Công nghệ hàn - Vật liệu cơ khí - Tài liệu, ebook, giáo trình

0 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ GIAO THễNG VẬN TẢI TRUNG ƯƠNG II ..............o0o.............. Giáo trình Môn học: vật liệu cơ khí Mã số: MH 09 Nghề: hàn Trình độ cao đẳng nghề (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Hải Phũng, năm 2011 1 Lời Nói đầu Để đáp ứng nhu cầu về tài liệu học tập cho sinh viên và tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên khi giảng dạy môn học “Vật liệu cơ khí”. Tổ môn vật liệu thuộc khoa kỹ thuật cơ sở đã biên soạn giáo trình “Vật liệu cơ khí”. Giáo trình đ-ợc biên s

80 trang | Chia sẻ: huong20 | Ngày: 20/01/2022 | Lượt xem: 279 | Lượt tải: 0

Tóm tắt tài liệu Công nghệ hàn - Vật liệu cơ khí, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

o¹n theo ch-¬ng tr×nh khung Quèc gia nghÒ Hµn, tr×nh ®é Cao ®¼ng nghÒ. Néi dung gåm hai phÇn: PhÇn thø nhÊt: VËt liÖu kim lo¹i vµ nhiÖt luyÖn gåm: nh÷ng tÝnh chÊt chung cña kim lo¹i, gang, thÐp, kim lo¹i mµu vµ hîp kim mµu, sù biÕn ®æi tÝnh chÊt cña kim lo¹i khi nhiÖt luyÖn vµ c¸c ph-¬ng ph¸p nhiÖt luyÖn. PhÇn thø hai: VËt liÖu phi kim lo¹i gåm c¸c tÝnh chÊt vµ c«ng dông cña nh÷ng vËt liÖu phi kim lo¹i th-êng dïng trong ngµnh chÕ t¹o c¬ khÝ nh- polyme, caosu, chÊt dÎo, dÇu mì b«i tr¬n. Trong qu¸ tr×nh biªn so¹n, tæ m«n ®· tham kh¶o nhiÒu tµi liÖu vËt liÖu c¬ khÝ cña c¸c tr-êng d¹y nghÒ, gi¸o tr×nh cña tr-êng ®¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi vµ nhiÒu tµi liÖu kh¸c MÆc dï ®¨ cã nhiÒu cè g¾ng, song kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt. RÊt mong ®-îc ®ång nghiÖp vµ b¹n ®äc gãp ý kiÕn ®Ó tËp tµi liÖu nµy ngµy cµng hoµn chØnh h¬n. Xin ch©n thµnh c¶m ¬n! Th¸ng 5 n¨m 2011 Tæ m«n 2 PhÇn 1 - VËt liÖu kim lo¹i vµ nhiÖt luyÖn Ch-¬ng 1: Lý thuyÕt vÒ hîp kim 1.1. Kh¸i niÖm vÒ hîp kim 1.1.1 §Þnh nghÜa hîp kim Hîp kim lµ s¶n phÈm nÊu ch¶y cña hai hay nhiÒu nguyªn tè mµ c¸c nguyªn tè chñ yÕu lµ kim lo¹i vµ hîp kim cã tÝnh chÊt cña kim lo¹i.( DÉn ®iÖn, dÉn nhiÖt cao, dÎo, dÔ biÕn d¹ng, cã ¸nh kim) VD: lat«ng : Cu vµ Zn ( 2 kim lo¹i ) Trong thµnh phÇn cña hîp kim còng cã thÓ cã mét l-îng nhá c¸c nguyªn tè ¸ kim. VD : ThÐp vµ gang : Fe vµ C ( 1 kim lo¹i vµ 1 ¸ kim) 1.1.2 ¦u vµ nh-îc ®iÓm. C¸c kim lo¹i nguyªn chÊt thÓ hiÖn râ -u viÖt trong dÉn nhiÖt, dÉn ®iÖn v× chóng cã c¸c chØ tiªu nµy cao nhÊt nh- c¸c d©y dÉn ®iÖn ®Òu ®-îc lµm b»ng nh«m, ®ång nguyªn chÊt. Tuy nhiªn trong chÕ t¹o c¬ khÝ, thiÕt bÞ, ®å dïng... c¸c vËt liÖu ®em dïng th-êng lµ hîp kim v× so víi c¸c kim lo¹i nguyªn nh©n nã cã c¸c ®Æc tÝnh phï hîp h¬n vÒ sö dông, gia c«ng vµ kinh tÕ. 1. Tr-íc hÕt c¸c vËt liÖu c¬ khÝ ph¶i cã ®é bÒn cao ®Ó chÞu ®-îc t¶i cao khi lµm viÖc nh-ng ®ång thêi còng kh«ng ®-îc gißn ®Ó dÉn ®Õn ph¸ huû. C¸c kim lo¹i nguyªn chÊt nãi chung rÊt dÎo (rÊt dÔ d¸t máng, kÐo sîi ngay ë tr¹ng th¸i nguéi - nhiÖt ®é th-êng) nh-ng cã ®é bÒn, ®é cøng, tÝnh chèng mµi mßn kÐm xa hîp kim (tõ vµi ba ®Õn hµng chôc lÇn). Nhê vËy khi dïng hîp kim tuæi bÒn cña m¸y, kÕt cÊu t¨ng lªn gÊp béi. Tuy nhiªn ®é bÒn, ®é cøng t¨ng lªn th-êng dÉn ®Õn lµm gi¶m ®é dÎo, ®é dai