Giáo trình Vật liệu cơ điện (Nghề Vận hành nhà máy thủy điện)

Vì vậy đòi hỏi người công nhân làm việc trong các ngành, nghề và đặc biệt trong các ngành nghề điện, điện tử phải hiểu rõ về bản chất của các vật liệu và ứng dụng của các vật liệu đó, đồ

TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI

GIÁO TRÌNH MÔN HỌC/ MÔ ĐUN: Vật liệu cơ điện NGÀNH/NGHỀ: Vận hành nhà máy thủy điện ( Áp dụng cho Trình độ Trung cấp)

LƯU HÀNH NỘI BỘ NĂM 2017

LỜI GIỚI THIỆU

Hiện nay ở nước ta hầu hết các hoạt động của xã hội đều gắn với việc sử dụng điện năng Điện không những được sử dụng ở thành phố mà còn được đưa về nông thôn, miền núi hoặc nhờ các trạm phát điện địa phương, máy phát điện hộ gia đình

Cùng với sự phát triển của điện năng các thiết bị điện dân dụng được sử dụng ngày càng tăng lên không ngừng Chất lượng của các vật liệu điện cũng không ngừng được cải tiến và nâng cao cùng với sự phát triển của công nghệ mới Vì vậy đòi hỏi người công nhân làm việc trong các ngành, nghề và đặc biệt trong các ngành nghề điện, điện tử phải hiểu rõ về bản chất của các vật liệu và ứng dụng của các vật liệu đó, đồng thời phải hiểu rõ về cấu tạo vật liệu, nắm được các hiện tượng, nguyên nhân hư hỏng và cách khắc phục để không ngừng nâng cao hiệu quả kinh tế và tiết kiệm điện năng trong sử dụng

MỤC LỤC TRANG Lời giới thiệu 2 Chương 1: Những khái niệm cơ bản về kim loại và hợp kim 1 Khái niệm về kim loại, hợp kim

2 Cấu tạo của kim loại, hợp kim

3 Tính chất chung của kim loại và hợp kim: 5 6 10 Chương 2 Gang

1 Giới thiệu chung về gang: 2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất chung của gang:

3 Các loại gang thường dùng: 14 15 16 Chương 3 Thép và vật liệu dẫn từ

1 Thép 21

2 Vật liệu dẫn từ 36

Chương 4 Hợp kim cứng

1 Khái niện chung: 48

2 Một số loại hợp kim cứng thường dùng 48

Chương 5 Kim loại màu và vật liệu dẫn điện

1.Khái niệm và phân loại kim loại 50

2 Đặc điểm và tính chất chung 50

3 Vật liệu dẫn điện có điện dẫn cao 58

4 Vật liệu dẫn điện có điện trở cao 59

5 Một số vật liệu dẫn điện khác 60

6 Hợp kim làm ổ trượt 61

Chương 6 Ăn mòn kim loại 1 Hiện tượng ăn mòn kim loại: 67

2 Phương pháp chống ăn mòn kim loại 67

Chương 7 Vật liệu phi kim loại và vật liệu cách điện

1.Khái niệm và phân loại 68

2 Tính chất chung của vật liệu cách điện 69

3 Vật liệu cách điện thể khí 75

4 Vật liệu cách điện thể lỏng 77

5 Vật liệu cách điện thể rắn 78

6 Chất dẻo 86

7 Dầu - Mỡ bôi trơn 88

Chương 8: Vật liệu bán dẫn 1 Khái niệm chung về vật liệu bán dẫn 88

2 Sự dẫn điện của vật liệu bán dẫn 88

3 Tiếp giáp điện tử - lỗ trống 90

4 Một số nguyên tố có tính chất bán dẫn dùng trong kỹ thuật 91

- Hợp kim là dung dịch rắn của nhiều nguyên tố kim loại hoặc giữa nguyên tố kim loại với nguyên tố phi kim Hợp kim mang tính kim loại (dẫn nhiệt cao, dẫn điện, dẻo,

dễ biến dạng, có ánh kim ) Hợp kim màu, là hợp kim của các kim loại khác ngoài sắt

thành Ví dụ, thép(hợp kim của sắt) có độ bền vượt trội so với kim loại hợp thành của

nó là sắt Đặc tính vật lý của hợp kim không khác nhiều kim loại được hợp kim hoá, như mật độ, độ kháng cự, tính điện và hệ số dẫn nhiệt, nhưng các đặc tính cơ khí của

chống ăn mòn

chảy nhất định Thay vì, chúng có một miền nóng chảy bao gồm trạng thái các khối chất rắn hòa lẫn với khối chất lỏng Điểm nhiệt độ bắt đầu chảy được gọi là đường đông đặc và hoàn thành việc hóa lỏng hoàn toàn gọi là đường pha lỏng trong giản đồ

1.3 Vai trò của kim loại, hợp kim trong cuộc sống

Trong các nhóm vật liệu kể trên thì vật liệu kim loại có vai trò quyết định 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

cao

Mỗi khi con người tìm ra một loại vật liệu mới, với những tính chất ưu việt của nó

là một lần thúc 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 giúp cho ngành công nghiệp hàng không và tên lửa 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 nghiên cứu nhằm tạo ra những hợp kim mới có tính năng ngày càng ưu việt hơn về cơ tính cùng một số tính chất vật lý và hóa

đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của thế giới

2.1 Kim loại:

2.1.1 Cấu tạo nguyên tử

nhau

- Vật chất là do các nguyên tử tạo thành, mỗi nguyên tử là một hệ thống phức tạp

xung quanh hạt nhân theo các quỹ đạo khác nhau Hạt nhân bao gồm Proton và nơtron

Hình 1- 1: Sơ đồ phân bố các điện tử trên quỹ đạo

Các điện tử quay xung quanh hạt nhân với vận tốc rất lớn và theo quỹ đạo hình elíp Quỹ đạo ngoài cùng có ảnh hưởng nhiều nhất đến tính chất của mỗi chất (hình 1-1) Đối với kim loại ở quỹ đạo ngoài cùng thường có 1 đến 2 điện tử, các điện tử này dễ

yếu giữa Kim loại và vật liệu phi kim loại

xung quanh hạt nhân và các điện tử này dễ bật ra khỏi quỹ đạo của nó Các điện tử tự

2.1.2 Cấu tạo mạng tinh thể

Hình 1-2: Cấu tạo mạng tinh thể kim loại nguyên chất

a) Sơ đồ sắp xếp mạng tinh thể lập phương đơn giản; b) ô cơ bản của mạng

Kim loại ở trạng thái rắn có cấu tạo bên trong theo mạng tinh thể, tức là các nguyên tử của nó sắp xếp trong không gian theo một vị trí hình học nhất định chứ không hỗn độn như các vật liệu phi kim loại trong đó các nguyên tử kim loại được biểu diễn bằng những vòng tròn nhỏ nằm ở các mép của hình lập phương ta gọi là nút mạng Phần nhỏ nhất đặc trưng cho một mạng tinh thể nào đó gọi là ô cơ bản Nếu xếp

2.1.3 Các kiểu mạng tinh thể thường gặp

Các kiểu mạng tinh thể thường gặp của kim loại

quan trọng thể hiện cả hình dáng bên ngoài, cấu trúc bên trong và các tính chất của

kiểu sắp xếp nguyên tử Sau đây là một số kiểu mạng tinh thể thường gặp:

+ Lập phương thể tâm

Trong ô cơ bản của kiểu mạng này (hình 1-3), các nguyên tử nằm ở đỉnh của hình

tâm các nguyên tử kề nhau của ô cơ bản mạng tinh thể gọi là thông số mạng, độ lớn

+ Lập phương diện tâm

Trong ô cơ bản của kiểu mạng này, các nguyên tử nằm ở các nút (đỉnh) của hình lập phương và nằm ở trung tâm các mặt của hình lập phương như hình 1 - 4 Các kim loại

+ Lục phương dày đặc

Trong ô cơ bản của kiểu mạng này, các nguyên tử nằm ở các nút (đỉnh) của hình lục lăng, hai nguyên tử nằm ở trung tâm hai mặt đáy và ba nguyên tử nằm ở trung tâm ba khối lăng trụ tam giác cách nhau như hình 1-5 Các kim loại có kiểu mạng này gồm kẽm, côban, magiê…

+ Ngoài ba loại mạng tinh thể thường gặp trên, ta còn gặp kiểu mạng chính phương thể tâm như hình 1-6 Nó khác mạng lập phương thể tâm ở chỗ ô cơ bản có một

Hình 1-5: Ki ểu lục phương dày đặc Hình 1-6: Ô cơ bản chính

a) Ô cơ bản; b) Hình chiếu bằng phương thể tâm

Hình 1-3 Ki ểu lập phương thể tâm

b

a

- Trong dung d ịch đặc thay thế: Nguyên tử nguyên tố này đẩy nguyên tử nguyên tố

đúng như cấu tử của dung môi Về mặt hình học có thể thấy sự thay thế nguyên tử này

nào có đường kính nguyên tử hoàn toàn giống nhau Vì vậy sự thay thế chỉ xảy ra đối với các nguyên tố có kích thước nguyên tử gần bằng nhau (sai lệch không quá 15%)

Hình 1-6: Các mô hình cấu trúc dung dịch đặc của hợp kim

a) Mô hình dung dịch đặc thay thế; b) Mô hình dung dịch đặc xen kẽ;

c) Mô hình dung dịch đặc tổng hợp

- Trong dung d ịch đặc xen kẽ: Nguyên tử của các nguyên tố hòa tan (ví dụ cácbon,

ôxi ) nằm xen kẽ vào các lỗ hổng giữa các nút của mạng tinh thể của nguyên tố cơ bản

hơn hẳn để có thể lọt vào lỗ hổng trong mạng của kim loại chủ, tức là vẫn có kiểu mạng như kim loại chủ nhưng số nguyên tử trong ô cơ sở tăng lên

2.2.2 Hợp chất hóa học

Hợp kim có cấu tạo là hợp chất hóa học khi nguyên tử của các nguyên tố khác nhau tác dụng hóa học với nhau theo tỉ lệ chính xác giữa các nguyên tử có kiểu mạng xác định, có thành phần hóa học xácđịnh được biểu diễn bằng một công thức hóa học

Đặc điểm chung của hợp chất hóa học là có độ cứng, độ giòn cao

3 Tính chất chung của kim loại và hợp kim

3.1 Tính chất vật lý (tính chất lý học): Là các tính chất đặc trưng như là vẻ sáng

mặt ngoài, tính nóng chảy, tính dẫn nhiệt, tính dãn nở nhiệt, tính dẫn điện vv

3.1.1 Vẻ sáng mặt ngoài

Theo vẻ sáng mặt ngoài của kim loại người ta chia thành hai nhóm là kim loại đen

và kim loại màu

a Kim loại đen: Kim loại đen gồm toàn bộ các hợp kim của sắt, tức là các loại

gang và các loại thép

b Kim loại màu

- Kim loại màu là tất cả các hợp kim và kim loại còn lại

không để cho ánh sáng xuyên qua nó được Tuy nhiên kim loại lại có độ phản chiếu ánh sáng ở mặt ngoài Mỗi kim loại sẽ phản chiếu ánh sáng theo một màu sắc riêng mà

3.1.2 Tính nóng chảy

Kim loại có tính chảy lỏng khi đốt nóng và đông đặc khi làm nguội Nhiệt độ ứng với đúc kim loại chuyển từ thể đặc sang thể lỏng hoàn toàn gọi là điểm nóng chảy (và ngược lại) Điểm nóng chảy có ý nghĩa rất quan trọng trong công nghệ đúc, vì khi đúc

ta phải nấu chảy lofng kim loại để dát vào khuôn

Điểm nóng chảy của hợp kim lại khác với điểm nóng chảy của từng kim loại tạo nên hợp kim đó Bằng cách pha trộn nhiều kim loại khác nhau, ta có thể tạo được hợp

riêng rẽ Trong thực tế người ta có thể pha chế các hợp kim có điểm nóng chảy thấp

nóng chảy của từng kim loại thành phần

3.1.3 Tính dẫn nhiệt

Là tính truyền nhiệt của kim loại khi đốt nóng hoặc làm lạnh

gian, nếu làm nguội quá nhanh dễ gây ra nứt và vỡ

việc chế tạo các chi tiết máy cần dẫn nhiệt nhanh như píttông, kết nước

giảm xuống

Trong ô tô, các chi tiết máy cần có sự truyền nhiệt nhanh như: Piston, cánh tản nhiệt của két làm mát… thì phải làm bằng các vật liệu có tính dẫn nhiệt tốt như là hợp kim nhôm, đồng

Đơn vị đo tính dẫn nhiệt được biểu thị bằng Kilô calo/m.giờ.độ Tính dẫn nhiệt của mỗi kim loại giảm xuống khi nhiệt độ tăng

Thực tế người ta thường so sánh tính dẫn nhiệt của các kim loại khác với bạc vì bạc

kim loại khác như: Đồng = 0,9; Nhôm = 0,5; Sắt = 0,15…

3.1.4 Tính giãn nở nhiệt

Khi đốt nóng các kim loại giãn nở ra và khi nguội lạnh nó co lại Sự giãn nở kim

được gọi là hệ số giãn nở nhiệt theo chiều dài Sự giãn nở theo thể tích được tính bằng

3 lần sự giãn nở theo chiều dài

Trong kỹ thuật để làm các dụng cụ đo lường đảm bảo độ chính xác cao người ta

Cần chú ý rằng hệ số giãn nở nhiệt tuy rất nhỏ, nhưng với các vật có kích thước lớn,

động cơ ô tô phải chú ý đến khe hở giữa piston và xilanh để ở trạng thái nguội vẫn đảm bảo độ kín cần thiết, ở trạng thái nóng thì piston không bị bó kẹt trong xilanh

3.1.5 Tính dẫn điện

khác nhau Kim loại có tính dẫn điện cao tức là kim loại ít cản trở dòng điện (điện trở của kim loại nhỏ) So sánh tính dẫn điện và tính dẫn nhiệt của kim loại ta thấy kim loại

Các kim loại có tính dẫn điện tốt được dùng trong kỹ thuật là đồng, nhôm… Khi

loại là tốt nhất Đây chính là hiện tượng siêu dẫn hiện đang được nghiên cứu và ứng dụng trong thực tế

3.1.6 Nhiệt dung

được Đây là một đặc trưng cần biết khi gia công cơ khí bằng các phương pháp gia công nóng như đúc, hàn…

