Giáo trình Vật liệu công nghệ kim loại - CĐ Giao thông Vận tải

Giáo trình Vật liệu công nghệ kim loại với mục tiêu giúp bạn học có thể trình bày được đặc điểm, tính chất, kí hiệu và phạm vi ứng dụng của một số vật liệu thường dùng: gang, thép các bon, thép hợp kim, hợp kim cứng, kim loại màu, vật liệu bôi trơn và làm mát, nhiên liệu dùng cho động cơ ô tô. Nhận biết được vật liệu bằng các giác quan, màu sắc, tỷ trọng, độ nhám mịn, nghe âm thanh khi gõ, đập búa, mài xem tia lửa;...

ỦY BAN NHÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI

- -

Bài Giảng VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ KIM LOẠI

TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

Lưu hành nội bộ - Năm 2017

GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ KIM LOẠI

GIỚI THIỆU VỀ MÔN HỌC

a Vị trí, tính chất môn học

- Môn học được bố trí ở học kỳ 1 của khóa học, có thể bố trí dạy song song với các môn

học, mô đun sau: Cơ kỹ thuật, vẽ kỹ thuật, dung sai lắp ghép và KTĐL, nhiệt kỹ thuật

- Tính chất môn học: Là môn học cơ sơ nghề bắt buộc, kiến thức cơ bản để phục vụ cho các môn chuyên ngành

b Mục tiêu của môn học:

Kiến thức chuyên môn

- Tr nh bày được đ c điểm, tính chất, k hiệu và phạm vi ứng dụng của một số vật liệu thư ng d ng: gang, thép các bon, thép hợp kim, hợp kim cứng, kim loại màu, vật liệu bôi trơn và làm mát, nhi n liệu d ng cho động cơ ô tô

- Nhận biết được vật liệu b ng các giác quan, màu sắc, t trọng, độ nhám m n, nghe

âm thanh khi g , đập b a, mài xem tia l a

Kỹ năng nghề

- Kỹ năng lắng nghe; kỹ năng làm việc nhóm; kỹ năng lập kế hoạch và tổ chức công việc;

- Kỹ năng t m kiếm, tổng hợp, phân tích và đánh giá thông tin;

- Kỹ năng s dụng công nghệ thông tin

Thái độ lao động

- Rèn luyện cho học sinh thái độ nghi m t c, tỉ mỉ, chính xác trong thực hiện công việc

- Thái độ biết lắng nghe, ham học hỏi, hứng th với công nghệ

- Thái độ cầu tiến, biết tuân thủ nội quy, quy chế của trư ng, lớp

Các kỹ năng cần thiết khác

B nh tĩnh, tự tin biết kết hợp và làm việc theo nhóm

Nội dung môn học

 Chương 1: Kim loại và hợp kim

 Chương 2: Gang và thép

 Chương 3: Vật liệu phi kim loại

LỜI NÓI ĐẦU

Giáo tr nh “VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ KIM LOẠI” được bi n soạn theo chương tr nh môn học vật liệu và công nghệ kim loại, tài liệu d ng làm tài liệu học tập cho sinh vi n chuy n ngành Công nghệ Kỹ thuật ôtô Ngoài ra còn có thể làm tài liệu tham khảo cho các chuy n vi n và học vi n ngành cơ khí

Nội dung của giáo tr nh được bi n soạn với những kiến thức cơ bản nhất về cơ

kỹ thuật Tr n cơ sở mục ti u môn học khi bi n soạn nhóm tác giả đã cố gắng tr nh bày nội dung giáo tr nh một cách ngắn gọn, dễ hiểu, cuối mỗi chương là tập hợp các câu hỏi và bài tập gi p ngư i học kiểm tra lại kiến thức đã tr nh bày trong chương đó Nhóm tác giả mong r ng với giáo trình này, sinh viên sẽ hiểu được những điều cơ bản nhất của môn sức bền vật liệu, làm kiến thức nền tảng để học tốt các môn chuyên ngành

Giáo trình công nghệ khí nén và thủy lực ứng dụng được biên soạn gồm 3 chương:

Chương 1: Kim loại và hợp kim

Chương 2: Gang và thép

Chương 3: Vật liệu phi kim loại

Trong quá trình biên soạn giáo trình nhóm tác giả xin chân thành cám ơn đã nhận được nhiều ý kiến đóng góp chân thành và vô c ng qu báu của các đồng nghiệp và các chuy n gia trong và ngoài trư ng Giáo trình biên soạn không tránh khỏi một số sai sót nhất đ nh Chúng tôi rất mong tiếp tục nhận được nhiều ý kiến đóng góp của

qu đồng nghiệp và đọc giả để giáo tr nh được bổ sung, chỉnh s a ngày một hoàn thiện hơn

Mục tiêu cần đạt được về kiến thức và kỹ năng sau khi học:

- Về kiến thức: Qua sự đánh giá của giáo vi n và tập thể giáo vi n b ng các bài kiểm

tra viết và trắc nghiệm

- Về kỹ năng: Đánh giá được kỹ năng của sinh viên trong bài kiểm tra đạt các yêu cầu sau:

+ Kỹ năng lắng nghe; kỹ năng làm việc nhóm; kỹ năng lập kế hoạch và tổ chức công việc;

+ Kỹ năng t m kiếm, tổng hợp, phân tích kết quả và đánh giá thông tin;

+ Kỹ năng s dụng công nghệ thông tin

- Về thái độ: Cẩn thận, nghi m t c, tỉ mỉ, chính xác trong thực hiện công việc

tô và cũng là tài liệu tham khảo bổ ích cho học sinh TCCN, CĐN cũng như kỹ thuật vi n đang làm việc ở các hãng s a chữa và garage ô tô

Nhóm tác giả xin chân thành cám ơn tập thể cán bộ giảng dạy tại Khoa Kỹ Thuật Ô

tô Trư ng Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải TpHCM đã đóng góp kiến và kinh nghiệm

để hoàn thiện giáo tr nh này

M c d đã cố gắng nhưng chắc không tránh khỏi khiếm khuyết Nhóm tác giả rất mong nhận được kiến đóng góp của ngư i s dụng để lần tái bản sau giáo tr nh được hoàn chỉnh hơn Mọi kiến đóng góp xin gởi về Khoa Kỹ Thuật Ô tô Trư ng Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải TpHCM – Số 8 – Nguyễn Ảnh Thủ - P Trung Mỹ Tây – Q12 – TpHCM

Nhóm tác giả

CHƯƠNG 1: KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

I KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU CƠ KHÍ

1.1 Khái niệm về vật liệu cơ khí:

Vật liệu cơ khí là các vật chất mà con ngư i s dụng trong sản xuất cơ khí để tạo dựng n n sản phẩm cho cuộc sống như: máy móc, thiết b , xây dựng công tr nh, nhà

c a…

Các nhóm vật liệu phổ biến d ng trong công nghiệp là: vật liệu kim loại, vật liệu vô

cơ - ceramic, vật liệu hữu cơ - polyme, vật liệu kết hợp - compozit Trong đó:

- Vật liệu kim loại (Hình 1.1 - a): là những vật thể dẫn điện tốt, có ánh kim, có khả

năng biến dạng dẻo tốt ngay cả ở nhiệt độ thư ng, kém bền vững hóa học Vật liệu kim loại thông dụng là thép, gang, đồng, nhôm…và các hợp kim của ch ng, đây cũng là nhóm vật liệu được d ng chủ yếu trong sản xuất cơ khí và là đối tượng chính của môn học

- Vật liệu vô cơ - ceramic (Hình 1.1 - b): là các chất dẫn điện kém, không biến

dạng dẻo và rất giòn, rất bền vững hóa học và nóng chảy ở nhiệt độ rất cao Các vật liệu ceramic thông dụng là gốm, sứ, thủy tinh, gạch thư ng và gạch ch u l a…

- Vật liệu hữu cơ - polyme (Hình 1.1 - c): là những chất dẫn điện kém, có khả năng

biến dạng dẻo ở nhiệt độ cao, bền vững hóa học ở nhiệt độ thư ng, nóng chảy ho c phân hủy ở nhiệt độ tương đối thấp Hai nguy n tố thành phần chủ yếu trong loại vật liệu này là cacbon và hydro Vật liệu hữu cơ tự nhi n thư ng g p là các loại gỗ, cao su

và các loại vật liệu hữu cơ nhân tạo như polyetylen (PE), polyvinylclorua (PVC)…

- Vật liệu kết hợp - compozit (Hình 1.1 - d): là loại vật liệu tạo thành từ sự kết hợp

giữa hai hay nhiều loại vật liệu khác, ví dụ như: b tông cốt thép, vật liệu kết hợp giữa kim loại và polyme, ho c giữa polyme và ceramic…

1.2 Vai trò của vật liệu cơ khí trong ngành cơ khí chế tạo máy:

Máy móc trong cơ khí được cấu tạo từ nhiều chi tiết và dụng cụ của nó, do điều kiện làm việc của ch ng khác nhau n n đòi hỏi các y u cầu cơ tính cũng phải khác nhau Đ c biệt để đạt tính cạnh tranh trong nền kinh tế hiện nay th các sản phẩm cơ khí này vừa phải đạt các y u cầu cơ tính đề ra vừa phải đạt tính kinh tế tức là phải chọn công nghệ

có chi phí thấp nhất để hạ giá thành Song điều quyết đ nh đến cơ tính và tính công nghệ của vật liệu lại chính là cấu tr c b n trong của nó Do vậy, mọi yếu tố li n quan đến cấu

tr c b n trong như thành phần hóa học, công nghệ chế tạo vật liệu và gia công vật liệu thành sản phẩm cơ khí khi s dụng đều ảnh hưởng đến cơ tính và khả năng s dụng của vật liệu cơ khí được lựa chọn

