gian

vùng giữa 2 đường lỏng và đặc được gọi là khoảng đông , vùng này gồm 2 pha là pha lỏng và dung dich rắn α

- αlà dung dịch rắn hòa tan vô hạn của A(B) trên thực tế hơp kim đồng, niken, nhôm oxit, crom oxit

c, giản đồ pha loại 3 : là giản đồ trạng thái 2 nguyên tử A và B hòa tan vô hạn

vào nhau ở trạng thái lỏng và hòa tan có hạn vào nhau ở trạng thái rắn và không tạo thành pha trung gian

+ các hợp kim nằm phía trái điểm F và phí phải điểm G có quy luật quyết định

giống giản đồ loại 2

+ các hợp kim có thành phần nằm trong khoảng C’D’ có quy luật kết tinh giống

giản đồ loại 1

+ cũng có hợp kim cùng tinh E và trước cùng tinh ( trái E ) sau cùng tinh ( phải

E)

+ dung dịch rắn ở đây đều có hạn với đường CF,DG

+ các hơp kim có thành phần nằm trong khoảng FC’ và D’G có quy luật kết tinh

hơi khác so với loại 1

d,giản đồ pha loại 4 : là giản đồ 2 nguyên tử A và B không hòa tan vào nhau ở

trạng thái rắn nhưng tạo lên phân trung gian có dạng AmBn có dạng tổng quát

ở đây AmBn viết tắt là H là pha trung gian ổn định với nhiệt độ chảy cố định , không bị phân hủy trước khi nóng chảy được coi như 1 câu tử

do 2 cấu tử không hòa tan vào nhau nên ta coi giản đồ loại 4 là giản đồ kết hợp giữa loại 1

Câu 5:

Giản đồ pha Fe - Fe3C

 Các chuyển biến khi làm nguội chậm:

Sự tiết pha Fe3C dư ra khỏi dung dịch rắn của cacbon trong các dung dịch rắn + Trong Fe γ theo đường ES

+ Trong Fe α theo đường PQ

- Chuyển đổi bao tinh : 1499 ℃

δH + LB → γH hay δ0,10 + L0,50 → γ0,16H + LB → γH hay δ0,10 + L0,50 → γ0,16H hay δH + LB → γH hay δ0,10 + L0,50 → γ0,160,10 + L0,50 → γH hay δ0,10 + L0,50 → γ0,160,16

- Chuyển biến cùng tinh : 1147℃

LC → (γH hay δ0,10 + L0,50 → γ0,16E + Fe3CF) hay L4,3 → (γH hay δ0,10 + L0,50 → γ0,162,14 + Fe3C6,67)

- Chuyển biến cùng tích: 727 ℃

γH hay δ0,10 + L0,50 → γ0,16S → [αP + Fe3CK] hay γ0,8 → [α0,02 + Fe3C6,67]αP + Fe3CK] hay γH hay δ0,10 + L0,50 → γ0,160,8 → [αP + Fe3CK] hay γ0,8 → [α0,02 + Fe3C6,67]α0,02 + Fe3C6,67]

 Các tổ chức 1 pha :

- Ferit (Fe α) là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon trong Feα với mạng lập

phương tâm khối trên giản đồ trạng thái Fe α có ở GPQ độ hòa tan trong

Fe α rất nhỏ (lớn nhất là 0,02%C ở 727oC - điểm P, ở nhiệt độ thường thấp

nhất chỉ còn 0,006%C - điểm Q ) Ferit là một trong hai pha tồn tại ở nhiệt

độ thường và khi sử dụng (< 727oC) Có thể coi Fe α là nguyên chất nên có

tính dẻo và dai

- Austenit [αP + Fe3CK] hay γ0,8 → [α0,02 + Fe3C6,67] FeγH hay δ0,10 + L0,50 → γ0,16 ] là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon trong FeγH hay δ0,10 + L0,50 → γ0,16 với mạng lập

phương tâm mặt (a ≈ 0,364nm) với lượng hòa tan đáng kể cacbon (cao nhất tới 2,14% hay khoảng 8,5% về số nguyên tử ở 1147oC - điểm E, tức tối đa tính bình quân cứ ba - bốn ô cơ sở mới có thể cho phép một nguyên tử cacbon định vị vào một lỗ hổng tám mặt trong chúng, ở 727oC chỉ còn 0,80%C - điểm S Austenit là pha dẻo và dai song nó chỉ tồn tại ở nhiệt độ cao (> 727oC)