3.1.7 Tính nhiễm từ

Là khả năng kim loại bị từ hoá khi được đặt trong một từ trường Trong thực tế khả năng nhiễm từ của các kim loại không giống nhau và được chia làm hai nhóm

- Sắt và hầu hết các hợp kim của sắt đều có tính nhiễm từ và được gọi là chất sắt từ

Tính nhiễm từ của các chất sắt từ phụ thuộc vào thành phần và tổ chức bên trong

so sánh khi chọn vật liệu chế tạo các máy móc thiết bị cần quan tâm đến việc giảm nhẹ khối lượng

3.1.9 Nhiệt độ nóng chảy

Kim loại có tính nóng chảy khi đốt nóng và đông đặc khi nguội Nhiệt độ ứng với

Điểm nóng chảy của hợp kim khác với điểm nóng chảy của từng kim loại tạo nên

người ta nấu chảy loãng kim loại để rót vào khuôn

3.2 Tính chất hoá học

3.2.1 Định nghĩa

Tính chất hóa học là biểu thị khả năng của kim loại và hợp kim chống lại tác dụng hóa học của các môi trường có hoạt tính khác nhau Hầu hết các kim loại và hợp kim đều bị tác dụng hóa học của môi trường xung quanh

Ví dụ thép để trong không khí bị gỉ, đồng bị gỉ thành màu xanh vv

3.2 2 Tính chất hóa học của kim loại và hợp kim

a Tính chống ăn mòn: Là khả năng chống lại sự ăn mòn của hơi nước hay oxi

trong không khí ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao

b Tính chịu axít: Là khả năng chống lại tác dụng của các môi trường axít Khi lựa

chọn vật liệu trong chế tạo máy, người ta phải căn cứ vào tính chất hóa học của vật liệu để lựa chọn cho phù hợp với điều kiện làm việc của chi tiết máy Ví dụ: Trên ô tô người ta phải dùng vật liệu là chì làm các bản cực của các bình ắc quy vì chì không bị axít ăn mòn

3.3 Tính chất cơ học

3.3.1 Định nghĩa

Là khả năng chống lại tác dụng của ngoại lực lên kim loại và hợp kim Tính chất cơ

Để xác định được tính chất cơ học của kim loại người ta phải tiến hành các quá

Trong đó thử kéo là quan trọng nhất vì qua đó ta có thể xác định được các cơ tính chủ yếu của kim loại như: Độ bền, độ đàn hồi, độ dẻo

3.3.2 Các tính chất cơ học chủ yếu

a Độ bền Là khả năng chịu ngoại lực của kim loại ở mẫu thử đó nó không bị phá

b Độ cứng Là khả năng chống lại ngoại lực tác động khi chịư lực ở mẫu thử nó

được xác định là độ biến dạng trong cùng một điều kiện ngoại lực như nhau Người ta

dùng nhiều đơn vị đo độ cứng như: HB (Brinen), HRA, HRB, HRC (Rốc oen)

c Độ đàn hồi Là khả năng biến dạng của vật liệu khi có ngoại lực tác động

d Tính biến hình Là khả năng biến dạng của kim loại so với hình dạng ban

đầu khi ngoại lực tác động, có phương, chiều và trị số khác nhau

quan tâm khi lựa chọn vật liệu trong chế tạo máy

3.4 Tính chất công nghệ

3.4.1 Định nghĩa: Là khả năng mà kim loại có thể thực hiện được các phương

3.4.2 Tính công nghệ

a Tính cắt gọt: Là khả năng của kim loại gia công cắt gọt dễ hay khó Tính cắt gọt

được xác định bằng: tốc độ cắt gọt, lực cắt gọt, độ bóng bề mặt sau khi cắt gọt

b Tính hàn: Là khả năng tạo thành sự liên kết giữa các chi tiết khi nung nóng cục

c Tính đúc: Là khả năng chảy loãng của kim loại khi nấu chảy kim loại để đổ vào

khuôn đúc Tính đúc được xác định bởi độ co, ngót và tính thiên tích của kim loại

d Tính rèn dập: Là khả nẳng biến dạng vĩnh cửu của kim loại khi có ngoại lực

tác động để tạo thành hình dạng chi tiết mà không bị phá hủy

e Tính nhiệt luyện: Là khả năng làm thay đổi độ cứng, độ bền, độ dẻo của kim

loại bằng cách nung nóng kim loại, giữ kim loại ở nhiệt độ đó một thời gian rồi cho

Tính chất công nghệ của kim loại cũng là một yếu tố rất quan trọng trong gia công chế tạo Nhờ có tính công nghệ có thể chế tạo được các chi tiết có các yêu cầu kỹ thuật

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1

Câu 1: Hãy nêu tầm quan trọng của kim loại và hợp kim trong sản xuất công nghiệp?

Câu 2: Trình bày cấu tạo của kim loại?

Câu 4: Trình bày các tính chất chung của kim loại và hợp kim?

Chương 2 Gang

1 Giới thiệu chung về gang

1.1 Khái niệm: Gang là hợp kim Sắt - Cácbon (Fe - C), trong đó lượng C = 2,14%,

nhưng không lớn hơn 6,67% Ngoài ra còn có các nguyên tố như Mn, S P, Si và một

1.2 Thành phần hoá học và kết cấu mạng tinh thể

a Tổ chức tế vi: Đặc điểm về tổ chức tế vi quan trọng nhất chi phối các đặc điểm

khác là phần lớn hay toàn bộ các bon trong các gang chế tạo máy ở dạng tự do hay

Tổ chức tế vi của gang được chia thành hai phần: phần phi kim loại là Graphit hay cacbon tự do và phần còn lại là nền kim loại với các tổ chức khác nhau:

- Pherit: khi toàn bộ C ở trạng thái tự do

- Pherit – Peclit: Khi phần lớn C ở trạng thái tự do và rất ít C ở dạng liên kết Các gang khác nhau chỉ là ở dạng của graphit

+ Graphit có dạng cụm (tụ tập lại thành đám) qua phân hoá từ Xêmentit ( gang dẻo)

b Thành phần hoá học: Để có được graphit và graphit với các dạng khác nhau

Mỗi loại gang phải có những đặc điểm riêng về thành phần hoá học và cách chế tạo

Bảng 2-1 Thành phần hoá học của gang

gây hoá trắng gang) hay chống lại graphit hoá Chúng được đưa vào có chủ định hoặc chúng là các tạp chất

1.3 Tính chất của gang: Gang có một số tính chất quan trọng sau đây:

trọng Vì vậy các chi tiết máy không có yêu cầu đặc biệt thì thường dùng phương pháp đúc để tạo hình Người ta dùng phương pháp đúc trong khuôn kim loại, đúc áp lực Các phương pháp đúc này có thể tạo được các chi tiết có hình dạng, kết cấu phức tạp

mà không cần gia công lại Ví dụ đúc thân máy, nắp máy… động cơ ôtô

cơ, bền nhiệt cao Vì vậy người ta thường dùng gang chế tạo các chi tiết máy có yêu cầu cao về độ chịu mài mòn, ma sát, độ gifn nở vì nhiệt thấp Ví dụ: Làm bánh đà động cơ ôtô, các xilanh lực của hệ thống thủy lực…

độ bền mỏi nhỏ Như vậy các chi tiết chịu lực dễ bị mỏi người ta không dùng gang

2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất chung của gang:

2.1 ảnh hưởng của cácbon

gang trắng, nếu C ở trạng thái tự do thì gang đó gọi là gang xám(Grafít) Sự tạo thành các loại gang khác nhau phụ thuộc vào thành phần hóa học và tốc độ nguội của nó Nếu tốc độ nguội nhanh thì được gang trắng, tốc độ nguội chậm thì được gang xám

2.2 ảnh hưởng của các Mn, Si, P, S

- Silic (Si): Là nguyên tố ảnh hưởng nhiều nhất đến cấu trúc tinh thể của gang vì nó thúc đẩy sự tạo thành Grafít trong gang xám, do vậy thành phần Si thường cao (1 đến

4,25%)

- Mangan (Mn): Nó thúc đẩy sự tạo thành gang trắng và ngăn cản quá trình Grafít hóa vì vậy lượng Mn trong gang trắng thường cao (từ 2 đến 2,5%)

- Phốt pho (P): Là nguyên tố có hại trong gang, nó làm giảm độ bền, tăng độ giòn

của gang Tuy nhiên P lại làm tăng tính chảy lofng của gang khi đúc

- Lưu huỳnh (S): Là nguyên tố có hại trong gang, nó làm giảm tính đúc, giảm độ

bền, làm cho gang giòn Do đó thành phần của S trong gang thường nhỏ hơn 0,15%

3 Các loại gang thường dùng

- Lý tính: Trên bề mặt gãy của gang có màu sáng trắng do Cacbon ở dạng hợp chất

- Cơ tính: Do Cacbon ở dạng Fe3C nên gang rất cứng (650÷700)HB và giòn Do đó không thể gia công cắt gọt, không thể dùng gang trắng để làm các chi tiết máy có độ

chính xác cao

+ Độ dẻo, dộ bền thấp

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

c Công dụng

tiết yêu cầu độ cứng cao ở bề mặt làm việc trong điều kiện chịu mài mòn như: bi nghiền, bề mặt trục cán, mép lưỡi cày, bề mặt vành bánh xe lửa…

- Cần chú ý là không làm toàn bộ chi tiết bằng gang trắng, vì như vậy dễ bị gãy, vỡ, nên chỉ tạo cho lớp bề mặt là gang trắng còn lõi vẫn là gang Graphit Muốn bề mặt bị biến trắng, người ta làm nguội nhanh bề mặt vật đúc

- Tổ chức tế vi: Gang xám là loại gang mà phần lớn Cacbon ở dạng tự do (gọi là

có màu xám nên mặt gãy của gang có màu xám

b Phân loại: Tùy theo mức độ tạo thành Graphit mạnh hay yếu, gang xám được

dạng tự do, không có xementit, chỉ có 2 pha: Graphit và nền kim loại là Ferit

- Gang xám Ferit - Peclit: Có mức độ tạo thành Graphit mạnh, lượng Cacbon liên

0,6 ÷ 0,8 % tạo nên nền kim loại Peclit

+ Do Graphit có độ cứng, độ bền thấp hơn Xementit nên gang xám có độ cứng, độ

+ Độ dẻo, độ bền thấp hơn thép

+ Có khả năng khủ cộng hưởng và tự bôi trơn tốt (hệ số ma sát nhỏ)

- Tính kinh tế Chế tạo gang xám đơn giản hơn so với thép

d Phạm vi sử dụng: Dùng để chế tạo các sản phẩm đúc có đặc điểm: Kích thước

sản phẩm lớn, kết cấu phức tạp, các chi tiết không chịu va đập khi làm việc mà chịu

trơn VD: Thân, bệ máy, các ổ trượt, bánh răng chịu tải trọng nhỏ

d Ký hiệu

- Theo tiêu chu ẩn Nga gang xám được ký hiệu bằng hai chữ CЧ : Với 2 số chỉ giới

- Thường dùng các loại gang xám CЧ 12-28 ; CЧ 15-32; CЧ 21-40; CЧ 24-44

- Theo tiêu chuẩn Việt Nam: gang xám được ký hiệu bằng hai chữ GX và 2 số

giống tiếp theo giống như ký hiệu của Nga

B ảng 2-2 Cơ tính của gang xám (Theo TCVN 1659 - 75)

Số hiệu

gang

Giới hạn bền kéo

2

Độ giãn dài ( δ%)

Giới hạn bền uốn

2

Giới hạn bền nén

2

Độ cứng

- Phương pháp chế tạo: Ủ gang trắng thành gang dẻo

b Tính chất: Do Graphit tập trung đều, gọn hơn nên gang dẻo có độ dẻo cao và

c Phạm vi sử dụng:

- Gang dẻo có cơ tính tổng hợp tốt hơn gang xám nhưng đắt do quá trình nấu luyện chế tạo lâu, tốn nhiệt và thời gian ủ nên gang dẻo chủ yếu được dùng làm chi tiết máy, đồng thời thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Hình dạng phức tạp

- Chịu va đập

d Ký hiệu

- Theo tiêu chuẩn Nga: Gang dẻo được ký hiệu bằng hai chữ KЧ tiếp theo là hai

số cách nhau bằng gạch nối, mỗi số gồm hai chữ số Số thứ nhất biểu hiện giá trị bền

loại gang dẻo thường dùng: KЧ 4 30-06, KЧ 4 33-08, KЧ 4 37-12, KЧ 45-12, KЧ

56-04

Bảng 2-4 Cơ tính của gang dẻo (Theo TCVN 1661 - 75)

Số hiệu gang Giới hạn bền

kéo (kG/mm2)

Độ giãn dài (δ%)

-Chế tạo gang cầu:

b Tính chất

- Có độ dẻo dai và cấu trúc bền chặt vì nền kim loại ít bị chia cắt (Graphit hình cầu dạng thu gọn nhất)

- Có cơ tính tổng hợp cao gần như thép

c Phạm vi sử dụng: Để chế tạo các chi tiết máy quan trọng thay cho thép như trục

cán, thân tuốc-bin, trục khuỷu và các chi tiết quan trọng khác

d Ký hiệu

- Các loại gang cầu thường dùng BЧ 38-17; BЧ 42-12

Bảng 2-3 Cơ tính của gang cầu (Theo TCVN 1660 - 75)

Số hiệu

gang

Giới hạn bền kéo

(KG/mm 2 )

Giới hạn quy ước khi kéo

Độ giãn dài

( δ%)

Độ dai va đập

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2

1.1 Khái niệm chung về thép

1.1.1 Định nghĩa Thép là hợp kim của sắt và cacbon cùng một số nguyên tố khác

như Si, Mn, P, S, Cr, Ni, Mo, Mg, Cu hàm lượng cacbon trong thép nhỏ hơn 2,14%

1.1.2 phân nhóm thép

Tùy theo thành phần hóa học của các nguyên tố trong thép mà người ta phân thép

thành hai nhóm là thép cacbon và thép h ợp kim Trong đó:

Thép cacbon: ngoài sắt và cacbon thì còn một số nguyên tố khác gọi là các tạp chất trong thành phần của thép như: Mn, Si, P, S…

Thép hợp kim: ngoài sắt và cacbon và các tạp chất, người ta cố tình đưa thêm vào các nguyên tố đặc biệt với một hàm lượng nhất định để làm thay đổi tổ chức và tính chất của thép cho phù hợp với yêu cầu sử dụng Các nguyên tố được đưa vào thường là