Trong các nhóm vật liệu th vật liệu kim loại có vai trò quyết đ nh đến sự phát triển của xã hội và kỹ thuật Đó là vật liệu cơ bản để chế tạo ra những máy móc và những công trình xây dựng Sự phát triển không ngừng của máy động lực, máy công cụ gắn liền với sự phát triển của các vật liệu kim loại với tính năng ngày càng cao Ngày nay,

từ những kỹ thuật thông thư ng như chế tạo công cụ và máy móc nói chung, chế tạo tàu biển, xe ô tô, xây dựng nhà c a cho đến những kỹ thuật hiện đại như chế tạo máy bay

si u lớn, si u nhẹ, tàu vũ trụ…đòi hỏi các vật liệu ngày càng bền vững và nhẹ hơn

1.3 Khái quát quá trình phát triển ngành vật liệu cơ khí:

Ứng dụng kỹ thuật cơ khí có thể thấy được qua nhiều thành tựu th i cổ đại và trung đại Vào th i Hy Lạp cổ đại, các công tr nh của Archimedes (287-212 BC) có ảnh hưởng rất lớn đối với cơ học truyền thống phương Tây và Heron (c 10 - 70 AD) ở Alexandria đã chế tạo ra động cơ hơi nước đầu ti n (Aeolipile) Ở Trung Quốc, Trương Hành (78 - 139 AD) đã phát minh ra đồng hồ nước và đ a chấn kế Ma Jun (200 - 265 AD) cũng đã phát minh ra xe ngựa với bộ truyền bánh răng vi sai Nhà xác đ nh th i khắc và kĩ sư Trung Quốc th i trung đại Tô Tụng (1020 - 1101 AD) đã kết hợp cơ cấu con ngựa và tháp đồng

hồ thi n văn của ông ta hai thế kỉ trước khi các thiết b d ng cơ cấu con ngựa được s dụng trong các đồng hồ của châu Âu th i Trung Cổ Ông ta cũng được biết đến là ngư i

s dụng bộ truyền xích đầu ti n tr n thế giới

Vào th i đại hoàng kim của Hồi giáo (thế kỉ VII - thế kỉ XV), các nhà phát minh hồi giáo đã có nhiều đóng góp đáng ghi nhận Al-Jazari là một trong số họ Ông là tác giả của quyển sách cổ nổi tiếng "Kiến thức về các thiết b cơ khí tinh xảo" vào năm 1206, trong

đó tr nh bày rất nhiều thiết kế cơ khí Ông cũng được coi là nhà phát minh của nhiều loại thiết b cơ khí là căn bản của cơ học hiện nay như trục khu u và trục cam

Trong cuộc cách mạng công nghiệp vào đầu thế kỉ XIX, máy công cụ được phát triển ở Anh, Đức và Scotlend đã đưa kỹ thuật cơ khí tách ra thành một lĩnh vực ri ng biệt trong kĩ thuật Các máy công cụ được d ng để chế tạo máy và các động cơ để cung cấp năng lượng cho ch ng Cộng đồng nghề nghiệp đầu ti n của Kĩ sư Cơ khí là Hiệp hội Kĩ

sư Cơ khí được thành lập và năm 1847 Ba mươi năm sau, các kĩ sư xây dưng cũng sáng lập n n Hiệp hội Kĩ sư Xây dựng Ở châu Âu, Johann von Zimmermann (1820 - 1901) đã xây dựng nhà máy đầu ti n về máy mài ở Chemnitz, Đức và năm 1948

Ở Mỹ, Hiệp hội Kĩ sư Cơ khí Hoa K (ASME) đươc thành lập vào năm 1880, là hiệp hội kĩ thuật chuy n nghiệp thứ ba sau Hiệp hội kĩ sư Xây dựng Hoa K (1852) và Viện Kĩ

sư mỏ Hoa K (1871) Những trư ng học đầu ti n ở Mỹ dạy kĩ thuật là Học viện Quân sự Hoa Kì (năm 1817), tổ chức hiện tại là Đại học Norwich (1819) và viện Bách Khoa Rensselaer (1825) Việc giảng dạy cơ khí xưa nay luôn dựa tr n nền tảng toán học và khoa học

Mỗi khi con ngư i t m ra một loại vật liệu mới, với những tính chất ưu việt của nó là một lần th c đẩy năng suất lao động phát triển mở ra những ngành khoa học mới như:

- Sự xuất hiện công nghệ chế tạo nhôm hợp kim cứng Đura (1903) đã gi p cho ngành công nghiệp hàng không và t n l a có bước phát triển nhảy vọt

- Hàng loạt các vật liệu khác cũng được chế tạo và ứng dụng rộng rãi trong ngành

cơ khí như: thép không rỉ austenit (1912), hợp kim titan (1960), thép kết cấu có độ bền cao (1965), thủy tinh kim loại (1990), kim loại nhớ (1990)…

Ngày nay các nhà khoa học vẫn tiếp tục nghi n cứu nh m tạo ra những hợp kim mới

có tính năng ngày càng ưu việt hơn về cơ tính c ng một số tính chất vật l và hóa học

đ c biệt Những thành công trong nghi n cứu và chế tạo vật liệu mới đã và đang đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của thế giới

II CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM:

2.1 Kim loại

2.1.1 Khái niệm về kim loại

Kim loại là vật thể sáng, dẻo có thể rèn được, có tính dẫn nhiệt và dẫn điện cao

- Trong điều kiện thư ng và áp suất khí quyển hầu hết các kim loại tồn tại ở trạng thái rắn (ngoại trừ thủy ngân)

2.1.2 Cấu tạo mạng tinh thể của kim loại:

+ Mạng tinh thể là mô h nh h nh học mô tả sự sắp xếp có quy luật của các nguy n t (phân t ) trong không gian (H nh 1.2 a)

+ Mạng tinh thể bao gồm các m t đi qua các nguy n t , các m t này luôn luôn song song cách đều nhau và được gọi là m t tinh thể (H nh 1.2 b)

+ Ô cơ sở là h nh khối nhỏ nhất có cách sắp xếp chất điểm đại diện chung cho mạng tinh thể (H nh 1.2 c) Trong thực tế để đơn giản chỉ cần biểu diễn mạng tinh thể b ng ô cơ sở của nó là đủ Tuỳ theo loại ô cơ bản ngư i ta xác đ nh các thông số mạng Ví dụ như tr n ô lập phương thể tâm (H nh 1.3) có thông số mạng là a là chiều dài cạnh của ô Đơn v đo của thông số mạng là Ăngstrong (Angstrom), k hiệu: A

 Các kiểu mạng tinh thể thường gặp:

+ Mạng lập phương thể tâm: các nguy n t (ion) n m ở các đỉnh và ở tâm của khối lập phương

Các kim loại nguy n chất có kiểu mạng này như: Feα , Cr, W, Mo, V…

+ Lập phương diện tâm: các nguy n t (ion) n m ở các đỉnh và giữa (tâm) các m t của h nh lập phương

Các kim loại nguy n chất có kiểu mạng này như: Feg, Cu, Ni, Al, Pb…

+ Lục giác xếp ch t: bao gồm 12 nguy n t n m ở các đỉnh, 2 nguy n t

n m ở giữa 2 m t đáy của h nh lăng trụ lục giác và 3 nguy n t n m ở khối tâm của 3 lăng trụ tam giác cách đều nhau

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

Như vậy có thể xem một khối kim loại nguy n chất là tập hợp vô số các mạng tinh thể (hạt tinh thể) được sắp xếp hỗn độn, mạng tinh thể lại gồm vô số các ô cơ

sở và dạng của từng ô cơ sở t y thuộc vào kiểu mạng của kim loại đó

 Tính thù hình của kim loại:

 Định nghĩa: Là một kim loại có thể có nhiều kiểu mạng tinh thể khác nhau

tồn tại ở những khoảng nhiệt độ và áp suất khác

Đây là đ c tính quan trọng khi s dụng chúng

Ví dụ: Khi nung nóng sắt ngư i ta thấy

ở trạng thái rắn sắt thay đổi ba kiểu mạng tinh thể ở ba khoảng nhiệt độ khác nhau (≤

9110C, 911 - 13920C, ≥ 13920C) Vậy sắt có ba dạng th h nh được k hiệu là:

Feα, Feg, Feδ. Ta thấy sắt có ba kiểu mạng tinh thể khác nhau do đó tính chất của sắt ứng với từng kiểu mạng cũng khác nhau

2.2 Hợp kim

2.2.1 Khái niệm về hợp kim

Hợp kim là vật thể có chứa nhiều nguy n tố và mang tính chất kim loại Nguy n

tố chủ yếu trong hợp kim là nguy n tố kim loại

2.2.2 Đặc tính của hợp kim:

Trong lĩnh vực cơ khí, hợp kim được s dụng rộng rãi v các ưu điểm sau:

 Cơ tính hợp kim ph hợp với vật liệu chế tạo cơ khí: đối với ngành cơ khí vật liệu s dụng phải có các y u cầu như độ bền cao, tuổi thọ s dụng lâu Về m t này th hợp kim hơn hẳn kim loại nguy n chất, ch ng có độ cứng, độ bền cao hơn hẳn trong khi độ dẻo và độ dai vẫn đủ cao

 Tính công nghệ thích hợp: kim loại nguy n chất có tính dẻo cao dễ gia công áp lực nhưng khó đ c, gia công cắt kém, không hóa bền được b ng nhiệt luyện Hợp kim có tính công nghệ khác nhau và ph hợp với từng điều kiện gia công: gia công

áp lực ở trạng thái nóng và nguội, đ c, gia công cắt, nhiệt luyện… đảm bảo cho chế tạo sản phẩm có năng suất cao