g©y ra gißn song vÉn ph¶i cßn ®ñ, tèt khi sö dông. QuyÕt ®Þnh chän ®é bÒn, ®é cøng cao ®Õn møc nµo bÞ h¹n chÕ bëi ®é dÎo vµ ®é dai cho phÐp cho mçi tr-êng hîp cô thÓ ®Ó võa cã thÓ chÞu t¶i tèt nhÊt võa kh«ng bÞ ph¸ huû gißn. Nhê vËy cho ®Õn hiÖn nay hîp kim vÉn lµ lo¹i vËt liÖu cã sù kÕt hîp tèt nhÊt c¸c ®Æc tÝnh c¬ häc kÓ trªn víi tû lÖ ¸p ®¶o trong m¸y mãc vµ thiÕt bÞ. 2. TÝnh c«ng nghÖ ®a d¹ng vµ thÝch hîp. §Ó t¹o thµnh b¸n thµnh phÈm vµ s¶n phÈm, vËt liÖu ph¶i cã kh¶ n¨ng chÕ biÕn thÝch hîp vµ ®-îc gäi lµ tÝnh c«ng nghÖ. Kim lo¹i nguyªn chÊt tuy dÔ biÕn d¹ng dÎo nh-ng khã c¾t gät, ®óc vµ kh«ng ho¸ bÒn ®-îc b»ng nhiÖt luyÖn. Tr¸i l¹i, hîp kim víi nhiÒu chñng lo¹i kh¸c nhau cã thÓ cã c¸c tÝnh c«ng nghÖ ®a d¹ng phï hîp víi ®iÒu kiÖn riªng khi gia c«ng, chÕ t¹o s¶n phÈm cô thÓ: 3 - HÇu nh- mäi hîp kim ®Òu cã thÓ t¹o h×nh ®-îc b»ng mét trong hai ph-¬ng ph¸p: biÕn d¹ng dÎo: c¸n, kÐo, Ðp ch¶y (chñ yÕu cho c¸c b¸n thµnh phÈm dµi), rÌn (t¹o ph«i cho c¾t gät), dËp (thµnh s¶n phÈm) vµ ®óc (chñ yÕu cho c¸c s¶n phÈm cã h×nh d¹ng phøc t¹p). - Nãi chung hîp kim cã tÝnh gia c«ng c¾t nhÊt ®Þnh ®Ó b¶o ®¶m s¶n phÈm cã kÝch th-íc, h×nh d¹ng chÝnh x¸c, bÒ mÆt nh½n bãng, ®iÒu nµy ®Æc biÖt quan träng khi l¾p ghÐp víi nhau trong m¸y mãc, thiÕt bÞ. - NhiÒu hîp kim, ®Æc biÖt lµ thÐp (chiÕm tíi 90% tæng s¶n l-îng vËt liÖu kim lo¹i) rÊt nh¹y c¶m víi nhiÖt luyÖn ®Ó t¹o ra c¬ tÝnh ®a d¹ng phï hîp víi ®iÒu kiÖn lµm viÖc vµ gia c«ng). 3. Trong nhiÒu tr-êng hîp, luyÖn hîp kim Fe - C (ThÐp vµ gang ®¬n gi¶n h¬n do nhiÖt ®é ch¶y thÊp h¬n (xem h×nh 3.18) vµ kh«ng ph¶i hay Ýt ph¶i khö bá cacbon trong s¶n phÈm cña lß cao. XÐt vÒ mÆt ®ßi hái ®é bÒn cao, viÖc luyÖn s¾t ®ßi hái khö bá cacbon vµ c¸c t¹p chÊt kh¸c mét c¸ch triÖt ®Ó kh«ng nh÷ng kh«ng cÇn thiÕt mµ cßn cã h¹i. - Khi pha Zn vµo kim lo¹i chñ Cu ta ®-îc lat«ng võa ®Ó bÒn l¹i võa rÎ h¬n (do kÏm rÎ h¬n ®ång kh¸ nhiÒu). 1.2. CÊu Tróc tinh thÓ cña hîp kim. 1.2.1 C¸c d¹ng cÊu t¹o cña hîp kim 1.2.1.1 Dung dÞch ®Æc Hîp kim cã cÊu t¹o lµ dung dÞch ®Æc khi nguyªn tö cña c¸c nguyªn tè thµnh phÇn cã kÝch th-íc gÇn gièng nhau. Khi kÕt tinh, c¸c hîp kim nµy t¹o thµnh c¸c m¹ng tinh thÓ trong ®ã cã c¸c nguyªn tö cña c¸c nguyªn tè thµnh phÇn. VÝ dô: §ång thanh, ®ång thau ®Òu lµ c¸c hîp kim cã cÊu t¹o lµ dung dÞch ®Æc. 1.2.1.2 Hîp chÊt ho¸ häc Hîp kim cã cÊu t¹o lµ hîp chÊt ho¸ häc khi c¸c nguyªn tö cña c¸c nguyªn tè kh¸c nhau t¸c dông ho¸ häc víi nhau theo tû lÖ chÝnh x¸c gi÷a c¸c nguyªn tö cã c¸c kiÓu m¹ng x¸c ®Þnh vµ cã thµnh phÇn ho¸ häc x¸c ®Þnh biÓu diÔn b»ng mét c«ng thøc ho¸ häc. VÝ dô: Hîp chÊt ho¸ häc cña s¾t vµ cacbon (lµ cacbit s¾t hoÆc xªmentÝt cã c«ng thøc ho¸ häc lµ: Fe3C). §Æc ®iÓm chung cña hîp chÊt ho¸ häc lµ cã ®é cøng vµ ®é gißn cao do m¹ng tinh thÓ cña nã phøc t¹p h¬n m¹ng tinh thÓ cña kim lo¹i. 1.2.1.3 Hçn hîp c¬ häc Hîp kim cã nh÷ng nguyªn tè kh«ng hoµ tan vµo nhau còng kh«ng liªn kÕt thµnh hîp chÊt ho¸ häc mµ chØ liªn kÕt víi nhau b»ng lùc c¬ häc thuÇn tuý, th× gäi 4 hîp kim ®ã lµ hçn hîp c¬ häc. Nh- vËy hçn hîp c¬ häc kh«ng lµm thay ®æi m¹ng nguyªn tö cña c¸c nguyªn tè thµnh phÇn. 1.2.2. Gi¶n ®å pha cña