Cr, Ni, Mn, W, V, Mo, Ti, Cu, Ta, B, N…

1.2 Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính chất chung của thép

1.2.1 Ảnh hưởng của các bon

Đây chính là nguyên tố chủ chốt và quan trọng nhất trong việc quyết định đến độ bền của thép Đối với loại thép này, nếu càng giảm lượng cacbon thì độ dẻo của thép cacbon càng cao Ngược lại hàm lượng cacbon trong thép tăng lên thì độ cứng, độ bền cũng sẽ tăng lên đáng kể Nhưng trường hợp này sẽ làm giảm tính dễ uốn và giảm tính hàn

Việc lượng cacbon trong thép tăng lên cũng kéo theo làm nhiệt độ nóng chảy của

cacbon tăng lên ở mức 0.8% đến 1% thì độ bền của thép mới đạt ngưỡng cực đại Ngược lại, nếu giảm quá khoảng giới hạn này, tức nhiên độ bền của thép sẽ giảm đi

1.2.2 Ảnh hưởng của các Mn, Si, P, S

* Mangan (Mn)

Lượng mangan có thể có trong thép cacbon chỉ nằm ở mức từ 0,5 % đến 0,8 % Nó

những tác hại mà lưu huỳnh tạo ra

* Lưu huỳnh (S)

Lưu huỳnh sau khi đưa vào sẽ kết hợp với nguyên tố mangan và kết tinh ở nhiệt độ cao 1620 độ C Sự kết hợp này sẽ giúp cho thép trở nên deo hơn và không bị đứt, gãy khi ở nhiệt độ cao

* Silic (Si)

Lượng silic cao nhất có trong thép ở mức 0.2% đến 0.4%, khá thấp nên cũng không

có tac dụng gì rõ rệt Khi silic hòa tan vào ferit thì mới tăng thêm độ cứng và bền

* Photpho (P)

Đây là nguyên tố khi hòa tan với ferit sẽ làm tăng tính giòn của thép Vì thế khi

1.2.3 Ảnh hưởng của các tạp chất nitơ

Khi hàm lượng cacbon thấp dưới 0.03% sẽ làm giảm sức bền của thép chuẩn Lúc này nitơ được thêm vào để tăng thêm độ bền cho thép

1.3 Phân loại thép

1.3.1 Phân loại theo thành phần

* Thép cacbon: Hàm lượng cacbon dưới 1,7% không có các thành phần hợp kim khác Tuỳ theo hàm lượng cacbon chia ra:

công, được sử dụng trong ngành xây dựng

- Thép cacbon vừa: Lượng cacbon từ 0,22% đến 0,6%

Thép cacbon vừa và cao được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác

* Thép hợp kim: Thêm các thành phần kim loại khác như Crôm (Cr), kền (Ni), mănggan (Mn) có tác dụng nâng cao chất lượng thép (tăng độ bền, tăng tính chống gỉ ) Tuỳ theo hàm lượng các kim loại khác chia ra:

- Thép hợp kim thấp: Lượng kim loại thêm vào dưới 2,5% Được sử dụng trong ngành kết cấu xây dựng

1.3.2 Phân loại theo phương pháp luyện thép

- Luyện bằng lò bằng (Lò Martin): Thép luyện bằng phương pháp này có chất lượng tốt do có cấu trúc thuần nhất, nhưng nhược điểm của phương pháp này là năng suất

nhưng chất lượng không tốt do lẫn tạp chất, bọt khí (thời gian luyện một mẻ chỉ khoảng 30 phút) nên giá thành thép giảm

Để khắc phục nhược điểm của các phương pháp trên, hiện nay người ta sử dụng lò quay tiên tiến, vừa cho thép chất lượng tốt, vừa cho năng suất cao

1.3.3 Phân loại theo phương pháp khử ôxy

- Thép sôi: Là loại không khử được ôxi triệt để Quá trình khử khí CO bay lên, mặt

khí trong thỏi đúc

- Thép lặng: Là loại khử ô xi triệt để Quá trình khử mặt thép lỏng luôn phẳng nặng

nên có tên gọi là thép lặng Thép lặng trong tổ chức không có rỗ khí nên có cơ tính cao hơn thép sôi

1.3.4 Phân loại theo công dụng

- Nhóm thép cacbon kết cấu: Trong nhóm này lại chia ra làm hai loại:

Loại này đòi hỏi cơ tính tổng hợp, song không cao và cần có độ dẻo để dễ uốn

là độ bền phải cao trong khi vẫn đảm bảo độ dẻo, độ dai Trong nhóm thép này người

ta lại chia ra các loại:

- Nhóm thép chế tạo máy: Trong nhóm này lại có các loại:

= 0,1 – 0,25%) Muốn có độ cứng bề mặt cao phải qua nhiệt luyện thấm cacbon

loại trung bình (C=0,3 – 0,5%) Muốn có độ cứng bề mặt cao phải qua tôi bề mặt

đối cao (C= 0,55 – 0,65%)

- Nhóm thép cacbon dụng cụ: Là loại chỉ chuyên dùng làm công cụ nên cần có yêu

cầu chủ yếu là cứng và chống mài mòn

Trong công nghệ chế tạo máy, khoảng 80% khối lượng là thép cácbon kết cấu

1.4.1 Thép các bon kết cấu chất lượng thường

a Thành phần, kí hiệu

-Theo TCVN 1765 – 75: Thép cacbon chất lượng thường bằng hai chữ cái CT kèm

+ Nhóm B: Phía trước chữ CT có thêm chữ B có các mác từ BCT 31 đến BCT 61

thép phải tra bảng

B ảng 2-6 Thép các bon chất lượng thường nhóm B theo TCVN 1765-75

+ Nhóm C: Phía trước chữ CT có chữ C tức là CCT kèm theo hai con số Cơ tính và

CCT 38 có cơ tính như CT 38, còn thành phần hoá học thì như BCT 38

-Theo tiêu chuẩn của Nga (ΓOCT 380) Thép cacbon chất lượng thường ký hiệu

bằng hai chữ cái CT kèm theo con số từ 0 - 6 chỉ cấp độ bền Số càng to độ bền càng

Tiêu chuẩn này cũng phân làm 3 phân nhóm là A, Б, B tương ứng với các phân nhóm A, B, C của TCVN

+ Nhóm A: Có các mác thép CT0 -… CT6

+ Nhóm Б: Có các mác thép MCT0 …MCT7 hoặc KCT0 -….KCT7

+ Nhóm B: Có các mác thép BMCT2 - BMCT5; BKCT2 - BKCT5

Các chữ M, Б, K là chỉ cách chế tạo thép: M là thép lò máctanh, Б là thép lò becxơ,

càng nhiều, thép càng cứng và bền nhưng độ dẻo và dai thì giảm đi

B ảng 2-7 Thành phần hóa học và cơ tính thép C chất lượng thường (ΓOCT 380)