 Giá thành hạ hơn: dễ chế tạo hơn do không phải kh bỏ các tạp chất một

cách triệt để như kim loại

2.3 Các dạng cấu tạo của hợp kim

Có thể nói tính chất của hợp kim phụ thuộc vào sự kết hợp của các nguy n tố cấu tạo n n ch ng Khi ở dạng lỏng, các nguy n tố hòa tan lẫn nhau để tạo n n dung

d ch lỏng Tuy nhi n, khi làm nguội ở trạng thái rắn sẽ h nh thành các tổ chức pha của hợp kim, có thể sẽ rất khác nhau do tác dụng với nhau giữa các nguy n tố Có thể có các

tổ chức pha như sau:

 Tổ chức một pha (một kiểu mạng tinh thể):

 Dung dịch rắn: Khi các nguy n tố trong hợp kim tác dụng hòa tan ở

trạng thái rắn, các nguy n t này được sắp xếp trong c ng một kiểu mạng Có thể chia dung d ch rắn làm hai loại: dung d ch rắn xen kẽ và

dung d ch rắn thay thế

 Dung d ch rắn xen kẽ Nếu nguy n t của nguy n tố hòa tan (B) xen kẽ ở

khoảng hở của các nguy n t trong dung môi (A)

th ta có dung d ch rắn xen kẽ Sự hòa tan xen kẽ

bao gi cũng có giới hạn

 Dung d ch rắn thay thế Nếu nguyên t của nguyên tố hòa tan (B) thay thế

nguy n t của nguy n tố dung môi (A) th ta có dung d ch rắn thay thế

Cơ tính chung của dung d ch rắn: có độ cứng thấp, độ bền thấp tuy nhi n độ dẻo và độ dai cao do có cấu tạo mạng tinh thể của kim loại nguy n chất

 Hợp chất hóa học: Trong nhiều loại hợp kim, nhiều pha được tạo

thành do sự li n kết giữa các nguy n tố khác nhau theo một t lệ nhất đ nh gọi là hợp chất hóa học Mạng tinh thể của hợp chất khác với mạng thành phần Hợp chất hóa học trong hệ có tính ổn đ nh cao ho c có nhiều dạng hợp chất khác nhau

Ví dụ: Nguy n tố sắt và cacbon tạo n n Fe3C rất ổn đ nh, nhưng nguy n tố Cu với Zn có thể cho ta nhiều dạng hợp chất như: CuZn, Cu3Zn3, CuZn3,…

- Cơ tính chung của hợp chất hóa học: có độ cứng cao, độ dòn cao do

có kiểu mạng tinh thể phức tạp không giống với kiểu mạng của kim loại nguy n chất đồng th i có nhiệt độ phân hủy cao (t0

nc cao)

 Tổ chức hai pha trở lên (có từ hai kiểu mạng tinh thể trở lên): khi

giữa các pha trong hợp kim có tác dụng cơ học với nhau gọi là hỗn hợp cơ học

Trong hệ hợp kim, có những nguy n tố không hòa tan vào nhau cũng không li n kết tạo thành hợp chất hóa

học mà chỉ li n kết với nhau b ng lực cơ học thuần t y, th

gọi hợp kim đó là hỗn hợp cơ học Như vậy hỗn hợp cơ học

không làm thay đổi mạng nguy n t của nguy n tố thành

phần V để tạo được li n kết cơ học nguy n t các nguy n tố

thành phần khác nhau nhiều về kích thước và mạng tinh thể

Từ tính

Tính ch u ăn mòn Tính ch u nhiệt Tính ch u axit

Tính đ c Tính rèn Tính hàn Tính cắt gọt

Cơ tính chung của hỗn hợp cơ học: phụ thuộc vào cơ tính của các pha tạo thành Muốn đánh giá cơ tính của hợp kim tạo thành tại nhiệt độ xác đ nh phải căn cứ vào

tỉ lệ cấu tạo và cơ tính của các pha tạo thành

III TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

a Khối lượng riêng: là khối lượng của 1 cm3 vật chất

Trong đó m: là khối lượng của vật chất

V là thể tích của vật chất

b Tính nóng chảy: kim loại có tính chảy loãng khi b đốt nóng và đông đ c lại khi làm

nguội Nhiệt độ ứng với l c kim loại chuyển từ thể đ c sang thể lỏng hoàn toàn gọi là điểm nóng chảy Điểm nóng chảy có nghĩa quan trọng trong công nghệ đ c, hàn

c Tính dẫn nhiệt: là tính truyền nhiệt của kim loại khi b đốt nóng ho c b làm lạnh

Tính truyền nhiệt của kim loại giảm xuống khi nhiệt độ tăng và ngược lại khi nhiệt độ giảm xuống

d Tính giãn nở: là tính chất thay đổi thể tích khi nhiệt độ của kim loại thay đổi Được

đ c trưng b ng hệ số giãn nở

e Tính dẫn điện: là khả năng cho dòng điện đi qua của kim loại So sánh tính dẫn nhiệt

và dẫn điện ta thấy kim loại nào có tính dẫn nhiệt tốt th tính dẫn điện cũng tốt và ngược lại

f Tính nhiễm từ: là khả năng b từ hóa khi được đ t trong từ trư ng Sắt, coban, niken

và hầu hết các hợp kim của ch ng đều có tính nhiễm từ Tính nhiễm từ của thép và gang phụ thuộc vào thành phần và tổ chức b n trong của kim loại

1.3.2 Tính chất hóa học:

Là độ bền của kim loại đối với những tác dụng hóa học của các chất khác như: ôxy, nước, axit… mà không b phá hủy Tính năng hóa học của kim loại có thể chia thành các loại sau:

a Tính chịu ăn mòn: là độ bền của kim loại đối với sự ăn mòn của môi trư ng xung

thước làm bằng các vật liệu có độ bền khác nhau thì:

Vật liệu có giới hạn đàn hồi cao thì khả năng chịu tải trọng lớn mà vẫn không bị thay đổi hình dáng ban đầu

Vật liệu có giới hạn chảy cao thì khả năng chịu tải trọng lớn mà vẫn không bị biến dạng

Vật liệu có giới hạn bền cao thì khả năng chịu tải trọng lớn mà vẫn không bị phá huỷ Tuổi thọ sử dụng: nếu các chi tiết làm việc trong điều kiện sử dụng như nhau được làm bằng vật liệu có độ bền khác nhau, loại nào có độ bền cao thì khả năng sử dụng lâu dài hơn (tuổi thọ cao hơn)chỉ tiêu này rất quan trọng khi sử dụng các chi tiết máy làm việc trong điều kiện chịu tải trọng tĩnh lớn

Làm nhỏ gọn kích thước kết cấu: nếu các chi tiết máy cùng kết cấu được làm bằng vật liệu có độ bền khác nhau, loại vật liệu nào có độ bền cao hơn thì cho phép chế tạo kích thước nhỏ gọn mà vẫn đạt được yêu cầu sử dụng

b Độ cứng: là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ khi cĩ ngoại lực tác dụng lên

kim loại thơng qua vật nén Nếu c ng một giá tr lực nén mà vết l m tr n mẫu đo càng lớn

Khả năng chịu áp lực cục bo : Độ cứng càng cao chịu áp lực cục bộ càng kém Khi gia công đột lỗ, uốn, gò… bằng áp lực, nếu độ cứng càng cao thì vật liệu càng khó gia

công

Khả năng mài bóng cao: độ cứng càng cao khả năng mài bóng càng tốt

c Tính biến hình (biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo):

Tính biến h nh của vật liệu là tính chất của nĩ cĩ thể thay đổi h nh dáng, kích thước dưới sự tác dụng của tải trọng b n ngồi

Dựa vào đ c tính của biến dạng ngư i ta chia biến dạng ra biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo Biến dạng đàn hồi là phần biến dạng hồn tồn mất đi khi loại bỏ nguy n nhân gây biến dạng (thư ng là tải trọng b n ngồi) Cịn biến dạng dẻo (hay biến dạng dư) thì khơng mất đi khi loại bỏ nguy n nhân gây biến dạng

Biến dạng đàn hồi thư ng xảy ra khi tải trọng tác dụng bé và ngắn hạn Tính đàn hồi được đ c trưng b ng mơđun đàn hồi E

Điều kiện của biến dạng đàn hồi: ngoại lực tác dụng l n vật liệu chưa vượt quá lực tương tác giữa các chất điểm của nĩ Do đĩ cơng của ngoại lực sẽ sinh ra nội năng và khi bỏ ngoại lực nội năng lại sinh cơng đưa vật liệu trở về v trí ban đầu

Khi lực tác dụng đủ lớn và lâu dài th ngồi biến dạng đàn hồi cịn xuất hiện biến dạng dẻo Nguy n nh n là lực tác dụng đã vượt quá lực tương tác giữa các chất điểm phá vỡ cấu

tr c của vật liệu làm các chất điểm cĩ chuyển d ch tương đối Do đĩ biến dạng vân cịn tồn tại khi loại bỏ ngoại lực Biến dạng dẻo của vật liệu dẻo lí tưởng tuân theo đ nh luật Niutơn

Do đĩ biến dạng e là biến dạng tổng cộng của biến dạng dư H và biến dạng đàn hồi

Dựa vào quan hệ giữa ứng suất và biến dạng ngư i ta chia vật liệu ra loại dẻo, giịn và đàn hồi Vật liệu dẻo là vật liệu trước khi phá hoại cĩ hiện tượng biến h nh dẻo r rệt (thép), cịn vật liệu giịn trước khi phá hoại khơng cĩ hiện tượng biến h nh dẻo r rệt (b tơng)

Tính dẻo và tính giịn của vật liệu biến đổi t y thuộc vào nhiệt độ, lượng ngậm nước, tốc độ tăng lực v.v…Thí dụ : bitum khi tăng lực nén nhanh hay nén ở nhiệt độ thấp là vật liệu giịn ; khi tăng lực từ từ ho c nén ở nhiệt độ cao là vật liệu dẻo Đất sét khi khơ là vật liệu giịn, khi ẩm là vật liệu dẻo