hîp kim Gi¶n ®å pha (cßn gäi lµ gi¶n ®å tr¹ng th¸i hay gi¶n ®å c©n b»ng) cña mét hÖ lµ c«ng cô ®Ó biÓu thÞ mèi quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é, thµnh phÇn vµ sè l-îng (tû lÖ) c¸c pha (hoÆc tæ chøc) cña hÖ ®ã ë tr¹ng th¸i c©n b»ng. C¸c hÖ cã gi¶n ®å pha kh¸c nhau vµ chóng ®-îc x©y dùng chØ b»ng thùc nghiÖm. Trong thùc tÕ kh«ng cã hai gi¶n ®å pha nµo gièng nhau hoµn toµn v× t-¬ng t¸c gi÷a c¸c cÊu tö x¶y ra rÊt phøc t¹p tõ kiÓu pha, c¸c ph¶n øng cho ®Õn nhiÖt ®é t¹o thµnh. HiÖn nay ng-êi ta ®· x©y dùng ®-îc hÇu hÕt c¸c hÖ hai cÊu tö gi÷a c¸c kim lo¹i, kim lo¹i víi ¸ kim vµ c¸c hÖ ba cÊu tö th-êng gÆp thuËn tiÖn cho viÖc tra cøu. HÖ mét cÊu tö kh«ng cã sù biÕn ®æi thµnh phÇn nªn gi¶n ®å pha cña nã chØ cã mét trôc, trªn ®ã ®¸nh dÊu nhiÖt ®é ch¶y (kÕt tinh) vµ c¸c nhiÖt ®é chuyÓn biÕn thï h×nh (nÕu cã) nh- ë h×nh 3.6 cho tr-êng hîp cña s¾t. Gi¶n ®å pha hÖ hai cÊu tö cã hai trôc: trôc tung biÓu thÞ nhiÖt ®é, trôc hoµnh biÓu thÞ thµnh phÇn (th-êng theo % khèi l-îng) víi nh÷ng ®-êng ph©n chia c¸c khu vùc pha theo c¸c nguyªn t¾c sau: - Xen gi÷a hai khu vùc mét pha lµ khu vùc hai pha t-¬ng øng. - Mçi ®iÓm trªn trôc hoµnh biÓu thÞ mét thµnh phÇn x¸c ®Þnh cña hÖ. Theo chiÒu tõ tr¸i sang ph¶i tû lÖ cÊu tö B t¨ng lªn, cßn tõ ph¶i sang tr¸i tû lÖ cÊu tö A t¨ng lªn, hai ®Çu mót t-¬ng øng víi hai cÊu tö nguyªn chÊt: A (tr¸i), B (ph¶i). VÝ dô trªn h×nh 1.1 ®iÓm C øng víi thµnh phÇn cã 30%B (tû lÖ cÊu tö thø hai lµ phÇn cßn l¹i, tøc 70%A), ®iÓm D: 80%B + 20%A. H×nh 1.1. Gi¶n ®å pha cña s¾t H×nh 1.2. C¸c trôc cña gi¶n ®å pha hÖ hai cÊu tö 5 - §-êng th¼ng ®øng bÊt kú biÓu thÞ mét thµnh phÇn x¸c ®Þnh nh-ng ë c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau. VÝ dô ®-êng th¼ng ®øng qua D biÓu thÞ sù thay ®æi nhiÖt ®é cña thµnh phÇn nµy (80%B + 20%A). - Hai trôc tung chÝnh lµ gi¶n ®å pha cña tõng cÊu tö t-¬ng øng (tr¸i cho A, ph¶i cho B). Do ®-îc biÓu thÞ trªn mÆt ph¼ng mét c¸ch chÝnh x¸c tõ gi¶n ®å pha cña hai hÖ cÊu tö dÔ dµng x¸c ®Þnh ®-îc c¸c th«ng sè sau ®©y cho mét thµnh phÇn x¸c ®Þnh ë nhiÖt ®é nµo ®ã.  C¸c pha tån t¹i: C¨n cø vµo ®iÓm nhiÖt ®é - thµnh phÇn ®· cho (t¹m gäi lµ täa ®é) n»m trong vïng nµo cña gi¶n ®å pha sÏ cã tæ chøc pha t-¬ng øng víi vïng ®ã: n»m ë vïng mét pha, hîp kim cã tæ chøc mét pha; n»m trong vïng hai pha - cã tæ chøc hai pha.  Thµnh phÇn pha: NÕu täa ®é n»m trong vïng mét pha th× thµnh phÇn cña pha cÊu t¹o nªn hîp kim b»ng chÝnh thµnh phÇn cña hîp kim ®· chän. Khi täa ®é n»m trong vïng hai pha viÖc x¸c ®Þnh cã phøc t¹p h¬n: kÎ ®-êng n»m ngang (®¼ng nhiÖt) qua täa ®é nµy, giao ®iÓm cña nã víi hai ®-êng biªn giíi víi hai vïng mét pha gÇn nhÊt sÏ chØ râ thµnh phÇn cña tõng pha t-¬ng øng.  Tû lÖ (vÒ sè l-îng) gi÷a c¸c pha hoÆc tæ chøc: TiÕp theo cã thÓ x¸c ®Þnh ®-îc tû lÖ gi÷a chóng nhê quy t¾c ®ßn bÈy hay c¸nh tay ®ßn theo nguyªn t¾c sau: ba ®iÓm trªn (täa ®é vµ hai pha) t¹o nªn hai ®o¹n th¼ng mµ ®é dµi cña mçi ®o¹n biÓu thÞ tû lÖ t-¬ng ®èi cña pha ®èi diÖn trong hîp kim, hay mét c¸ch ®¬n gi¶n: l-îng pha tr¸i = ®é dµi ®o¹n th¼ng ph¶i (®ßn bªn ph¶i) l-îng pha ph¶i ®é dµi ®o¹n th¼ng tr¸i (®ßn bªn tr¸i) gièng nh- sù c©n b»ng cña ®ßn bÈy. l-îng pha tr¸i x ®ßn tr¸i = l-îng pha ph¶i x ®ßn ph¶i (h×nh 1.3) H×nh 1.3: Sù c©n b»ng cña ®ßn bÈy 6  Suy ®o¸n tÝnh chÊt cña hîp kim: Theo quy t¾c kÕt hîp th× tÝnh chÊt cña hîp kim Phk lµ tæng hîp tÝnh chÊt cña tõng pha Ppha theo tû lÖ bËc nhÊt.  n phahk Pphap 1 .