- Theo Tiêu chu ẩn Hoa kì (ASTM) với nhiều tiêu chuẩn khác nhau: 283, 284, 328

với đặc điểm chung là chúng đều được quy định cả về cơ tính và thành phần hoá học

và chúng cũng được chia theo ba cấp A, B, C theo thứ tự độ bền tăng dần

-Theo tiêu chuẩn của Nhật (JSG 3101), thép cacbon có chất lượng thường được kí

hiệu bằng chữ SS hay SM với số tiếp theo chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu (Mpa) Có các mác thép chỉ được đảm bảo cơ tính như phân nhóm A - TCVN JSG 3106 có các mác thép chuyên để hàn đảm bảo cả cơ tính lẫn thành phần hoá học như nhóm C - TCVN

b Tính chất và công dụng

Thép cacbon được dùng nhiều trong xây dựng để làm tấm đan, cốt bê tông, làm cầu

và các công trình khác Thường được dùng ở dạng đã qua cán nóng thành hình như :

Thép nhóm A vì không qui định thành phần nên không dùng gia công nóng Các

hàn Ví dụ làm các loại bu lông, chốt, trục chịu tải trọng nhỏ

B ảng 2-8 Phạm vi sử dụng của thép cacbon chất lượng thường

Mác

thép Đặc điểm và phạm vi sử dụng

chịu ứng suất không lớn Có tính hàn tốt

b Ký hiệu

- Theo TCVN 1766 – 75: Thép cacbon chất lượng tốt được kí hiệu bằng chữ C và hai con số chỉ phần vạn lượng cacbon trong bình có trong thép Ví dụ mác C 40 có nghĩa: C chỉ thép cacbon chất lượng tốt, 40 chỉ lượng cacbon khoảng 0,4%

- Theo tiêu chu ẩn của Nga (ΓCOT): Dùng hai con số chỉ phần vạn lượng

cacbon trong bình có trong thép Ví dụ ký hiệu thép là 30, 35, 40, 45… ý nghĩa là thép cacbon kết cấu loại tốt trong đó lượng C là 0,3, 0,35%

- Theo tiêu chu ẩn của Nhật: Kí hiệu thép cacbon chất lượng tốt bằng hai chữ

c Tính chất và công dụng

Thép cacbon kết cấu loại tốt được sử dụng nhiều trong chế tạo máy Các loại thép C10, C15, C20 là loại có tính công nghệ tốt: Dễ tiện , rèn, hàn, dập Các loại này

thường làm dùng bulông, đai ốc, ống, các tấm thép hàn Các loại thép C40, C45 được

sử dụng để làm thanh truyền động cơ ôtô, các loại trục truyền lực Người ta thường tôi

và ram để tăng độ cứng bề mặt và khả năng chịu mòn Các loại thép C55 - C70 là thép

có chứa nhiều cacbon thường được sử dụng làm trục cán, các loại lò xo…

- Theo tiêu chuẩn Nga (ΓCOT): Thép các bon dụng cụ được ký hiệu bằng chữ Y

kèm theo con số chỉ lượng C tính theo phần nghìn Nếu có thêm chữ A ở cuối ký hiệu

là chỉ thép có chất lượng tốt VD : Y8 là thép các bon dụng có hàm lượng C = 0,8%; Y12A là thép các bon dụng có hàm lượng C = 1,2% và là thép chất lượng tốt Thường

- Theo TCVN: thép các bon dụng cụ được ký hiệu bằng hai chữ CD tiếp theo là

tương đương với Y8, CD 120A tương đương với Y12A

- Tính chịu ăn mòn hóa học: Thép có khả năng chịu ăn mòn trong axit, bazơ,

muối Một số loại khác có khả năng chổng gỉ tốt

- Tính chịu nhiệt cao: Do có các nguyên tố hợp kim cản trở sự khuếch tán của

cacbon nên thép hợp kim có khả năng chịu nhiệt độ cao hơn 2000C mà cơ tính của thép ít bị thay đổi Tuy vậy thép hợp kim có nhược điểm tính dẻo dai kém

* Thành phần hoá học: Khác với thép cacbon, trong thép hợp kim người ta cố ý

đưa thêm vào các nguyên tố có lợi với lượng đủ lớn để làm thay đổi tổ chức và cải thiện tính chất cơ, lý, hoá của vật liệu Các nguyên tố có lợi đưa vào với lượng đủ lớn như vậy được gọi là nguyên tố hợp kim Sau đây là một số nguyên tố thông thường trong các mác thép hợp kim:

a Đặc điểm: Là các loại thép được dùng nhiều trong các chi tiết máy vì nó có

nhiều ưu điểm về cơ tính như độ bền, cứng, độ chịu mòn, khả năng chịu nhiệt tốt, có tính thấm tôi tốt

b Ký hiệu

- Theo TCVN: 1759 -75

+ Dùng số đầu chỉ hàm lượng cacbon trung bình theo phần vạn Nếu lượng cacbon

≈ 1% thì không cần ghi

+ Các nguyên tố hợp kim theo kí hiệu hoá học và tiếp theo là hàm lượng theo %

là 12CrNi3 có nghĩa là đây là thép hợp kim Cr – Ni có 0,12% cacbon, ≈ 1% Cr và ≈ 3% Ni

VD: Mác thép 40Cr có nghĩa là: Đây là thép hợp kim Crôm, lượng C = 0,4%, lượng

Cr ≈ 0,1%

- Theo tiêu chu ẩn của Nga ( ΓOCT)

+ Dùng số: dùng hai số đầu tiên chỉ phần vạn lượng cácbon trung bình, nếu thép

chứa 1% lượng C thì con số đầu tiên không ghi Các con số đứng sau các chữ chỉ thành phần % của nguyên tố đó Nếu nguyên tố nào bằng 1% thì không ghi số

- Theo tiêu chu ẩn Hoa kì (SASI/SAE): Phía sau tiêu chuẩn trên có bốn con số

SASI/SAExxxx Trong đó hai số cuối biểu thị lượng cacbon trung bình theo phần vạn

- Theo tiêu chu ẩn Nhật bản (JSG): Thép hợp kim bắt đầu bằng chữ S, tiếp theo là

lượng cacbon trung bình Ví dụ: SCr xxx

c Ứng dụng: Thép hợp kim kết cấu được dùng nhiều trong công nghệ chế tạo chi

tiêt máy

loại 20X chế tạo các vòng bi

thường chế tạo các chốt của piston hoặc làm lò xo

dùng chế tạo bánh răng hoặc thanh truyền động cơ có công suất lớn

1.5.2.2 Thép hợp kim dụng cụ

a Đặc điểm: Thép hợp kim dụng cụ hầu hết có thành phần Crôm là chủ yếu Ưu

điểm của thép này là tốc độ làm nguội chậm khi tôi, do đó tránh được sự nứt vỡ, cong

cụ, thép hợp kim dụng cụ có tính chống mài mòn tốt hơn, chịu nhiệt tốt hơn Các thép hợp kim dụng cụ còn có độ thấm tôi sâu, biến dạng nhỏ hơn các loại thép khác

b Phân loại: Người ta phân thép hợp kim dụng cụ thành các loại sau:

* Thép có năng suất thấp: Đó là nhóm thép có thành phần cacbon cao (C ≥ 1%),

được hợp kim hoá thấp và vừa phải với đặc điểm có độ thấm tôi tốt và tính chống mài mòn khá cao Ví dụ: mác thép 90CrSi Trong nhóm này người ta lại chia làm các loại:

- Loại có tính thấm tôi tốt: Loại này được hợp kim hoá thấp (các nguyên tố ≈

1%) Ví dụ mác thép 90 CrSi

- Loại có tính chống mài mòn cao: Loại này có lượng cacbon rất cao (C > 1,3%),

và nhiều Vonfram là nguyên tố tạo thành cacbit Ví dụ mác thép 140CrW5 Trong loại này người ta lại sử dụng nhiều loại thép hợp kim dụng cụ khác:

+ Thép hợp kim dụng cụ Crôm Ví dụ: X12, 9X

+ Thép hợp kim dụng cụ Crôm – Silic Ví dụ: 9 XC, 6XC, 4XC

* Thép làm dao có năng suất cao (Thép gió): Thép gió là tên gọi của Việt Nam

(các nước gọi là thép cắt nhanh) do nó có thể tự tôi trong không khí (trong gió) cũng đạt được độ cứng cao nên gọi là thép gió Trong thép gió người ta lại chia ra hai loại:

Thép gió có năng suất thường và thép gió có năng suất cao

Đây là thép làm dao quan trọng nhất, nó thoả mãn nhiều yêu cầu đối với vật liệu làm dao như: tính chống mài mòn và tuổi bền cao, nó chịu được nhiệt độ cao (tới

lần các loại trên) Tính chống mài mòn và tuổi bền cao (gấp 8 đến 10 lần các loại trên) Đặc biệt độ thấm tôi của thép gió rất cao (tôi thấu với tiết diện bất kì)

1,2-1,25

0,95-Làm mũi khoan, mũi doa, tarô, bàn ren, khuôn dập…

1,0-Làm trục máy, khuôn dập nguội cỡ nhỏ

1,3-Làm đục, lưỡi cạo cắt nguội và cắt nóng kim loại

* Nhóm có năng suất cao: Thép gió

- Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim và tính chất của thép gió

+ Tất cả các nguyên tố hợp kim có ở trong thép gió thì nguyên tố Vonfram là quan trọng nhất Tỷ lệ Vonfram trong thép gió bằng từ 6 đến 18% nó làm cho thép gió có tính nóng cao là nguyên tố tạo thành cacbit mạnh gọi là cacbit Vonfram Fe3W3C + Crom: Crom trong thép gió ư 4% nó có tác dụng làm tăng độ thấm tôi nên thép gió có khả năng tự tôi và tôi thấu tới tiết diện bất kì

dịch rắn để làm tăng tính chịu nhiệt và làm tăng tính nóng cứng của thép gió

thường dùng thay thế Vonfram vì Molipden rẻ tiền nên hiệu quả kinh tế cao

d Kí hiệu

- Nhóm thép có năng suất thấp

+ Theo TCVN kí hiệu và cách đọc giống như các loại thép hợp kim khác Ví dụ

+ Theo tiêu chuẩn của Nga (ΓOCT) : Con số đầu tiên chỉ phần nghìn lượng C trong

nào bằng 1% thì không ghi số

9 chỉ lượng phần nghìn C trong thép C = 0,9%

X chỉ lượng Cr ≈ 1%

H chỉ lượng Ni ≈ 1%

- Nhóm thép có năng suất cao: Thép gió

chỉ thép gió, con số đứng sau chữ P chỉ thành phần % Vonfram (W), con số đứng sau chữ Ф chỉ thành phần % Vanadi (V), Con số đứng sau chữ M chỉ thành phần %

phần % của Crom (Cr) thì không ghi vì lượng crom các loại thép gió đều ≈ 4% Ví dụ: P10K5Ф5 có nghĩa: P chỉ thép gió có 10% Vonfram, 5% bột kết dính Coban, 5% Vanadi còn lại 80% là cacbit Vonfram

+ Tiêu chuẩn của Hoa kì (AISI) có các mác thép gió là T1, T4, T15, M2

e Ứng dụng

- Thép h ợp kim dụng cụ crôm: ví dụ là loại X12, 9X dùng để chế tạo các loại dao

tiện, dao phay, khuôn dập

- Thép hợp kim dụng cụ Crôm-Si lích: Ví dụ 9XC, 6XC dùng làm dao cắt các loại

máy tiện, doa, làm mũi khoan…

- Thép gió

1.5.2.3 Thép hợp kim đặc biệt

* Đặc điểm: Là các loại thép hợp kim có khả năng chịu bền nhiệt, chịu được nhiệt

độ cao mà ít bị suy giảm về cơ tính, chịu được sự ăn mòn hóa học của môi trường

* Thành phần hoá học:Để có được các tính chất đặc biệt, người ta pha trộn nhiều

nguyên tố kim loại với những tỷ lệ khác nhau và đặc điểm khác nhau Sau đây là một

a Thành ph ần cacbon: Phần lớn các loại thép này có thành phần cacbon thấp (từ

mà chỉ là hợp kim sắt) Có loại thép ngược lại có lượng cacbon rất cao ( >1%), rất ít trường hợp có lượng cacbon trung gian

b Thành ph ần hợp kim: Phần lớn loại thép này thuộc loại hợp kim hoá cao

(>20%), song thường chỉ dùng một hoặc hai nguyên tố hợp kim chủ yếu là Crom – Niken

* Các loại thép hợp kim đặc biệt: Người ta chia thép hợp kim đặc biệt làm 5 loại:

a Thép không gỉ

(không khí, nước biển, dung dịch kiềm và axit) Một trong các nguyên tố tạo cho thép

có khả năng chống gỉ Nếu cho thêm Niken vào thép chứa nhiều Crom thì tính chống

- Kí hiệu:

+ Thép Crom được ký hiệu như 2X13, X17 hoặc là X28…các loại này dùng làm xupáp, xilanh động cơ đốt trong, dụng cụ đo, dụng cụ y tế hoặc trong công nghiệp hóa

mỏng dùng nhiều trong công nghiệp hàng không

b Thép chịu nhiệt và bền nhiệt

- Tính chất: Là loại thép có khả năng chịu nhiệt độ cao của các khí có tính ăn mòn

kim loại Thành phần chủ yếu tạo nên tính chịu nhiệt là Crom, các nguyên tố khác như nhôm và Silic cũng tạo nên tính chịu nhiệt của thép Mặt ngoài của thép

màng này ngăn không cho Ôxi của không khí hoặc các khí nóng khác xâm nhập vào thép

- Kí hi ệu: Ví dụ 4X9C2, 6XCЮ… loại này chế tạo các chi tiết làm việc ở nhiệt độ

c Thép và hợp kim có điện trở cao

- Thép được sử dụng trong các lò điện và các thiết bị sấy nóng Các loại thép này

- Ví dụ: Có bốn loại thép điện trở cao là: X13Ю4, OX23Ю5, OX23Ю5A, OX27Ю5A các loại này sử dụng trong các lò điện và thiết bị sấy vì nó có tính chịu oxi hóa cao

d Thép có từ tính và không có từ tính

- Thép có t ừ tính: Loại thép này có độ từ thẩm lớn và lực khử từ nhỏ Các thép này

được kí hiệu như: EX5K5, EX9K15M,… và được ứng dụng để chế tạo các loại nam

- Thép không có t ừ tính: Trong chế tạo máy điện, đôi khi cần vật liệu không có từ

tính nhưng lại có cơ tính tốt Do vậy người ta dùng thép không có từ tính để thay các hợp kim màu như đồng, nhôm Để thép không có từ tính người ta đưa vào thép một lượng nhất định Niken hoặc Mangan Ví dụ: H9Γ9; 55Γ9H9X3… là các loại thép để chế tạo các chi tiết làm việc trong môi trường có từ trường, nhưng lại không được có tính từ hóa

e Thép có tính giãn nở đặc biệt

hầu như không thay đổi độ giãn nở khi nhiệt độ môi trường thay đổi nhiều Để đáp ứng