Hiện tượng mà biến dạng tăng theo th i gian khi ngoại lực khơng đổi tác dụng lâu dài

l n vật liệu rắn gọi là hiện tượng từ biến Nguy n nhân gây ra từ biến là do trong vật rắn cĩ một bộ phận tinh thể cĩ tính chất gần giống chất lỏng; m t khác bản thân mạng lưới tinh thể cũng cĩ những khuyết tật

Nếu giữ cho biến h nh khơng đổi, dưới tác dụng của ngoại lực, ứng suất đàn hồi cũng sẽ giảm dần theo th i gian, đĩ là hiện tượng ch ng ứng suất Nguy n nhân của hiện tượng này:

một bộ phận vật liệu cĩ biến h nh đàn hồi dần dần chuyển sang biến h nh dẻo, năng lượng đàn hồi chuyển thành nhiệt và mất đi.

d Độ dai va đập:

Có những chi tiết máy khi làm việc phải chịu các tải trọng đột ngột (hay gọi là tải trọng va đập) Khả năng chịu đựng của vật liệu bởi các tải trọng đó mà không bị phá hủy gọi là độ dai va chạm Ký hiệu ak (J/mm2) hay (kJ/mm2)

ý nghĩa

- Nhờ xác định độ dai va đập có thể đánh giá khả năng làm việc của chi tiết máy chịu tải trọng động do va đập là không bị phá hủy (vỡ, mẻ, nút tại chỗ va đập)

- Trong thực tế độ dai va đập chịu ảnh hưởng của các yếu tố:

+ Trạng thái bề mặt: vết khía, , rãnh lỗ, độ bóng bề mặt

+ Kích thước hạt càng nhỏ độ dai va đập càng cao

+ Hạt tinh thể: tròn, đa cạnh có độ dai va đập cao hơn dạng tấm, hình kim + Số lượng, hình dạng, kích thước và sự phân bố các pha giòn có số lượng nhiều, kích thước lớn, dạng tấm phân bố không đều càng làm giảm độ dai va đập

1.3.4 Tính cơng nghệ

Là khả năng thay đổi trạng thái của kim loại, hợp kim, tính cơng nghệ bao gồm các tính chất sau:

a Tính đúc: được đ c trưng bởi độ chảy lỗng, độ co và thi n tích

Độ chảy lỗng biểu th khả năng điền đầy khuơn của kim loại và hợp kim Độ chảy lỗng càng cao th tính đ c càng tốt

Độ co càng lớn th tính đ c càng kém

b Tính rèn dập: là khả năng biến dạng vĩnh c u của kim loại khi ch u lực tác dụng bên

ngồi mà khơng b phá hủy

Thép cĩ tính rèn cao khi được nung nĩng ở nhiệt độ ph hợp Gang khơng cĩ tính rèn v giịn Đồng, nhơm, ch cĩ tính rèn tốt ngay cả ở trạng thái nguội

c Tính hàn: là khả năng tạo thành sự li n kết giữa các phần t khi nung nĩng chỗ hàn

đến trạng thái chảy hay dẻo

d Tính cắt gọt: là khả năng kim loại gia cơng dễ hay khĩ, được xác đ nh b ng tốc độ

cắt gọt, lực cắt gọt và độ bĩng bề m t kim loại sau khi cắt gọt

e Tính nhiệt luyện: là nung nĩng kim loại hay hợp kim đến nhiệt độ xác định rồi giữ

nhiệt độ tại đĩ trong một khoảng thời gian, sau đĩ làm nguội với tốc độ nhất định để làm thay đổi tổ chức do đĩ, nhận được cơ tính và các tính chất khác theo ý muốn

Một kim loại hay một hợp kim nào đĩ m c d cĩ những tính chất rất qu nhưng tính cơng nghệ kém th cũng khĩ được s dụng rộng rãi v khĩ chế tạo thành sản phẩm

CÂU HỎI ƠN TẬP

Câu 1 : Thế nào là mạng tinh thể ?

Câu 2 : Thế nào là tính thù hình của kim loại ?

Câu 3 : Hợp kim có mấy dạng cấu tạo? Trình bày định nghĩa, cấu tạo của chúng ? Câu 4 : Cơ tính là gì ? Hãy nêu các loại cơ tính thường dùng ? Trình bày định nghĩa, ký hiệu, đơn vị của chúng? Nêu ý nghĩa các loại cơ tính ?

Câu 5 : Dùng kiến thức, ý nghĩa các loại cơ tính hãy trả lời các câu hỏi sau :

a Phôi thép cần có cơ tính nào cao để khi gia công áp lực dễ bị biến dạng nhất để tạo hình sản phẩm ? Tại sao ?

b Phôi thép có cơ tính như thế nào thì tính chống mài mòn tốt ? Các sản phẩm cơ khí phải làm việc trong điều kiện như thế nào thì cần đến độ cứng cao nhất? Tạo sao ?

Câu 6: Vật liệu có cơ tính như thế nào gọi là cơ tính tổng hợp ? Các sản phẩm cơ khí phải làm việc trong điều kiện như thế nào thì cần đến cơ tính tổng hợp cao ? Câu 7: Vật liệu có cơ tính như thế nào gọi là cơ tính đàn hồi ? Các sản phẩm cơ khí phải làm việc trong điều kiện như thế nào thì cần đến cơ tính đàn hồi cao ?

CHƯƠNG 2: GANG VÀ THÉP

I GANG VÀ CÁC LOẠI GANG THƯỜNG DÙNG

1 Giới thiệu chung về Gang:

1.1 Khái niệm

Gang là hợp kim của sắt và cacbon c ng một số nguy n tố khác như: Si, Mn, P, S,

Cr, Ni, Mo, Mg, Cu hàm lượng cacbon trong gang lớn hơn 2,14%

1.2 Thành phần của Gang:

Như đã biết từ trước, gang là hợp kim Fe - C với lượng cacbon vượt quá 2% (đ ng

ra là 2,14%, ứng với b n phải điểm E của giản đồ trạng thái Fe - C) Cacbon là nguy n tố quan trọng trong gang Từ giản đồ trạng thái Fe - C thấy r ràng lượng cacbon cao, nhiệt độ nóng chảy của gang thấp hơn đáng kể so với thép, do vậy thực tế nấu chảy gang dễ thực hiện hơn so với thép Thư ng không d ng gang > 5%C Hai nguy n tố khác thư ng g p trong gang với lượng khá lớn (từ 0,5 đến tr n 2%) là Mn và Si Đó là hai nguy n tố có tác dụng điều chỉnh sự tạo thành graphit, cơ tính của gang Trong các loại gang giới hạn của hai nguy n tố này thay đổi trong phạm vi tương đối rộng

Photpho và lưu huỳnh là hai nguy n tố với lượng chứa ít khoảng 0,05 - 0,5%, trong

đó lưu huỳnh là nguy n tố có hại đối với gang càng ít càng tốt

Thành phần hóa học thông thư ng của Gang là:

1.3 Tính chất của Gang:

là pha cứng và dòn, sự tồn tại của nó với một lượng lớn và tập trung trong gang trắng làm dễ dàng cho sự tạo vết nứt dưới tác dụng của tải trọng kéo Do đó gang trắng có độ bền kéo thấp và độ dòn cao.

Trong gang xám, gang dẻo, gang cầu tổ chức graphit như là các lỗ hổng có sẵn trong gang, là nơi tập trung ứng suất lớn, làm gang kém bền Mức độ tập trung ứng suất phụ thuộc vào h nh dạng graphit, lớn nhất ở gang xám với graphit dạng tấm và bé nhất ở gang cầu với graphit dạng cầu tròn

V vậy gang cầu có độ bền cao nhất phối hợp với tính dẻo tốt nhất trong các loại gang Ngoài ra sự

có m t của graphit trong gang có một số ảnh hưởng tốt đến cơ tính như tăng khả năng chống mài mòn do ma sát (v bản thân graphit có tính bôi trơn, th m vào đó có "lỗ hổng" graphit là nơi chứa dầu bôi trơn như khi d ng làm ổ trượt), làm tắt rung động và dao động cộng hưởng

d ng có thành phần gần c ng tinh n n nhiệt độ chảy thấp, do đó độ chảy loãng cao và đó là một trong những yếu tố quan trọng của tính đ c, graphit trong các gang xám, dẻo và cầu làm phoi dễ gãy vụn khi gia công cắt (tiện, phay, bào )

đ c tốt, gia công cắt dễ, chế tạo đơn giản hơn (do nhiệt độ chảy thấp, nấu chảy và đ c gang dễ hơn thép) và rẻ V vậy các loại gang có graphit được d ng rất nhiều trong chế tạo cơ khí.