% Ngoµi ra tõ gi¶n ®å pha cña hÖ hai cÊu tö còng biÕt ®-îc:  NhiÖt ®é ch¶y (kÕt tinh): Th-êng hîp kim nãng ch¶y (kÕt tinh) trong mét kho¶ng nhiÖt ®é (b¾t ®Çu vµ kÕt thóc) t-¬ng øng víi hai ®-êng ch¹y ngang suèt gi¶n ®å, ®-êng ch¹y ngay trªn ®-îc gäi lµ ®-êng láng - liquidus (ë cao h¬n ®-êng nµy hîp kim hoµn toµn ë tr¹ng th¸i láng), ®-êng ngang s¸t ë d-íi ®-îc gäi lµ ®-êng r¾n (hay ®-êng ®Æc) - solidus (ë thÊp h¬n ®-êng nµy hîp kim hoµn toµn ë tr¹ng th¸i r¾n).  C¸c chuyÓn biÕn pha: Sù xuÊt hiÖn hoÆc biÕn mÊt cña c¸c pha (khi nung vµ khi nguéi chËm) còng nh- nhiÖt ®é x¶y ra, t-¬ng øng víi c¸c ®-êng ë d-íi ®-êng ®Æc.  Dù ®o¸n c¸c tæ chøc t¹o thµnh ë tr¹ng th¸i kh«ng c©n b»ng (khi nguéi nhanh). V× vËy gi¶n ®å pha lµ c¨n cø kh«ng thÓ thiÕu khi nghiªn cøu c¸c hÖ hîp kim. Gi¶n ®å pha hai cÊu tö cña hÖ thùc tÕ cã lo¹i rÊt phøc t¹p, song dï phøc t¹p ®Õn bao nhiªu còng cã thÓ coi nh- gåm nhiÒu gi¶n ®å c¬ b¶n gép l¹i. D-íi ®©y kh¶o s¸t mét sè d¹ng th-êng gÆp trong c¸c gi¶n ®å ®ã mµ c¸c cÊu tö ®Òu hßa tan v« h¹n vµo nhau ë tr¹ng th¸i láng, song kh¸c nhau vÒ t-¬ng t¸c ë tr¹ng th¸i r¾n víi vËn dông x¸c ®Þnh c¸c th«ng tin trªn cho c¸c tr-êng hîp cô thÓ. VÝ dô : Gi¶n ®å pha lo¹i 1 a. b. H×nh 1.4. D¹ng tæng qu¸t cña gi¶n ®å pha lo¹i I(a) vµ gi¶n ®å pha Pb-Sb(b) 7 Lµ gi¶n ®å pha cña hÖ hai cÊu tö kh«ng cã bÊt kú t-¬ng t¸c nµo, chóng t¹o nªn hçn hîp riªng rÏ cña hai cÊu tö, cã d¹ng tæng qu¸t tr×nh bµy ë h×nh 1.4a vµ hÖ ®iÓn h×nh cã kiÓu nµy lµ hÖ ch× - antimoan (Pb - Sb) ë h×nh 1.4.b. Gi¶n ®å chØ gåm cÆp ®-êng láng - r¾n, trong ®ã ®-êng trªn AEB lµ ®-êng láng, ®-êng n»m ngang d-íi CED (2450C) lµ ®-êng r¾n. A lµ nhiÖt ®é ch¶y (kÕt tinh) cña cÊu tö A (Pb víi 3270C), B - nhiÖt ®é ch¶y (kÕt tinh) cña cÊu tö B (Sb - 6310C). Hîp kim sÏ nãng ch¶y hay kÕt tinh trong kho¶ng gi÷a hai ®-êng nµy víi sù tån t¹i cña hai hay ba pha (pha láng víi mét hoÆc c¶ hai pha r¾n A, B). H·y xÐt sù kÕt kinh cña mét hîp kim cô thÓ gåm 60%B (Sb) + 40%A (Pb). §-êng th¼ng ®øng biÓu thÞ hîp kim nµy c¾t c¸c ®-êng láng, r¾n t-¬ng øng ë 1 (5000C), 2 (2450C), ®ã lµ hai mèc nhiÖt ®é ®¸ng chó ý: + ë cao h¬n (5000C) hîp kim ë tr¹ng th¸i láng hoµn toµn L, + ë thÊp h¬n 2 (2450C) hîp kim ë tr¹ng th¸i r¾n A + B (Pb + Sb), + ë trong kho¶ng 1  2 (500  2450C) hîp kim ë tr¹ng th¸i láng + r¾n L + B (L + Sb) øng víi qu¸ tr×nh kÕt tinh hay nãng ch¶y. VËy 1 (5000C) lµ nhiÖt ®é b¾t ®Çu kÕt tinh hay kÕt thóc nãng ch¶y vµ 2 (2450C) lµ nhiÖt ®é b¾t ®Çu nãng ch¶y hay kÕt thóc kÕt tinh. Sù kÕt tinh cña hîp kim tõ tr¹ng th¸i láng x¶y ra nh- sau: - Lµm nguéi ®Õn 1 (5000C) hîp kim láng b¾t ®µu kÕt tinh ra tinh thÓ B (Sb) còng ë nhiÖt ®é nµy øng víi 1'. - Lµm nguéi tiÕp tôc, tinh thÓ B (Sb) t¹o thµnh cµng nhiÒu lµm tû lÖ B (Sb) trong hîp kim láng cßn l¹i gi¶m ®i nªn ®iÓm biÓu diÔn (täa ®é) dÞch sang tr¸i theo ®-êng