- Xêmentit ( Xe, Fe3C) là pha xen kẽ với kiểu mạng phức tạp có công thức

Fe3C và thành phần 6,67%C độ cứng của Xe cao khoảng 800 HP, rất cứng

và giòn

+ Xêmentit thứ nhất (XeI) được tạo thành do giảm nồng độ cacbon trong hợp kim lỏng theo đường DC Với nhiệt độ từ 600 -> 1147 có dạng thô, to XeI chỉ được tạo thành khi có > 4,3%C

+ Xêmentit thứ hai (XeII) được tạo thành do giảm nồng độ cacbon trong austenit theo đường ES trong khoảng nhiệt độ (1147-727) khi độ hòa tan của C trong sắt giảm từ 2,14% -> 0,8%

+ Xêmentit thứ ba (XeIII) được tạo thành đo giảm nồng độ cacbon trong ferit theo đường PQ khi hạ nhiệt độ ( t < 727) khi độ hòa tan của C trong ferit giảm

từ (0,02 – 0,006%)

 Giản đồ pha loại 2 :

- Peclit ( P) là hỗn hợp cùng tích của ferit và xêmentit được tạo thành từ

austenit với 0,80%C và ở 727oC peclit là tổ chức khá bền, cứng nhưng cũng

đủ dẻo, dai đáp ứng rất tốt các yêu cầu của vật liệu kết cấu và công cụ

Fe c (0,8) →(Fe+ Xe)

- Lêđêburit ( Le) là hỗn hợp cùng tinh của austenit và xêmentit tạo thành từ

pha lỏng với 4,3%C ở 1147oC

γ → P

Le là hỗn hợp của P và Xe nên rất cứng và giòn

 Các điểm tới hạn :

Các điểm mà tại đó hợp kim của C chuyển biến ở trạng thái rắn và được kí hiệu

A Ta xếp 3 điểm tới hạn có lien quan tới nhiệt luyện là A1, A3,Acm

- A1(727℃) xảy ra chuyển biến cùng tích PSK

+ Khi làm nguội là γ → P

+ Khi nung nóng p→ γ

- A3 (911→727 ) là đường GS

+ Khi làm nguội thì γ → F

+ khi nung nóng F→ γ

- Acm(1147-727) là đường ES

+ Khi làm nguội γ → Xe

+ khi nung nóng Xe → γ

………

Câu 9: Thành phần hóa học và phân loại thép các-bon?

Thép cacbon là loại thép thông thường, ngoài Fe và C ra còn chứa các tạp chất thường có như: Mangan, silic, phốt pho…

a , thành phần hóa học :trong thép các bọn ngoài 2 thành phần chính là C và Fe

+ tập chất co lợi : Mn, Si

+ tạp chất có hại : P, S

+ Các tạp chất ngẫu nhiên ( thép có lợi ) :Cr, Ni , Cu

+ Các tạp chất ẩn ( thường có hại ) : N, O, H

b,phân loại: Có nhiều cách phân loại thép cacbon như:

 Theo tổ chức tế vi:

+thép trước cùng tích(P+F)

+ thép sau cùng tích(p+Xe2)

 Theo phương pháp luyện kim

+ Dùng lò Mactanh tường lò có tính bazo có thể khử được P,S

+ dung lò điện : ( thép hợp kim) có khả năng khử P,S mạnh thép chất lượng cao

 Theo hàm lượng cacbon

+ thép có chất lượng thường có thể chứa tới 0,06 %S và 0,07%P

+ thép có chất lượng tốt không cho quá phép 0,04%S và 0,035 %P

+ thép có chất lượng cao không cho phép chứa quá 0,025% mỗi nguyên tố +thép có chất lượng đặc biệt cao k cho phép chứa 0,015%S và 0,025% P

+ thép sôi :là loại khử oxi hóa không triệt để , gây khí sôi trên bề mặt

+ thép lặng : được khử oxi triệt để nên không gây hiện tượng sôi trên bề mặt + thép nửa lắng : vừa khử trong buồng lò , vừa khử ở ngoài , theo mức độ hử oxi hóa thép nửa lắng có vị trí trung gian giữa thép sôi và thép lắng, chỉ đc khửu oxi hóa bằng Fe-Mn; Al

+ thép xây dựng ( chất lượng thường ) Loại này có cơ tính không cao, dùng để chế tạo các chi tiết máy, các kết cấu chịu tải nhỏ

+ thép kết cấu : chất lượng tốt Nhóm này có chất lượng cao hơn nhóm chất lượng thường thể hiện ở hàm lượng các tạp chất có hại (S £ 0,04%, P £ 0,035%), hàm lượng cacbon chính xác và chỉ tiêu cơ tính rõ ràng