Ngư i ta d ng gang để làm rất nhiều các chi tiết máy Ví dụ, trong ô tô các chi tiết b ng gang có thể chiếm tới 40% khối lượng kim loại, trong các thiết b và máy tĩnh tại, t lệ này còn cao hơn, tới 50 - 80% Có nhiều loại sản phẩm được d ng với khối lượng lớn, được làm b ng gang như ống dẫn nước cỡ lớn Nói chung, gang được d ng để chế tạo các loại chi tiết ch u tải trọng tĩnh và ít

ch u va đập như bệ máy, vỏ, nắp, các bộ phận ít phải di chuyển

Hiện nay đã xuất hiện các loại gang tốt với cơ tính cao, có thể d ng để thay thế cho thép trong một số trư ng hợp như gang cầu để làm trục khu u

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của Gang:

Do hàm lượng C cao n n tổ chức của Gang ở nhiệt độ thư ng cũng như nhiệt độ cao hơn đều tồn tại Xementit cao Đ c tính chung của Gang là cứng và giòn, có nhiệt độ nóng chảy thấp, dễ đ c

Thành phần tạp chất trong gang gây ảnh hư ng khác nhau so với thép cacbon

C ng với C, nguy n tố Si th c đẩy quá tr nh Graphit hóa, nghĩa là sự phân hủy Fe3C thành

Fe và C tự do khi kết tinh Ngược lại Mn cản trợ sự Graphit hóa nh m tạo ra Fe3C của Gang trắng Lượng Si thay đổi trong gang ở giới hạn từ 1,5 – 3,0%, còn Mn thay đổi tương ứng với

Si ở giới hạn 0,5 – 1,0%

Tạp chất S và P làm hại đến cơ tính của Gang Nhưng nguy n tố P phần nào cũng làm tăng tính chảy loãng, tăng tính chống mài mòn do đó có thể có hàm lượng đến 0,1 – 0,2% P

Cuối c ng là nguy n tố C: nguy n tố này tạo ra c ng với Fe các tổ chức trong Gang Cacbon càng nhiều graphit hóa càng mạnh, nhiệt độ chảy loãng càng giảm (nhiệt độ nóng chảy hoàn toàn của Gang thấp nhất khi C = 4,43% ở 1147oC làm tính đ c càng tốt) Nhưng làm tăng hàm lượng C sẽ làm giảm độ bền, tăng giòn V vậy, trong Gang xám, hàm lượng C giới hạn từ 2,8 – 3,5%

2 Các loại Gang thường dùng:

Gang được chia làm 2 loại là Gang trắng và Gang grafit:

2.1 Gang trắng: là hợp kim Fe - C trong đó cacbon có thành phần lớn hơn 2,14% (C =

3,5 – 4,3%) và các tạp chất Mn, Si, P, S… Tổ chức của gang tương ứng với giản đồ trạng thái Fe - Fe3C Tồn tại ở dạng Fe3C pha này chiếm t lệ rất lớn, hơn% trong tổ chức của Gang

- L tính: Là loại Gang mà hầu hết C ở dạng li n kết Fe3C Tổ chức Xementit có nhiều trong Gang làm m t gãy của nó có màu sáng trắng n n gọi là Gang trắng

- Cơ tính: Do C ở dạng Fe3C nên Gang rất cứng và giòi Do đó, không thể gia công, cắt gọt, không thể d ng Gang thuần trắng để làm các chi tiết mày có độ chính xác cao Độ dẻo, độ bền thấp, có khả năng ch u mai mòn tốt

- Tính kinh tế: Phương pháp chế tạo Gang trắng đơn giản, giá thành rẻ

- Công dụng: D ng làm các chi tiết y u cầu độ cứng cao ở bề m t làm việc trong

điều kiện ch u mài mòn như b nghiền, bề m t trục cán, mép lưỡi cày, bề m t và bánh xe lu

Về m t tổ chức gang trắng chia làm ba loại:

+ Gang trắng trước c ng tinh %C ≤ 4,3%

+ Gang trắng c ng tinh %C = 4,3%

+ Gang trắng sau c ng tinh %C ≥ 4,3%

2.2 Gang Grafit: gồm 3 loại: gang xám, gang cầu, gang dẻo:

2.2.1 Gang xám: graphit dạng tấm là dạng tự nhi n của gang graphit

Gang xám là loại gang mà phần lớn hay toàn bộ cacbon của nó n m ở dưới dạng tự do – Graphit, rất ít hay không có cacbon ở dưới dạng li n kết với sắt - Xe (lượng cacbon li n kết khoảng dưới 1% cacbon trong tổng lượng cacbon của gang thư ng là 34%) Do trong tổ chức có nhiều Graphit, m t gang có màu xám tối

Tổ chức tế vi gồm 2 phần: phần nền và Graphit

- Nền Peclit - gang xám peclit: Có mức độ tạo thành Graphit b nh thư ng, trong

đó lượng cacbon li n kết khoảng 0,6  0,8% tạo nền peclit tương ứng với thép c ng tích Khi

đó, tổ chức của gang gồm Graphit tấm và nền kim loại Peclit

- Nền Peclit - Ferit - gang xám Peclit – Ferit có mức độ tạo thành Graphit mạnh trong đó lượng cacbon li n kết chỉ khoảng 0,1  0,6% tạo n n nền kim loại Peclit – Ferit, tương ứng với thép trước c ng tích Tổ chức của gang gồm: Graphit tấm và nền kim loại Peclit – Ferit

- Nền Ferit - gang xám Ferit: có mức độ tạo thành Graphit mạnh nhất, trong đó tất cả cacbon đều ở dạng tự do - Graphit lượng cacbon li n kết không có, tức là không có Xementit Gang chỉ có hai pha Graphit tấm và nền kim loại là Ferit

* Graphit: Graphit trong gang xám có dạng tấm cong (đó là dạng tự nhi n

thư ng g p trong gang) chia cắt toàn bộ nền gang và không có chuyển biến khi nhiệt luyện

Thành phần hoá học: Thành phần các nguy n tố trong gang xám phải đảm bảo

mức độ tạo thành Graphit và cơ tính theo y u cầu

 Cacbon: Cacbon càng nhiều, khả năng tạo thành Graphit càng mạnh, nhiệt độ

chảy càng thấp, càng dễ đ c Tuy nhi n, không thể d ng gang với hàm lượng cacbon quá cao

v l c đó sẽ có quá nhiều Graphit làm giảm cơ tính của gang Xu hướng là d ng gang với lượng cacbon càng thấp càng tốt Thông thư ng, hàm lượng cacbon từ 2,8  3,5%

 Silic: Silic là nguy n tố th c đẩy mạnh sự tạo thành graphit, nó là nguy n tố

quan trọng nhất trong gang xám Theo mức độ tạo thành graphit nên ngư i ta không chế

lượng silic của gang xám trong khoảng 1,5%  3% Ngoài ra, trong gang silic hoà tan vào Ferit làm tăng rất mạnh độ cứng và độ bền của pha này

 Mangan: Mangan là nguy n tố cản trở sự tạo thành graphit tức làm hoá trắng

gang Để đảm bảo y u cầu tạo thành graphit, giữa Mn và Si cần phải có tỉ lệ tương ứng Thư ng d ng gang xám với lượng 0,5  1%Mn

 Lưu huỳnh (0,12 – 0,2%): Là nguy n tố cản trở mạnh sự tạo thành graphit của gang, ngoài ra còn làm xấu tính đ c của gang do làm giảm độ chảy loãng Do vậy, phải hạn chế lượng lưu huỳnh trong mọi loại gang

 Photpho (0,15 – 0,4%): Là nguy n tố không ảnh hưởng g đến sự tạo thành graphit nhưng photpho có ích trong những trư ng hợp sau:

- Làm tăng tính chảy loãng

- Làm tăng tính chống mài mòn do tạo n n c ng tinh

Cơ tính: Do ảnh hưởng của graphit dạng tấm mà gang xám có cơ tính kém hơn

thép nhiều

- Ch u nén tốt

- Ch u kéo và uốn kém graphit là pha có độ bền rất thấp n n ở trong gang nó như những vết rỗng, nứt làm mất sự li n tục của nền kim loại do vậy làm giảm mạnh độ bền kéo

- Có khả năng dập tắt dao động do tác dụng hấp thụ của graphit

- Tính đ c cao do tác dụng của Si n n tính chảy loãng cao

Các yếu tố ảnh hưởng đến cơ tính của gang:

Nền kim loại của gang có cơ tính càng cao sẽ là yếu tố quan trọng gi p tạo

n n gang có cơ tính cao Do vậy với chất lượng graphit như nhau, gang xám với nền kim loại Peclit có độ bền cao hơn so với nền ferit - peclit, và nền ferit - peclit có độ bền cao hơn so với nền ferit

Độ cứng của gang xám phụ thuộc khá nhiều vào lượng cacbon li n kết, tức vào nền kim loại, lượng cacbon li n kết càng nhiều độ cứng càng cao

Độ dẻo của gang xám hầu như không b ảnh hưởng g bởi nền kim loại ảnh hưởng của nền kim loại tới cơ tính của gang được tr nh bày ở bảng sau:

Bảng 9.1 Cơ tính của các loại gang xám

Loại gang xám Giới hạn bền kéo

N/mm2

Độ cứng HB kG/mm2

Độ giãn dài tương đối

Tính công nghệ: Biến dạng kém, tính cắt gọt cao, cho phôi vụn Tính đ c tốt hơn

thép, có khả năng kh cộng hưởng, tự bôi trơn tốt, hệ sô ma sát nhỏ

Công dụng: d ng để chế tạo các sản phẩm đ c có kích thước lớn, kết cấu phức tạp,

các chi tiết không ch u va đập như chế tạo thân máy, bệ máy, các ổ trượt, bánh răng ch u tải trọng nhỏ

Với cơ tính như tr n gang xám thư ng được làm các chi tiết ch u tải nhẹ và trung b nh, ch u nén ít ch u kéo, ít ch u va đập

Các mác GX12 - 28, GX15 -32 có độ bền không cao d ng để làm vỏ hộp, nắp che (không ch u lực)

Các mác GX21 - 40, GX28 - 48 có độ bền cao hơn, d ng làm bánh đà, thân máy

Các mác GX36 - 56, GX40 - 60 có độ bền cao, d ng làm vỏ xi lanh, bánh răng chữ V, trục chính…

- Ký hiệu:

- Ti u chuẩn của Việt Nam GX a-b

a: giới hạn bền kéo σkéo (KG/mm2) ; b: giới hạn bền uốn σuốn (KG/mm2)