láng tõ 1 ®Õn E. VÝ dô ë 0at (400 0C) hîp kim láng (cßn l¹i) víi täa ®é ®iÓm a'' (37%Sb) vµ tinh thÓ B víi täa ®é ®iÓm a' tøc 100%B (100%Sb). ¸p dông quy t¾c c¸nh tay ®ßn, tû lÖ cña hai pha nµy lµ: La/Ba = aa' / aa'' hay L37 / Sb100 = (100 - 60) / (60 - 37) = 40 / 23 tøc pha láng 40 / 63 (63,5%), r¾n 23 / 63 (36,5%). - Khi lµm nguéi ®Õn ®-êng r¾n CED (2450C) hîp kim láng (cßn l¹i) nghÌo B (Sb) ®i n÷a vµ cã täa ®é ë ®iÓm E (13%Sb), cßn pha r¾n B (Sb) øng víi ®iÓm D. Tû lÖ cña hai pha nµy lµ. LE/BD = 2D / 2E hay L13 / Sb100 = (100 - 60) / (60 - 13) = 40 / 47. tøc pha láng chØ cßn kho¶ng 46%, pha r¾n (Sb) ®· kÕt tinh lµ 54%. 8 Cã nhËn xÐt lµ tuy cã hai cÊu tö A vµ B (Pb vµ Sb) nh-ng cho ®Õn ®©y hîp kim míi chØ kÕt tinh ra B (Sb) vµ míi chØ cã mét phÇn B (Sb) trong hîp kim (54 trong 60%) kÕt tinh, cÊu tö kia (A, Pb) ch-a kÕt tinh. - T¹i nhiÖt ®é cña ®-êng r¾n CED (2450C), LE (L13) kÕt tinh ra c¶ hai cÊu tö A + B (Pb + Asb) cïng mét lóc, hçn hîp cña hai pha r¾n ®-îc t¹o thµnh cïng mét lóc (®ång thêi) tõ pha láng nh- vËy ®-îc gäi lµ cïng tinh (cïng kÕt tinh) hay eutectic. )( BALB  hay )(13 SbPbL  §ã lµ ph¶n øng cïng tinh. Quy -íc biÓu thÞ tæ chøc cïng tinh trong ngoÆc ®¬n. Sù kÕt tinh kÕt thóc ë ®©y vµ khi lµm nguéi ®Õn nhiÖt ®é th-êng kh«ng cã chuyÓn biÕn g× kh¸c. Cuèi cïng hîp kim nµy cã tæ chøc B + (A + B) hay Sb + (Pb + Sb), trong ®ã B (Sb) ®-îc t¹o thµnh tr-íc ë nhiÖt ®é cao h¬n nªn cã kÝch th-íc h¹t lín (®é qu¸ nguéi nhá) cßn cïng tinh (A + B) hay (Pb + Sb) ®-îc t¹o thµnh sau ë nhiÖt ®é thÊp h¬n nªn cã cÊu t¹o (kÝch th-íc h¹t) c¸c pha nhá mÞn h¬n (do ®é qu¸ nguéi lín). Cã thÓ tÝnh dÔ dµng tû lÖ c¸c pha vµ tæ chøc cña hîp kim 60%Sb + 40%Pb nh- sau: - Tû lÖ vÒ pha Sb / Pb = (100 - 60) / (60 - 0) = 40 / 60 hay 40%Pb, 60%Sb. - Tû lÖ vÒ tæ chøc Sb / (Pb + Sb) = (60 - 13) / (100 - 60) = 47 / 40 hay 54% lµ Sb (®éc lËp) cßn l¹i 46% lµ cïng tinh (Pb + Sb). T-¬ng tù b»ng c¸c nguyªn t¾c ®· nªu ë môc 3.2.2 cã thÓ biÕt ®-îc diÔn biÕn kÕt tinh (sù t¹o thµnh c¸c tæ chøc) cña mäi hîp kim cña hÖ. VÝ dô, lo¹i 90%Pb + 10%Sb sÏ kÕt tinh ra ch× (Pb) tr-íc cho ®Õn 2450C còng kÕt tinh ra cïng tinh (Pb + Sb). Nh- vËy c¸c hîp kim cña gi¶n ®å lo¹i I kÕt tinh theo thø tù sau: Tho¹t tiªn pha láng kÕt tinh ra mét trong hai cÊu tö nguyªn chÊt tr-íc vµ lµm cho pha láng nghÌo cÊu tö nµy vµ biÕn ®æi thµnh ®Õn ®iÓm cïng tinh E, ®Õn ®©y pha láng cßn l¹i míi kÕt tinh ra cÊu tö thø hai tøc ra hai cÊu tö cïng mét lóc". Ngoµi ra cã nhËn xÐt lµ tho¹t tiªn khi ®-a thªm cÊu tö kh¸c vµo cÊu tö bÊt kú ®Òu lµm cho nhiÖt dé kÕt tinh gi¶m ®i, ®¹t ®Õn gi¸ trÞ thÊp nhÊt sau ®ã míi t¨ng lªn. Quy -íc:  Hîp kim cã thµnh phÇn ë chÝnh ®iÓm E hay l©n cËn ®-îc gäi lµ hîp kim cïng tinh hay eutectic (cã nhiÖt ®é ch¶y thÊp nhÊt, thÊp h¬n c¶ cÊu tö dÔ ch¶y nhÊt), nã kÕt tinh ngay ra hai cÊu tö cïng mét lóc vµ ë nhiÖt ®é kh«ng ®æi. 9  Hîp kim cã thµnh phÇn ë bªn tr¸i, bªn ph¶i ®iÓm E ®-îc gäi lÇn l-ît lµ hîp kim tr-íc cïng tinh (hay hypoeutectic), sau cïng tinh (hay hypereutectic), so víi lo¹i cïng tinh chóng cã nhiÖt ®é ch¶y cao h¬n, kÕt tinh ra mét cÊu tö tr-íc vµ x¶y ra trong mét kho¶ng