BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC BÀI 3: NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC GANG GRAPHITE

MỤC ĐÍCH YÊU CẦU - Quan sát được tổ chức tế vi của gang graphite trên kính hiển vi kim loại.. Điều kiện hình thành graphite Qua giản đồ trạng thái Fe-C ta chỉ thấy tồn tại thép và gang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

Ho Chi Minh University of Technology and Education

………… o0o…………

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC

BÀI 3: NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC GANG GRAPHITE

GVHD: ThS NGUYỄN THANH TÂN

SVTH: CAO VĂN ĐỨC HIỀN MSSV: 19344030

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

Điểm: ………

KÝ TÊN

I MỤC ĐÍCH YÊU CẦU

- Quan sát được tổ chức tế vi của gang graphite trên kính hiển vi kim loại

- Biết được các loại gang graphite qua tổ chức tế vi

- Phân tích được giản đồ trạng thái Fe-C

- Phân biệt được sự khác nhau giữa thép và gang trắng.cứng của thép

II CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

1 Khái niệm

Graphite: với kiểu mạng lục giác xếp lớp có cấu trúc đơn giản

a=2,5A0; c/a=2,74 Lực liên kết hóa trị trong mỗi lớp rất lớn,

còn lực hút giữa các lớp thì rất yếu vì khoảng cách giữa các lớp

quá xa nên graphite rất mềm và rất dễ tách lớp (Hình3.1) Gang

graphite là hợp kim sắt – cacbon mà mộtphần hay toàn bộ

cacbon của nó tồn tại dưới trạng thái tự do tập trung thành các

phần tử graphite

2 Điều kiện hình thành graphite

Qua giản đồ trạng thái Fe-C ta chỉ thấy tồn tại thép và gang trắng mà không có mặt của graphite.Sự tạo thành graphite phụ thuộc nhiều yếu tố như: nhiệt độ, tốc độ nguội, thành phần hóa học, sự tạomầm…

Ta có: F= f(T) Năng lượng tự do của các pha phụ thuộc vào nhiệt độ

F(Ce) > F(graphite) => graphite ổn định hơnCe

Pha lỏng có thành phần hóa học và kiểu mạng tinh thể gần giống Ce nên từ pha lỏng việc tạo mầm và hình thành Ce là dễ dàng, mặt khác năng lượng tạo mầm Ce nhỏ hơn năng lượng hình thành graphite, vì thế để có được graphite cần tạo điềukiện để mầm graphite phát triển, quá trình đó gọi là quá trình graphite hóa

Hình 1.0 – Mạng tinh thể Graphite

3 Quá trình graphite hóa

Quá trình này phụ thuộc vào 2 yếu tố:

Thành phần hóa học:

+ Các nguyên tố hóa học làm tăng khả nănggraphite hóa như: Si,

Ca, C,…

+ Các nguyên tố làm cản trở quá trìnhgraphite hóa như: Al, Zn,

Pb, … đặc biệt là S

Tốc độ nguội: Càng lớn càng cản trở quá trình graphite hóa, càng

nhỏ càng thúc đẩy quá

trình graphite hóa

Nếu quá trình graphite hóa diễn ra thì sẽ tạo thành được gang

graphite

4 Hình dạng graphite: graphite có thể quan sát thấy ngay

sau khi đánh bóng mà không cần tẩm thực Có 3 loại:

- Graphite dạng tấm (Hình 1.1)

- Graphite dạng cụm bông (Hình 1.2)

- Graphite dạng cầu (Hình 1.3)

5 Phân loại gang graphite

Dựa vào hình dạng của graphite người ta chia

thành 3 loại sau:

+ Gang xám: Graphite dạng tấm

+ Gang cầu: Graphite dạng hình cầu

+ Gang dẻo: Graphite có dạng cụm bông (giống bông cúc)

5.1 Gang xám

Là 1 loại gang graphite mà graphite của nó có dạng tấm, hai đầu nhọn Gang xám có độ cứng thấp Tùy thuộc vào mức độ graphite hóa có 3 loại gang xám:

* Gang xám Ferrite: Tổ chức tế vi là G tấm trên nền Ferrite

* Gang xám Ferrite + Pearlite: Tổ chức tế vi là G tấm trên nền Ferrite+Pearlite

* Gang xám Pearlite: Tổ chức tế vi là G tấm trên nền Pearlite

Ứng dụng:

Hình 1.1

Hình 1.2

Hình 1.3

- Do gang xám có tính chất chịu ma sát tốt nên được dùng để chế tạo các ổ trượt và bánh

răng

- Do những đặc tính sẵn có của gang xám, người ta sử dụng loại gang này rất nhiều trong

ngành chế tạo máy, đúc các băng máy lớn có độ phức tạp cao hay các chi tiết không cần chịu

độ uốn lớn và cần chịu lực nén tốt.

5.2 Gang dẻo

Là 1 loại gang graphite mà graphite của nó có dạng cụm, được tạo thành bằng cách ủ từ gang trắng giảm từ nhiệt độ (10000C) với thời gian ủ khá dài

Qui trình ủ gang dẻo:Gang dẻo có độ bền cao hơn gang xám nhưng thấp hơn gang cầu

Tùy vào mức graphite hóa khi ủ, có 3 loại gang dẻo:

- Gang dẻo Ferrite

- Gang dẻo Ferrite + Pearlite

- Gang dẻo Pearlite

Ứng dụng:

Gang dẻo ít sử dụng hơn gang xám mặc dù có cơ tính tổng hợp cao, tuy nhiên giá thành gang dẻo khá cao so với gang xám vì công nghệ chế tạo nó phức tạp Chính vì lý do trên mà gang dẻo chỉ dùng làm vật liệu chế tạo chi tiết máy khi thỏa mãn 3 điều kiện sử dụng sau:

- Chịu va đập và chịu kéo.

- Hình dáng phức tạp.

- Chi tiết có dạng thành mỏng (thường là 20 - 30mm, dày nhất là 40 - 50mm).

Gang dẻo được dùng làm các chi tiết máy trong các máy nông nghiệp, ô tô, máy kéo, máy dệt…

5.3 Gang cầu (gang có độ bền cao)

Là 1 loại gang graphite mà graphite của nó có dạng hình cầu, được tạo thành bằng cách biến tính gang xám khi đúc với những nguyên tố cầu hóa như Mg, Ce…Gang cầu có độ bền cao gần bằng thép

Tùy thuộc vào quá trình graphite hóa có 3 loại gang cầu:

- Gang cầu Ferrite

- Gang cầu Ferrite + Pearlite

- Gang cầu Pearlite

Ứng dụng:

Do có nhiều ưu điểm về cơ tính nên gang cầu được sử dụng ngày càng nhiều để thay thế cho thép trong trường hợp chi tiết có hình dáng phức tạp, đặc biệt là trục khuỷu các động

cơ nhẹ Do đó giảm được hao phí nguyên vật liệu mà vẫn đảm bảo được điều kiện làm việc.

Gang cầu dùng để chế tạo các chi tiết máy trung bình và lớn, hình dạng phức tạp, chịu tải trọng cao, chịu kéo và va đập như các loại trục khuỷu, trục cán… Ngày nay gang cầu còn được sử dụng rộng rãi trong việc sản xuất nắp hố ga , song thoát nước

Nắp hố ga

5.4 Hình tóm tắt Gang graphite.

 Có từ 7 mẫu được đánh số theo thứ tự 1; 2; 3;…

 Sinh viên tiến hành quan sát tất cả trên kính hiển vi kim loại và vẽ lại tổ chức tế vi của nó

IV KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT TN.

ST

1

Gang xám Ferrite + Pearlite:

Tổ chức tế vi là G tấm trên nền

Ferrite+Pearlite

2

Gang xám Pearlite: Tổ chức tế vi là Graphite tấm trên nền Pearlite.

Pearlite

Gang trắng sau cùng tinh

4.3% < C < 6.67%

Tổ chức tế vi ở nhiệt độ thưởng: Xe I + Le II đại

lộ Xementit

Ferrite + Pearlite

ssssss