Ví dụ: GX21-40 là Gang xám có độ bền kéo là 210 N/mm2; độ bền uốn là 400

Loại có độ bền cao như GX36-56; GX40-60 có nền peclit với Graphit được biến tính tốt d ng chết ạo chi tiết vỏ xilanh

- Theo ti u chuẩn của Mỹ:

+ Theo chuẩn SAE J431 có các mác: G1800, G2500, G3000, G3500, G4000 trong đó các số chỉ Ví dụ G3000 là gang xám có hay 30ksi

+ Theo ti u chuẩn ASTM ta có các mác: 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 Trong đó các số chỉ có đơn v là ksi Ví dụ: 20 là gang xám có

- Theo ti u chuẩn của Nhật JIS có các mác: FC100, FC150, FC200, FC250, FC300, FC350, trong đó số chỉ giới hạn bền tối thiểu tính theo đơn v Mpa Ví dụ: FC100 là gang xám có

2.2.2 Gang cầu: graphit dạng cầu là dạng được cầu hóa khi đ c

Gang cầu hay còn gọi là gang có độ bền cao với Graphit cầu, là loại gang có độ bền cao nhất, đồng th i có thể ch u được tải trọng trong va đập

Tổ chức tế vi

Tổ chức tế vi của gang cầu cũng giống như gang xám, song chỉ khác là graphit của nó có dạng thu gọn nhất – h nh quả cầu Chính điều này quyết đ nh độ bền kéo rất cao của gang cầu so với gang xám

Muốn được gang cầu phải tiến hành biến tính gang xám b ng chất biến tính đ c biệt Giống như gang xám, theo tổ chức tế vi của nền kim loại cũng có ba loại gang cầu: ferit, ferit – peclit và peclit H nh vẽ sau tr nh bày tổ chức tế vi của gang cầu ferit – peclit

Hình 9.4 Tổ chức tế vi của gang cầu ferit – peclit

Thành phần hoá học và cách sản xuất vật đúc gang cầu

- Về cơ bản, thành phần hoá học của gang cầu giống gang xám song chỉ khác

là Mg và Xe với lượng rất nhỏ Quá tr nh biến tính gang lỏng để nhận được gang có Graphit cầu là quá tr nh tương đối phức tạp v Mg là nguy n tố có ái lực mạnh với oxi n n dễ b cháy Trong khi đó nếu quá tr nh ít Mg th chưa đủ tác dụng cầu hoá Graphit còn nhiều Mg lại làm gang hoá trắng

- Thành phần hoá học của gang cầu sau khi biến tính gồm: 3  3,6% C; 2  3% Si; 0,5  1% Mn, gần 2 % Ni; 0,04  0,08 % Mg còn lượng P, S rất nhỏ

 Cách sản xuất vật đúc gang cầu:

Gang cầu thu được trực tiếp từ quá tr nh đ c Để đảm bảo quá tr nh đó th gang đem cầu hoá phải đáp ứng được các y u cầu sau:

- Phải có đủ hàm lượng Si để Graphit hoá

- Phải có nguy n tố cầu hoá làm th c đẩy tạo Graphit dạng cầu phân tán (s dụng Mg dưới dạng hợp kim Mg - Ni để tránh b cháy Mg)

Để có tổ chức Gang cầu phải nấu chảy Gang xám và d ng phương pháp biến tính đ c biệt gọi là cầu hóa để tạo thành Graphit h nh cầu Kết quả là tr n nền tương tự Gang xám, với Graphit cầu ta có độ dẻo từ 5 – 15%, độ bền tăng l n; độ bền kéo từ 400 – 1000N/mm2

Cơ tính gang cầu

Gang cầu là dạng gọn nhất, ít chia cắt nền kim loại nhất và ít tập trung ứng suất hơn cả, do vậy ít làm giảm cơ tính của nền kim loại Cơ tính của gang cầu phụ thuộc chủ yếu vào tổ chức của nền kim loại

- Có độ bền nhất đ nh, độ cứng cao (tương đương với thép cacbon)

- Có độ dẻo dai tương đối cao n n có thể ch u tải trọng chu kỳ tốt

Công dụng: Tính đ c cao, do có các tính chất tr n n n gang cầu được s dụng để

sản xuất các chi tiết phức tạp, trung b nh và lớn, cần tải trọng cao, ch u va đập thay cho thép như trục cán, thân tua bin, hơi, trục khu u và các chi tiết quan trọng khác

Ký hiệu:- Theo TCVN: GCa-b

a: ứng suất kéo k (KG/mm2) b: độ giãn dài tương đối δ (%) Vd: GC60-2 là Gang cầu có độ bền kéo là 600N/mm2, độ giãn dài tương đối là 2%

- Theo ti u chuẩn của Mỹ:

+ Theo chuẩn SAE có các mác: D4018, D4512, D5506, D7003 trong đó hai chữ số đầu chỉ theo đơn v ksi, hai chữ số sau chỉ theo % Ví dụ D4018 là gang cầu có độ bền kéo là 40 và độ dãn dài tương đối là 18%

- Theo ti u chuẩn của Nhật JIS có các mác: FCD370, FCD400, FCD450, FCD500, FCD600, FCD700, FCD800, trong đó số chỉ giới hạn bền tối thiểu tính theo đơn v Mpa

2.2.3 Gang dẻo: graphit dạng cụm bông, đã được ủ “graphit hóa” từ gang trắng

phần, các chữ cái chỉ loại gang: GZ và hai số tiếp theo chỉ độ bền kéo và độ độ giãn dài tương đối

Ví dụ: GZ33-8 (k hiệu theo ti u chuẩn Li n Xô cũ là Kч 33-8) có nghĩa là: gang dẻo có độ bền kéo là 33Kg/mm2, độ giãn dài tương đối là 8%

- Theo ti u chuẩn của Mỹ:

+ Theo chuẩn SAE có các mác: M3210, M4504, M5003, M7002, M8501 trong đó hai chữ số đầu chỉ (min) theo đơn v ksi, hai chữ số sau chỉ (min) theo %

+ Theo ti u chuẩn ASTM ta có các mác: 32510, 35018, 40010,… Trong đó ba

số đầu chỉ (min) theo MPa, hai chữ số sau chỉ (min) theo %

- Theo ti u chuẩn của Nhật JIS có các mác: FCMB270, FCMB340, FCMB360, FCMW330, FCMW370, trong đó số chỉ (min) theo Mpa

 Thành phần hóa học: C: 2,2 - 32,8%; Si: 0,8 - 1,4%; Mn : 1%; P : 0,2%;

S : 0,1%

Tổ chức tế vi

Khi ủ gang trắng xementit của gang trắng sẽ phân hóa thành graphit, graphit này

có hạt nhỏ, sau khi làm nguội chậm ta có gang dẻo hay còn gọi là gang rèn T y theo chế độ

ủ ta có các loại gang dẻo có nền kim loại là ferit, peclit, ho c ferit - peclit

Quy tr nh chế tạo gang dẻo gồm hai bước:

- Đ c chi tiết b ng gang trắng

- Ủ vật đ c ở nhiệt độ 900 - 10000C trong khỏang th i gian 70 - 100 gi Ta

sẽ có gang dẻo

Tính chất

Thành phần C không cao n n graphit của nó ít và hơn nữa lại tập trung từng cụm

n n những ảnh hưởng xấu của nó đến cơ tính rất ít Lượng graphit trong gang dẻo ít hơn các loại gang khác n n cơ tính của gang dẻo đạt được độ bền kéo tương đối cao (thấp hơn gang cầu nhưng cao hơn nhiều so với gang xám) đ c biệt là có độ dẻo độ dai cao

Công dụng

Gang dẻo ít s dụng hơn gang xám m c d có cơ tính tổng hợp cao, tuy nhiên giá thành gang dẻo khá cao so với gang xám v công nghệ chế tạo nó phức tạp Chính v l do

tr n mà gang dẻo chỉ d ng làm vật liệu chế tạo chi tiết máy khi thỏa 3 điều kiện s dụng sau:

- Ch u va đập và ch u kéo

- H nh dáng phức tạp

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

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

II THÉP VÀ CÁC LOẠI THÉP THƯỜNG DÙNG:

Thép là hợp kim của sắt và cacbon c ng một số nguy n tố khác như Si, Mn, P, S, Cr, Ni,

Mo, Mg, Cu hàm lượng cacbon trong thép nhỏ hơn 2,14%

T y theo thành phần hóa học của các nguy n tố trong thép mà ngư i ta phân thép thành

hai nhóm là thép cacbon và thép hợp kim Trong đó:

Thép hợp kim: ngoài sắt và cacbon và các tạp chất, ngư i ta cố t nh đưa th m vào các nguy n tố đ c biệt với một hàm lượng nhất đ nh để làm thay đổi tổ chức và tính chất của thép cho ph hợp với y u cầu s dụng Các nguy n tố được đưa vào thư ng là Cr, Ni, Mn,

W, V, Mo, Ti, Cu, Ta, B, N…

Thép có cơ tính tổng hợp cao, có tính công nghệ tốt, có nhiều chủng loại với nhiều công dụng khác nhau n n là vật liệu được s dụng nhiều trong cơ khí chế tạo, xây dựng, đóng tàu

1.2 Phân loại:

- Theo giản đồ trạng thái:

+ [C]0,8 : thép cùng tích + C > 0,8%: thép sau cùng tích + C < 0,8%: thép trước c ng tích

- Theo hàm lượng C:

+ Thép C thấp : C < 0,25%

+ Thép C trung bình: C = 0,25- 0,5%

+ Thép C cao : C > 0,5%

- Theo phương pháp luyện kim:

+ Thép luyện trong lò chuyển: có chất lượng không cao, hàm lượng các nguy n tố kém chính xác

+ Thép luyện trong lò mác tanh: có chất lượng cao hơn trong lò chuyển 1 ít + Thép luyện trong lò điện: có chất lượng cao hơn nhiều, kh hết tạp chất tới mức thấp nhất