nhiÖt ®é. 1.2.3. Dung dÞch r¾n 1.2.3.1 Kh¸i niÖm Gièng nh- trong dung dÞch láng, cÊu tö nµo nhiÒu h¬n ®-îc gäi lµ dung m«i vµ Ýt h¬n lµ chÊt tan, trong dung dÞch r¾n cßn ph©n biÖt chóng theo c¸ch: cÊu tö nµo gi÷ l¹i ®-îc kiÓu m¹ng ®-îc gäi lµ dung m«i, cßn c¸c nguyªn tö chÊt hßa tan s¾p xÕp l¹i trong m¹ng dung m«i mét c¸ch ®Òu ®Æn vµ ngÉu nhiªn. Nh- vËy dung dÞch r¾n lµ pha ®ång chÊt cã cÊu tróc m¹ng nh- cña dung m«i (tøc cña nguyªn tè chñ) nh-ng víi thµnh phÇn (hay cßn gäi lµ nång ®é) cã thÓ thay ®æi trong mét ph¹m vi mµ kh«ng lµm mÊt ®i sù ®ång nhÊt ®ã. Ký hiÖu dung dÞch r¾n lµ A (B) cã kiÓu m¹ng cña A lµ cÊu tö dung m«i, B lµ cÊu tö hßa tan: Nh- vËy B(A) cã kiÓu m¹ng cña B lµ dung m«i, A - ChÊt tan. C¸c nguyªn tö hßa tan ®-îc s¾p xÕp l¹i trong m¹ng tinh thÓ dung m«i hai kiÓu kh¸c nhau, t-¬ng øng víi hai lo¹i dung dÞch r¾n: thay thÕ vµ xen kÏ nh- biÓu thÞ ë h×nh 1.5 trong ®ã c¸c vßng trßn g¹ch chÐo vµ t« ®en biÓu thÞ c¸c nguyªn tö hßa tan trong m¹ng cÊu tö dung m«i (vßng tr¾ng). Râ rµng ë ®©y yÕu tè h×nh häc cã ý nghÜa quan trong. H×nh 1.5. S¬ ®å s¾p xÕp nguyªn tö hßa tan thay thÕ vµ xem kÏ vµo dung m«i cã m¹ng lËp ph-¬ng t©m mÆt, mÆt (100) 10 1.2.3.2 Ph©n lo¹i a. Dung dÞch r¾n thay thÕ: Trong dung dÞch r¾n thay thÕ c¸c nguyªn tö hßa tan chiÕm chç hay thay thÕ vµo ®óng c¸c vÞ trÝ nót m¹ng cña kim lo¹i chñ, tøc lµ vÉn cã kiÓu m¹ng vµ sè nguyªn tö trong « c¬ së ®óng nh- cña cÊu tö dung m«i. VÒ mÆt h×nh häc cã thÓ thÊy sù thay thÕ nguyªn tö nµy b»ng nguyªn tö kh¸c Ýt nhiÒu ®Ó g©y ra x« lÖch m¹ng v× kh«ng cã hai nguyªn tè nµy cã ®-êng kÝnh nguyªn tö hoµn toµn gièng nhau, v× vËy sù thay thÕ chØ x¶y ra ®èi víi c¸c nguyªn tè cã kÝch th-íc nguyªn tö kh¸c nhau Ýt nh- gi÷a c¸c kim lo¹i víi sù sai lÖch kh«ng qu¸ 15%. V-ît qu¸ giíi h¹n nµy sù thay thÕ lÉn nhau lµ rÊt khã v× lµm m¹ng x« lÖch qu¸ m¹nh, trë nªn mÊt æn ®Þnh. Sù thay thÕ trong dung dÞch r¾n th-êng chØ lµ cã h¹n v× nång ®é chÊt tan cµng t¨ng m¹ng cµng bÞ x« lÖch cho ®Õn nång ®é b·o hßa, lóc nµy nÕu t¨ng n÷a sÏ t¹o nªn phai míi (dung dÞch r¾n kh¸c hay pha trung gian), nång ®é b·o hßa ®ã ®-îc gäi lµ giíi h¹n hßa tan. Trong thùc tÕ cã mét sè cÆp kim lo¹i chóng cã thÓ hßa tan v« h¹n vµo nhau tøc t¹o nªn mét d·y c¸c dung dÞch r¾n cã nång ®é thay ®æi mét c¸ch liªn tôc tõ 100%A + 0%B qua 50%A + 50%B cho ®Õn 0%A + 100%B nh- hiÓu thÞ ë h×nh 3.4. Ng-êi ta nhËn thÊy cã bèn yÕu tè ¶nh h-ëng ®Õn kh¶ n¨ng hßa tan v« h¹n hay cã h¹n cña mét cÆp nguyªn tè (ë ®©y chØ lµ c¸c yÕu tè cÇn mµ ch-a ®ñ v× kh«ng ph¶i cÆp nµo tháa m·n c¶ bèn yÕu tè nµy còng t¹o thµnh dung dÞch r¾n v« h¹n) lµ c¸c t-¬ng quan sau. H×nh1.6: S¬ ®å thay thÕ ®Ó t¹o nªn d·y dung dÞch r¾n liªn tôc (hßa tan v« h¹n) gi÷a hai kim lo¹i A vµ B khi l-îng B t¨ng dÇn: a. nguyªn tè A; b,c,d d·y dung dÞch d¾n liªn tôc cña A vµ B, e. nguyªn tè B. - T-¬ng quan vÒ kiÓu m¹ng: NÕu cïng kiÓu m¹ng míi cã thÓ hßa tan v« h¹n, kh¸c kiÓu m¹ng chØ cã thÓ hßa tan cã h¹n. - T-¬ng quan vÒ kÝch th-íc: NÕu ®-êng kÝnh nguyªn tö sai kh¸c nhau Ýt (<8%) míi cã thÓ hßa tan v« h¹n, sai kh¸c nhau nhiÒu (8 15%) chØ cã thÓ hßa tan cã h¹n, sai kh¸c nhau rÊt nhiÒu (>15%) cã