+ thép dụng cụ :Là loại thép có hàm lượng cacbon cao (0,7 - 1,4%) có hàm lượng tạp chất S và P thấp (< 0,025%) Thép cacbon dụng cụ tuy có độ cứng cao

khi nhiệt luyện nhưng chịu nhiệt thấp nên chỉ dùng làm các dụng cụ như: đục, dũa, dụng cụ đo hay các loại khuôn dập

………

Thép hợp kim là loại thép chứa trong nó một lượng thành phần các nguyên tố hợp kim thích hợp Người ta cố ý đưa vào các nguyên tố đặc biệt với một lượng nhất định để làm thay đổi tổ chức và tính chất của thép

a, thành phần hóa học:

thép hợp kim thường có các thành phần nguyên tố hợp kim lớn hơn bình thường , trong khi thành phần có hại được hạn chế

Các nguyên tố đặc biệt được gọi là nguyên tố hợp kim: Cr, Ni, Mn, Si, W, V, Co,

Mo, Ti, Cu Chính nhờ các nguyên tố hợp kim đó mà làm cho thép hợp kim nói chung có những ưu điểm vượt trội so với thép cacbon như:

- Về cơ tính: thép hợp kim nói chung có độ bền có độ bền cao hơn hẳn so với thép cacbon Điều này thể hiện đặc biệt rõ ràng sau khi nhiệt luyện tôi và ram

- Về tính chịu nhiệt độ cao: thép hợp kim giữ được cơ tính cao của trạng thái tôi ở nhiệt độ cao hơn 2000C Muốn đạt được điều này thì thép phải được hợp kim hóa bởi một số nguyên tố với hàm lượng tương đối cao

b, Phân loại thép hợp kim

 Phân loại theo nồng độ hợp kim trong thép

Gồm ba loại:

- Thép hợp kim thấp: có tổng lượng các nguyên tố hợp kim đưa vào < 2,5%

- Thép hợp kim trung bình: có tổng lượng các nguyên tố hợp kim đưa vào từ 2,5

- 10%

- Thép hợp kim cao: có tổng lượng các nguyên tố hợp kim đưa vào > 10%

b Phân loại theo nguyên tố hợp kim

Cách phân loại này dựa vào tên của các nguyên tố hợp kim chính của thép Nhằm đánh giá khá chính xác về giá cả và xác định được phmj vi sử dụng gồm : thép Crôm , thép Mn, thép Ni,

c Phân loại theo công dụng

mục đích của phương pháp này nói ro tác dụng của thép trong kĩ thuật bao gồm; thép kết cấu hợp kim, thép dụng cụ hợp kim , thép không gỉ, thép chịu nhiệt, thép chịu mài mòn, thép có tính chất vật lý đặc biệt

………

Câu 11: Trình bày các khái niệm các loại thép cán nóng, định nghĩa phân loại, kí hiệu ?

Có thể thấy rằng tuy có bản chất như nhau (làm biến dạng dẻo) song dụng cụ biến dạng nóng có điều kiện làm việc hơi khác dụng cụ biến dạng nguội và cắt do các đặc điểm sau đây

- Dụng cụ (khuôn) luôn luôn tiếp xúc với phôi nóng tới ~ 1000oC nên bản thân khuôn cũng bị nung nóng tới 500 - 700oC song không thường xuyên, liên tục

- Do được nung nóng đến trạng thái austenit nên phôi thép có tính dẻo cao,

vì thế độ cứng của khuôn không cần cao như dụng cụ biến dạng nguội

- Các dụng cụ biến dạng nóng thường có kích thước lớn, chịu tải trọng lớn,

có thể đạt tới vài trăm - vài nghìn tấn.( thiếu )

Câu 12 : Trình bày các khái niệm kí hiệu và phân loại thép kết cấu?

Thép kết cấu được quy định chặt chẽ về t hành phần hóa học dung để sản xuất các chi tiết máy

 Yêu cầu :

- Tính công nghệ cao ( hàn, gia công áp lực, cắt , gọt)

- Cơ tính phải đảm bảo

 Thép kết cấu được chia ra thành các nhóm :

- Thép thấm C : thép kerte cấu có thành phần %C <0,25 % dùng sản xuất các chi tiết có độ cứng về bề mặt cao và lõi giư nguyên độ dẻo dai

Công nghệ nhiệt luyện: thấm C+ tôi 2 lần+ ram thấp