- Theo công dụng:

+ Thép C chất lượng thư ng:

+ Thép C kết cấu + Thép Cacbon dụng cụ

Đối với ngành cơ khí cần quan tâm đến cách phân loại theo công dụng Cách

phân loại này cho phép ch ng ta biết cách s dụng thép một cách hợp l khi chế tạo sản phẩm b ng thép

Thép cacbon được d ng rộng rãi trong kỹ thuật và ngay cả trong chế tạo máy v hai ưu điểm

cơ bản:

- Rẻ, không phải d ng nguy n tố hợp kim đắt tiền , dễ luyện

- Có cơ tính nhất đ nh và tính công nghệ tốt: dễ đ c, cán, rèn, kéo sợi gia công cắt và rập hơn

so với thép hợp kim

Tuy nhi n, thép cacbon cũng có nhiều nhược điểm, trong đó phải kể đến độ thấm tôi thấp, do

đó hiệu quả hoá bền nhiệt luyện không cao, tính ch u nhiệt độ cao kém, trong khi đó, thép hợp kim ngoài cơ tính sau khi nhiệt luyện cao còn có một số tính chất đ c biệt như chống ăn mòn, ch u nhiệt

độ cao, có tính chất từ và điện đ c biệt

3.1 Thép Cacbon chất lượng thường:

Loại này có cơ tính không cao, d ng để chế tạo các chi tiết máy, các kết cấu

ch u tải nhỏ Thư ng d ng trong ngành xây dựng, giao thông (cầu, nhà, khung, tháp…)

Thép cacbon thông dụng được chia ra làm ba nhóm A, B, C Nhóm A chỉ đánh giá b ng các chỉ ti u cơ tính (độ bền, độ dẻo, độ cứng…) Nhóm B đ c trưng b ng thành phần hóa học và nhóm C đ c trưng b ng cả hai chỉ ti u cơ tính và thành phần hóa học

Khi cần biết cơ tính th ta s dụng nhóm A, khi cần tính toán về hàn, nhiệt luyện th s dụng nhóm B ho c C

Theo TCVN 1765 - 75 qui đ nh k hiệu thép thông dụng là hai chữ CT, sau chữ CT chỉ giới hạn bền tối thiểu, theo đơn v N/mm2

Ví dụ: CT 38 có giới hạn bền là 38 N/mm2Các nhóm B và C cũng có k hiệu tương tự như nhóm A nhưng qui ước th m vào đ ng trước chữ CT chữ cái B hay C để phân biệt

Ví dụ: BCT31, CCT31

Ký hiệu theo tiêu chuẩn của các nước:

- Nga (ГOCT): K hiệu CTx trong đó x là các con số từ 0, 1, 2 đến 6 chỉ cấp

độ bền (số càng cao th độ bền càng cao) cũng có các phân nhóm A, Б, B tương ứng với các phân nhóm A, B, C của Việt Nam

- Mỹ (ASTM): K hiệu theo các số 42, 50, 60, 65 chỉ (min) theo đơn v ksi

- Mỹ (AISI): K hiệu Wxxx trong đó xxx là số thứ tự Ví dụ W110

- Nhật (JIS): K hiệu SKx trong đó x là số thứ tự từ 1 đến 7

- Nhật (JIS): K hiệu SSxxx; SMxxx hay xxx là các số chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu tính b ng Mpa Ví dụ: SS400 là thép cacbon thư ng có

Theo TCVN k hiệu thép cacbon kết cấu là chữ C, sau chữ C ghi chỉ số hàm lượng cacbon của thép như: C20, C45, C65…

Ví dụ: C45 trong đó chữ C k hiệu thép cacbon, 45 chỉ phần vạn cacbon trung

b nh ( tương đương với 0,45%C)

Ký hiệu theo tiêu chuẩn của các nước:

- Nga (ГOCT): Ký hiệu xx trong đó xx là số chỉ phần vạn C Ví dụ mác 40

Theo TCVN k hiệu thép cacbon dụng cụ là chữ CD, sau chữ CD ghi chỉ số hàm lượng cacbon của thép theo phần vạn như: CD70, CD80, CD100

Ví dụ: CD100 - chữ CD k hiệu thép cacbon dụng cụ, 100 chỉ phần vạn cacbon trung b nh (tương đương với 1%C)

Ký hiệu theo tiêu chuẩn của các nước:

- Nga (ГOCT): K hiệu Yxx trong đó xx là số chỉ phần ngh n C Ví dụ mác Y12 có 1,2%C

III QUAN SÁT TỔ CHỨC TẾ VI CỦA GANG VÀ THÉP:

có chất biến tính Mg ho c Ce(X ri) - Tổ chức tế vi của gang dẻo ở dạng cụm bông

Tổ chức tế vi của thép - Thép cacbon chất lượng thư ng : C = ( 0,1 ÷ 0,5 )% Ngoài ra còn có một số tạp chất như Mn, Si, P, S Trong đó (S = 0,05 ÷ 0,06 %, P = 0,04 ÷ 0,07 %) - Thép cacbon kết cấu : C = ( 0,08 ÷ 0,85 )% lượng tạp chất nhỏ S < 0,04%, P < 0,035% - Thép cacbon dụng cụ : C = ( 0,7 ÷ 1,6 )% - Thép hợp kim kết cấu : + C = (0,1 ÷ 0,65 )% + Các nguy n tố hợp kim thư ng d ng là Cr, Ni, Mn, Si với tổng hàm lượng nhỏ hơn 5% - Thép hợp kim dụng cụ : + C = (0,8 ÷ 1,4 )% + Các nguy n tố hợp kim đưa vào thép là Cr, V,

Ni, Mn, Si, Ti

2 Kính hiển vi kim loại học:

Việc s dụng kính hiển vi quang học với độ phóng đại khoảng 1000-2000 lần đổ lại để quan sát, đánh giá và phân tích cấu tr c tổ chức tế vi của kim loại và hợp kim (được gọi là Phương pháp phân tích kim tương) Một số các thông tin của tổ chức dưới kính hiển vi ch ng

ta có thể quan sát, lưu giữ và phân tích bao gồm: kích cỡ, h nh dáng và sự phân bố của hạt,

các pha trong tổ chức,chiều dày lóp phủ, xác đ nh độ rỗng, độ cầu hoá trong gang, đo lư ng các tinh thể h nh nhánh cây, các khuyết tật của đ c, của mối hàn hàn trong vật liệu và chi tiết

Từ đó, các nhà kim tương học có thể đánh giá được cơ tính của cấu tr c, các thông số công nghệ, rà soát quá tr nh sản xuất và phát triển công nghệ mới

Để quan sát được tổ chức thật của vật liệu, đòi hỏi phải có sự chuẩn b hợp l và chính xác Kết quả của quá tr nh chuẩn b sẽ không còn lớp biến dạng và không vết xước Các kết quả sai hay sự khó khăn khi quan sát cấu tr c, đo lư ng kết quả, nguy n nhân chủ yếu là do

sự chuẩn b mẫu gây ra

Phương pháp phân tích kim tương đã được s dụng cách đây từ rất lâu khi ngành sản xuất kim loại và thép ra đ i Sau này, phương pháp này đã được ứng dụng và mở rộng cho các ngành vật liệu khác như gốm sứ, thạch học, vật liệu linh kiện điện, điện t , v.v…

Ni, Mn, Si, W, V, Co, Mo, Ti, Cu Chính nh các nguy n tố hợp kim đó mà làm cho thép hợp kim nói chung có những ưu điểm vượt trội so với thép cacbon

2 Những đặc tính của Thép hợp kim:

- Về cơ tính: thép hợp kim nói chung có độ bền cao hơn hẳn so với thép cacbon Điều này thể hiện đ c biệt r ràng sau khi nhiệt luyện tôi và ram, nhất là khi có m t của Cr làm cho tính thấm tôi của thép tăng mạnh, do đó nếu nhiệt luyện và ram hợp l th sẽ tăng cơ tính

rõ rệt

- Về tính ch u 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 th thép phải được hợp kim hóa bởi một số nguy n tố với hàm lượng tương đối cao

- Các tính chất vật l và hóa học đ c biệt như từ tính, tính giãn nở nhiệt rất thấp, tính chống ăn mòn cao, có th tạo ra thép từ tính cao hay không có từ tính

Phân loại theo nồng độ hợp kim trong thép

Gồm ba loại:

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

- Thép hợp kim trung b nh: có tổng lượng các nguy n tố hợp kim đưa vào từ 2,5 -

10%

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

b Phân loại theo nguyên tố hợp kim

Cách phân loại này dựa vào t n của các nguy n tố hợp kim chính của thép Ví dụ như thép có chứa crôm gọi là thép crôm, thép manggan, thép niken …

+ Thép Crôm: Ch u nhiệt có độ cứng cao → làm các ổ bi

+ Thép Niken: Chống rỉ

+ Thép Crôm – Niken: Ch u ăn mòn hóa học

4 Ký hiệu thép hợp kim:

Theo TCVN1765-75 thì kí hiệu b ng hệ thống chữ và số

4.1 Hệ thống chữ: D ng để k hiệu các nguy n tố hợp kim có trong thép b ng

chính k hiệu hóa học của nó

4.2 Hệ thống số: D ng để chỉ thành phần hóa học của nguy n tố hợp kim có trong

thép

Để kí hiệu thép hợp kim ta d ng con số chỉ phần vạn C ở đầu sau đó đến 1 chữ cái chỉ nguy n tố hợp kim (là chữ cái nguy n tố được viết hoa) & 1 con số chỉ % nguy n tố hợp kim (khi % nguy n tố hợp kim là 1 th ta không cần viết)