kh¶ n¨ng kh«ng hßa tan lÉn nhau. 11 - T-¬ng quan vÒ nång ®é ®iÖn tö (sè l-îng ®iÖn tö hãa trÞ tÝnh cho mét nguyªn tö): nÕu ®¹i l-îng nµy v-ît qu¸ gi¸ trÞ x¸c ®Þnh ®èi víi lo¹i dung dÞch r¾n ®· cho sÏ t¹o nªn pha kh¸c tøc dung dÞch r¾n chØ lµ cã h¹n. ChØ c¸c nguyªn tè cïng hãa trÞ míi cã thÓ hßa tan v« h¹n vµo nhau, c¸c nguyªn tè kh¸c nhau vÒ hãa trÞ chØ cã thÓ hßa tan cã h¹n. - T-¬ng quan vÒ tÝnh ©m ®iÖn: Trong hãa häc tÝnh ©m ®iÖn th-êng dïng ®Ó biÓu thÞ kh¶ n¨ng t-¬ng t¸c hãa häc t¹o thµnh ph©n tö. NÕu hai nguyªn tè cã tÝnh ©m ®iÖn kh¸c biÖt nhau rÊt nhiÒu dÔ t¹o nªn hîp chÊt hãa häc, pha trung gian, sÏ h¹n chÕ kh¶ n¨ng hßa tan vµo nhau thµnh dung dÞch r¾n vµ ng-îc l¹i. Hai t-¬ng quan sau cïng th-êng ®-îc ®¸nh g¸i qua sù gÇn nhau trong b¶ng tuÇn hoµn: C¸c nguyªn tè ë trong cïng mét nhãm hay ë nh÷ng nhãm c¹nh nhau th-êng cã cÊu t¹o líp vá ®iÖn tö hãa trÞ, tÝnh ©m ®iÖn vµ c¸c ®ùc tÝnh lý - hãa (®Æc biÖt lµ nhiÖt ®é ch¶y) gièng nhau, dÔ t¹o thµnh dung dÞch r¾n hßa tan v« h¹n. ChØ cÇn kh«ng ®¹t mét trong bèn yÕu tè trªn dung dÞch r¾n t¹o thµnh chØ cã thÓ lµ cã h¹n. §a sè c¸c cÆp nguyªn tè t¹o nªn lo¹i dung dÞch r¾n nµy. C¸c cÆp nguyªn tè h×nh thµnh dung dÞch r¾n v« h¹n chØ cã thÓ x¶y ra gi÷a c¸c kim lo¹i, mét sè cÆp trong chóng tháa m·n c¸c ®iÒu kiÖn kÓ trªn. VÝ dô: Ag- Au (M¹ng A1, r = 0,20%, cïng nhãm IB), Cu - Ni (m¹ng A1, r = 2,70%, IB vµ VIII), Fe - Cr (m¹ng A2, r = 0,70%, VIB vµ VIII). Nãi chung sù ph©n bè nguyªn tö hßa tan trong m¹ng tinh thÓ chñ (dung m«i) lµ ®Òu ®Æn, cã tÝnh ngÉu nhiªn vµ ®-îc gäi lµ dung dÞch r¾n kh«ng trËt tù. Tuy nhiªn ë mét sè hÖ (vÝ dô hÖ Au - Cu) trong mét sè ®iÒu kiÖn (nhiÖt ®é, nång ®é) c¸c nguyªn tö hßa tan tuy vÉn ph©n bè ®Òu ®Æn song l¹i cã quy luËt (vÝ dô trong m¹ng A1, chóng chiÕm hoÆc lµ tÊt c¶ c¸c ®Ønh hoÆc lµ gi÷a tÊt c¶ c¸c mÆt bªn cña h×nh lËp ph-¬ng), lóc ®ã cã dung dÞch r¾n trËt tù víi thµnh phÇn (nång ®é) cè ®Þnh hay biÕn ®æi hÑp vµ cã tÝnh chÊt h¬i kh¸c (nãi chung lµ gißn h¬n). b. Dung dÞch r¾n xen kÏ Trong dung dÞch r¾n xen kÏ c¸c nguyªn tö hßa tan ph¶i cã kÝch th-íc bÐ h¬n h¼n ®Ó cã thÓ "lät" vµo lç hæng trong m¹ng cña kim lo¹i chñ (dung m«i), tøc lµ vÉn cã kiÓu m¹ng nh- kim lo¹i chñ nh-ng sè nguyªn tö trong « c¬ së t¨ng lªn. TÊt c¶ c¸c lç hæng ®Òu rÊt nhá nªn chØ mét sè ¸ kim víi b¸n kÝnh nguyªn tö bÐ nh-: hy®r« (0,046nm), nit¬ (0,071nm), cacbon (0,077nm) vµ ®«i khi c¶ bo (0,091nm) míi cã kh¶ n¨ng hßa tan xen kÏ vµo c¸c kim lo¹i chuyÓn tiÕp cã b¸n kÝnh nguyªn tö lín nh- s¾t (0,1421nm), cr«m (0,1249nm), vonfram (0,1371nm), m«lip®en (0,136nm), vana®i (0,132nm), titan (0,145nm)... Lç hæng lín nhÊt trong c¸c m¹ng 12 tinh thÓ kim lo¹i lµ lo¹i t¸m mÆt cña a1 cã rlç/rchñ lµ 0,414, trong thùc tÕ trõ H ra kh«ng cã ¸ kim nµo nhá ®Õn møc võa kÝch th-íc nµy, tuy nhiªn vÉn cã thÓ chen vµo ë mét sè lç hæng vµ ®Èy c¸c nguyªn tö chñ bao quanh gi·n ra, gay ra x« lÖch m¹nh m¹ng (h×nh 3.5a). Do sè lç hæng nµy lµ cã h¹n vµ c¸c nguyªn tö ¸ kim kh«ng thÓ chui vµo mäi lç hæng cñ m¹ng (v× nh- thÕ sÏ g©y ra x« lÖch qu¸ m¹nh lµm mÊt æn ®Þnh) nªn dung dÞch r¾n xen kÏ kh«ng thÎ cã lo¹i hßa tan v« h¹n, chØ cã