H36, X8H30 là các loại thép dùng chế tạo các loại dụng cụ đo có yêu cầu đặc biệt

Ngoài ra trong các loại đồng hồ đo, để đảm bảo độ chính xác thì các dây tóc và lò

yêu cầu này, người ta chế tạo hợp kim Êlinva X8H30 Để có được các hợp kim có hệ

số giãn nở nhiệt gần bằng hệ số giãn nở nhiệt của thuỷ tinh (trong các dây tóc bóng đèn chân không) người ta sử dụng hợp kim Platinít H42

- Chú ý: Các kí hiệu của 5 loại thép không gỉ ở trên được lấy theo (ΓOCT) của Nga Ngoài theo tiêu chuẩn ΓOCT còn có các tiêu chuẩn khác như sau:

+ Tiêu chuẩn của Nhật (JSG) có các mác thép SUS301, 304, 316, 420, 446…

- Thép làm khuôn dập bé: CD100; CD120 (Y10; Y12)

- Thép làm khuôn trung bình (75-100mm) thường dùng thép 100Cr; 100CrWMn;

- Thép làm khuôn lớn và chống mài mòn cao (200-300mm) thường dùng 200Cr12

- Thép làm khuôn chịu tải trọng va đập: 40CrW2Si; 50CrW2Si; 40CrSi; 60CrSi

* Thép làm khuôn dập nóng

a Điều kiện làm việc và yêu cầu

- Tiếp xúc với phôi nóng (10000C), khuôn chịu nóng (500-7000C) theo chu kỳ

- Độ bền, dai, cứng vừa phải: 35-45 HRC

- Tính chống mài mòn cao

- Bền nhiệt, chống mỏi nhiệt, chịu được nhiệt độ thay đổi theo chu kỳ

b Các thép làm khuôn dập nóng

- Thép làm khuôn rèn: 50CrNiMo; 50CrNiW; 50CrNiTi; 50CrNiSi; 50CrNiSiW

2 Vật liệu dẫn từ

2.1 Khái niệm và tính chất của vật liệu dẫn từ

2.1.1 Khái niệm

Một trong những tác dụng cơ bản của dòng điện là tác dụng từ Đó chính là cơ sở để

vật liệu có từ tính, đó chính là nhóm vật liệu dẫn từ (còn gọi là vật liệu sắt từ ) Kim loại chủ yếu có từ tính là sắt cacbon, niken và các hợp kim của chúng, bên cạnh đó còn có côban cũng được gọi là chất sắt từ đã qua quá trình tinh luyện

2.1.2 Tính chất của vật liệu dẫn từ

bên cạnh đó còn có côban cũng được gọi là chất sắt từ Nguyên nhân chủ yếu gây nên

những dòng điện vòng đó là sự quay của các điện tử xung quanh trục của mình và sự

Hiện tượng sắt từ là do trong một số vật liệu ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nhất định đã phân thành những vùng mà trong từng vùng ấy các điện tử đều định hướng song song với nhau Các vùng ấy được gọi là đômen tử

Như vậy tính chất đặc trưng cho trạng thái sắt từ của các chất là nó có độ nhiễm

từ tự phát ngay khi không có từ trường ngoài Mặc dù trong chất sắt từ có những vùng

từ hóa tự phát nhưng mômen từ của các đômen lại có hướng rất khác nhau Các chất

từ hóa khó hay dễ cũng khác nhau Trong trường hợp các chất sắt từ đa tinh thể có tính

dị hướng thể hiện rất rõ người ta gọi chất đó là có cấu tạo thớ từ tính Tạo được thớ từ

của vật liệu theo hướng xác định

2.1.3 Các đặc tính của vật liệu dẫn từ

Quá trình từ hóa vật liệu sắt từ dưới ảnh hưởng của từ trường bên ngoài gồm có các hiện tượng sau:

+ Tăng thể tích của các đômen có mômen từ tạo với hướng từ trường góc nhỏ nhất

và giảm kích thước của các đômen khác (quá trình chuyển dịch mặt phân cách của các đômen)

hướng)

Quá trình từ hóa vật liệu sắt từ có thể đặc trưng bằng đường cong từ hóa B = f(H),

có dạng tương tự với tất cả các vật liệu sắt từ

Khi từ hóa chất sắt từ đơn tinh thể thì kích thước của chúng có thay đổi

năng lượng dưới dạng nhiệt do tổn hao từ trễ và tổn hao động học

do hiệu ứng gọi là hậu quả từ hoá hay độ nhớt từ Tổn hao dòng điện xoáy phụ thuộc vào điện trở Điện trở suất chất sắt từ càng cao thì tổn hao dòng điện xoáy càng nhỏ Công suất tổn hao dòng điện xoáy có thể tính theo công thức:

V B f

P f 2

max 2





Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm cao, lực kháng từ và tổn hao từ trễ nhỏ Được dùng

để chế tạo mạch từ của các thiết bị điện, đồ dùng điện Đặc điểm của loại vật liệu này

là độ dẫn từ lớn, tổn hao bé

Các vật liệu chính là:

a Sắt (thép cácbon thấp)

Nhìn chung sắt thỏi chứa một lượng nhỏ tạp chất, như là cácbon, sulfur, mangan,

suất của nó tương đối thấp, thép thỏi phần lớn chỉ dùng cho các lõi từ Nó thường được làm bằng sắt đúc tinh chế trong các lò luyện kim hoặc lò thổi với tổng lượng chứa

xuất theo nhiều cấp độ khác nhau

Thép điện cácbon thấp, hoặc tấm điện, một trong những loại khác nhau của thép thỏi, độ dày của tấm từ 0,2 đến 4mm, không chứa trên 0,04% cácbon và không quá

chủ yếu làm mạch từ từ thông không đổi

Bảng 4.1: Các thành phần hóa học và các tính chất từ của một vài loại sắt

Người ta đưa thêm silic vào thành phần của những lá thép này Hàm lượng silic này dùng để hạn chế tổn hao do từ trễ và tăng điện trở của thép để giảm tổn hao do

dẻo nên vật liệu rất khó gia công

Tùy theo thành phần silic có trong thép nhiều hay ít mà tính chất từ thay đổi khác nhau Thép có hàm lượng silic cao chủ yếu làm mạch từ cho máy biến áp Thép

có hàm lượng silic rất nhỏ được dùng làm mạch từ trong trường hợp từ thông không đổi

฀ Con số thứ hai đặc trưng cho tính chất điện và từ của thép

+ Các con số 1, 2, 3 đảm bảo suất tổn hao xác định khi từ hoá lại ở tần số

+ Chữ A ký hiệu suất tổn hao rất thấp

+ Số 4 cho biết thép được định mức tổn hao khi từ hóa ở tần số 400Hz và cảm ứng từ trong từ trường trung bình

+ Có hai số 0 liên tiếp là thép được cán nguội và ít thớ

Bảng 4.2: Sự phụ thuộc của khối lượng riêng và điện trở suất thép lá kỹ thuật điện vào hàm lượng silíc

lượng riêng,

Điện trở suất