VD: 25Ni5Cr2Mn nghĩa là 25 → 0,25%C

Ni5 → 5%Niken Cr2 → 2%Crôm

Loại thép này được d ng để chế tạo các chi tiết ch u tải trọng cao, cần độ cứng,

độ ch u mài mòn, ho c cần tính đàn hồi cao…

Theo TCVN th thép hợp kim được k hiệu như sau: số đầu ti n chỉ hàm lượng C theo phần vạn, sau đó là k hiệu hóa học của các nguy n tố hợp kim, ngay sau mỗi k hiệu hóa học của các nguy n tố hợp kim là hàm lượng % của từng nguy n tố Trư ng hợp hàm lượng % của các nguy n tố hợp kim gần b ng 1% th không cần ghi th m chỉ số Chữ A nếu

có, n m ở cuối k hiệu để chỉ thép hợp kim loại tốt

Ví dụ: Các mác thép hợp kim kết cấu thư ng g p là: 15Cr, 20Cr, 20CrNi hàm lượng Cr, Ni thư ng nhỏ hơn 1%, ho c các loại 12CrNi3A, 12Cr2Ni3A, 12Cr2Ni4A, các chữ số đ t sau nguy n tố hợp kim là hàm lượng nguy n tố đó còn chữ A để chỉ loại tốt

Những loại có hàm lượng cacbon trung b nh có k hiệu như: 40Cr, 40CrMn, 35CrMnSi

C65Si2

Những loại có hàm lượng cacbon cao d ng làm thép lò xo như 50Si2, C65Mn,

Ngày nay tr n thế giới đều có các nhóm thép hợp kim thấp với độ bền cao (so với thép cacbon) Thép này được hợp kim hóa với lượng hợp kim thấp và được gọi theo chữ viết tắt là HSLA (Hight Strength Low Alloy Steel) Nó được d ng nhiều trong các ngành công nghiệp Đ c điểm chung của loại thép hợp kim này là có độ bền cao, có tính chống ăn mòn tốt, tính hàn tốt và giá thành rẻ

Ký hiệu theo tiêu chuẩn của các nước:

- Nga (ГOCT): tương tự như TCVN, k hiệu của các nguy n tố: X = Cr, H = Ni,

B = W, M = Mo, T = Ti, K = Co, Г = Mn, C = Si, = V, Д = Cu, Ю = Al, P = B Ví dụ 12XH3 tương đương với 12CrNi3

- Mỹ (AISI/ SAE): K hiệu b ng 4 số xxxx, trong đó 2 số đầu chỉ nguy n tố hợp kim chính, 2 số cuối chỉ hàm lượng cacbon theo phần vạn như Bảng 3.1

môlipđen (11 loại)

43xx, 43BVxx, 47xx, 81xx, 86xx, 87xx, 88xx, 93xx, 94xx, 97xx, 98xx Thép dễ cắt (2 loại) 11xx, 12xx Thép niken-môlipđen

(2 loại)

46xx, 48xx

Bảng 3.1 K hiệu thép hợp kim kết cấu theo chuẩn AISI/SAE

Ví dụ: mác 5140 là thép crôm có 0,4%C tương ứng với mác 40Cr của Việt Nam

- Nhật (JIS): K hiệu bắt đầu b ng chữ S, tiếp theo là các chữ cái biểu th loại thép hợp kim và cuối c ng là ba số xxx (trong đó hai số cuối chỉ phần vạn cacbon trung bình)

Ví dụ: SCr440 là thép crôm có 0,4%C tương đương với mác 40Cr của Việt Nam

5.2 Thép hợp kim dụng cụ:

Là thép có độ cứng cao sau khi nhiệt luyện, độ ch u nhiệt và độ ch u mài mòn cao Hàm lượng cacbon trong hợp kim dụng cụ từ 0,7 - 1,4%, các nguy n tố hợp kim cho vào là

Cr, W, Si, Mn

Thép hợp kim dụng cụ có tính nhiệt luyện tốt Sau khi nhiệt luyện có độ cứng đạt 60

- 62 HRC Những mác thép thư ng g p là 90CrSi, 100CrWMn, 100Cr12 và OL100Cr1,5 (thép ổ lăn)

Thép hợp kim dụng cụ d ng làm các dụng cụ cắt gọt, khuôn dập nguội ho c nóng

Ký hiệu theo tiêu chuẩn của các nước:

- Nga (ГOCT): tương tự như TCVN

- Mỹ (AISI): K hiệu một chữ cái chỉ nhóm thép và số thứ tự như Bảng 3.2

Ví dụ: D3 là thép hợp kim dụng cụ làm khuôn dập nguội có hàm lượng crôm và cacbon cao, tương đương với mác 210Cr12 của Việt Nam

- Nhật (JIS): K hiệu SKSx, SKDx, SKTx trong đó x là số thứ tự

Ví dụ: SKD1 là thép hợp kim dụng cụ tương đương với mác 210Cr12 của Việt Nam

5.3 Thép hợp kim đặc biệt:

Đ ng như t n gọi đầy đủ, loại thép này có những đ c tính s dụng khác lạ, ít

g p (do s dụng với khối lượng không lớn) nhưng có nghĩa quyết đ nh, không thể thiếu trong một số lĩnh vực kỹ thuật, ch ng có những đ c điểm chung như sau:

- Về thành phần cacbon, phần lớn loại thép này có cacbon rất thấp (< 0,10 - 0,15%) thậm chí y u cầu không còn cacbon (l c đó không phải là thép mà chỉ là hợp kim sắt), cũng có thép ngược lại y u cầu cacbon rất cao (> 1,00%), rất ít trư ng hợp có lượng cacbon trung gian

- Về thành phần hợp kim, phần lớn loại thép này thuộc loại hợp kim hóa cao (> 10%) hay rất cao (> 20%) song thư ng chỉ d ng một (hợp kim hóa đơn giản như crôm ho c silic) hay hai nguy n tố hợp kim chủ yếu (như crôm - niken)

- Về tổ chức tế vi, phần lớn loại này có tổ chức khác hẳn, do hợp kim hóa cao

có thể có tổ chức austenit, ferit, mactenxit ở trạng thái cung cấp

Do thành phần và tổ chức như vậy, loại thép này có những nhóm thép với các

đ c tính cơ, l , hóa khác nhau:

+ Có tính chống mài mòn đ c biệt cao

+ Có tính chất điện - điện từ đ c biệt

+ Làm việc ở nhiệt độ cao

+ Có tính giãn nở nhiệt hay đàn hồi đ c biệt

Trong mục này chỉ khảo sát các thép được s dụng tương đối rộng rãi trong sản xuất cơ khí

5.3.1 Thép không gỉ

* Khái niệm ăn mòn kim loại: ăn mòn là sự phá hu kim loại dưới tác

dụng xâm thực của môi trư ng mà sản phẩm làm việc Các chi tiết máy trong quá tr nh làm việc chủ yếu b ăn mòn điện hóa

* Nguyên lý chống ăn mòn của các loại thép: Nguy n l chung để chế tạo

thép chống ăn mòn điện hóa là:

- Làm thép có tổ chức một pha với thành phần đồng nhất: Nếu thép chỉ

có một pha đồng nhất th không tạo thành c p pin được và do vậy nó có tính chống ăn mòn rất cao Muốn thép có tổ chức một pha chỉ có cách là hợp kim hóa nó b ng những nguy n tố

mở rộng v ng α ho c γ để nhận được thép ferit ho c austenit

- Làm cho điện thế điện cực của hai pha ferit và cacbit (xementit) ch nh lệch nhau ít, do đó dòng điện ăn mòn sinh ra nhỏ, tính chống

ăn mòn của thép được nâng cao Muốn vậy phải hợp kim hóa

thép b ng lượng lớn nguy n tố hợp kim hòa tan vào ferit và

có khả năng nâng cao điện thế điện cực của pha này l n giá

tr gần b ng điện thế điện cực của pha cacbit

không gỉ

* Đặc điểm chung của các loại thép

- Thành phần cacbon thấp Thành phần 12,5 25 37,5 %Cr

cacbon càng thấp số lượng pha cacbit trong thép càng ít,

dòng điện ăn mòn nhỏ, tính chống ăn mòn cao Làm việc

trong môi trư ng ăn mòn càng mạnh, lượng cacbon y u cầu

 Các loại thép không gỉ

+ Đảm bảo tính dẻo

- Các số hiệu điển hình: 12Cr13; 20Cr13; 30Cr13; 40Cr13

* Thép ferit bền axit: Nguy n tố hợp kim chính là Cr T y theo hàm lượng Cr

chia ra làm ba nhóm:

- Nhóm thép chứa tới 17%Cr như số hiệu 12Cr17, đó là số hiệu thép không

gỉ ferit d ng nhiều nhất, v nó có thể thay thế cho thép austenit trong những trư ng hợp có thể lại không chứa Ni n n rẻ Được d ng nhiều trong công nghiệp sản xuất HNO3, hóa thực phẩm, kiến tr c… Nhược điểm duy nhất là khó hàn, tuy nhi n có thể khắc phục b ng cách

hạ thấp hàm lượng cacbon ho c cho th m Ti như số hiệu 08Cr17Ti

- Nhóm thép chứa khoảng 24-27%Cr loại này chứa rất ít cacbon như 15Cr25Ti

- Nhóm thép chứa từ 27-30%Cr do có hàm lượng Cr cao n n chống oxy hóa được ở nhiệt độ cao như 15Cr28

b Thép không gỉ 1 pha: là loại thép không gỉ mà tổ chức chỉ có 1 pha đồng nhất (thép không gỉ Crom-niken)

- Thành phần hoá học: %C < 0,1%,18%Cr, Ni 9-10%có tác dụng mở rộng vùng , do đó tăng 0 của thép (cũng theo quy luật ứng suất)

Do Ni đắt tiền khó hợp kim hoá không d ng với số lượng quá lớn