thÓ lµ lo¹i cã h¹n, h¬n n÷a ®é hßa tan th-êng lµ nhá vµ rÊt nhá. Cã thÓ thÊy râ ®iÒu nµy khi xÐt hîp kim Fe vµ mactenxit Sù thay thÕ còng g©y ra x« lÖch m¹ng, tïy theo quan hÖ kÝch th-íc nguyªn tö mµ c¸c nguyªn tö chñ bao quanh nguyªn tö hßa tan cã thÓ bÞ gi·n ra khi rht>rchñ (h×nh 1.7) hay co vµo khi rht<rchñ (H×nh1.7) Hinh1.7: Sù x« lÖch m¹ng trong dung dÞch r¾n: a. Hßa tan xen kÏ b. Hßa tan thay thÕ khi rht>rchñ c. Hßa tan thay thÕ khi rht<rchñ * C¸c ®Æc tÝnh cña dung dÞch r¾n: VÒ mÆt cÊu tróc dung dÞch r¾n cña hîp kim cã kiÓu m¹ng tinh thÓ vÉn lµ kiÓu m¹ng cña kim lo¹i dung m«i. §Æc tÝnh c¬ b¶n nµy quyÕt ®Þnh c¸c ®Æc tr-ng c¬, lý, hãa tÝnh dung dÞch r¾n, vÒ c¬ b¶n nã vÉn gi÷ ®-îc c¸c tÝnh chÊt c¬ b¶n cña kim lo¹i chñ hay nÒn. Do vËy dung dÞch r¾n trong hîp kim cã nh÷ng ®Æc tr-ng c¬ häc phæ biÕn nh- sau 1. M¹ng tinh thÓ cã c¸c kiÓu ®¬n gi¶n vµ xÝt chÆt (A1, A2...) cña kim lo¹i víi liªn kÕt kim lo¹i. 2. Do cã cÊu tróc m¹ng nh- vËy nªn vÒ c¬ b¶n dung dÞch r¾n vÉn cã c¬ tÝnh nh- kim lo¹i c¬ së, ®ã lµ tÝnh dÎo, tuy nhiªn cã lµm thay ®æi theo h-íng phï hîp h¬n cho vËt liÖu kÕt cÊu, ®ã lµ: - TÝnh dÎo tuy cã gi¶m ®i song vÉn ®ñ cao, dÔ biÕn d¹ng dÎo t¹o nªn c¸c b¸n thµnh phÈm dµi tiÖn lîi cho sö dông (còng cã rÊt Ýt tr-êng hîp lµm t¨ng ®é dÎo mµ 13 ®iÓn h×nh lµ dung dÞch r¾n Cu(Zn) víi 30%Zn cßn dÎo h¬n cña Cu - T¨ng ®é bÒn, ®é cøng, kh¶ n¨ng chÞu t¶i h¬n h¼n kim lo¹i nguyªn chÊt. Sù biÕn ®æi tÝnh chÊt nh- trªn cµng m¹ng khi nång ®é chÊt tan cµng lín. Tuy nhiªn khi nång ®é nµy qu¸ lín, m¹ng bÞ x« lÖch qu¸ m¹nh, ®é bÒn, ®é cøng tuy t¨ng lªn m¹nh nh-ng ®é dÎo còng bÞ gi¶m m¹nh t-¬ng øng, g©y ra gißn, dÔ bÞ g·y, vì. Do vËy cã thÓ t×m ®-îc nång ®é chÊt tan thÝch hîp cho c¸c yªu cÇu còng cã lîi vÒ c¬ tÝnh h¬n kim lo¹i nguyªn chÊt. 3. Dung dÞch r¾n tuy còng cã tÝnh dÉn nhiÖt, dÉn ®iÖn song kÐm h¬n kim lo¹i nguyªn chÊt. Sù hßa tan còng cã thÓ lµm thay ®æi ®ét ngét ®iÖn thÕ ®iÖn cùc do ®ã ¶nh h-ëng tèt ®Õn tÝnh chèng ¨n mßn ®iÖn hãa (môc 5.5.2d). Trong tÊt c¶ c¸c hîp kim kÕt cÊu, dung dÞch r¾n bao giê còng lµ pha c¬ b¶n chiÕm trªn d-íi 90% thËm chÝ chØ cã pha nµy (100%). 14 Ch-¬ng 2: GANG 2.1 KH¸I NIÖM c¬ b¶n vÒ gang 2.1.1 Kh¸i niÖm Gang lµ hîp kim Fe - C, hµm l-îng cacbon lín h¬n 2,14%  6,67% , th-êng lµ 3  4,5%. Còng nh- thÐp trong gang chøa nh÷ng t¹p chÊt Si, Mn, S, P vµ c¸c nguyªn tè kh¸c. Do cã hµm l-îng cacbon cao nªn tæ chøc cña gang ë nhiÖt ®é th-êng còng nh- ë nhiÖt ®é cao ®Òu tån t¹i l-îng xªmentÝt cao. §Æc tÝnh chung cña gang lµ cøng vµ gißn, cã nhiÖt ®é nãng ch¶y thÊp, dÔ ®óc. 2.1.2. Tæ chøc tÕ vi Gang tr¾ng: Kh«ng cã graphÝt (Cacbon ë d¹ng hîp chÊt XªmentÝt) Gang x¸m: GraphÝt ë d¹ng tÊm (phiÕn, l¸ ...) lµ d¹ng tù nhiªn khi ®óc. Gang dÎo: GraphÝt ë d¹ng côm (tô tËp thµnh ®¸m) qua ph©n hãa tõ xªmentÝt. Gang biÕn tÝnh: GraphÝt ë d¹ng tÊm. Gang cÇu: GraphÝt ë d¹ng qu¶ cÇu trßn, qua biÕn tÝnh ®Æc biÖt. 2.2. c¸c lo¹I gang th-êng dïng Gang lµ mét trong nh÷ng vËt liÖu rÎ vµ ®-îc sö dông nhiÒu nhÊt trong tÊt c¶ c¸c ngµnh kinh tÕ quèc d©n. C¸c lo¹i gang th-êng dïng lµ gang x¸m, gang dÎo, gang cÇu, gang biÕn tÝnh, gang tr¾ng. 2.2.1. Gang x¸m 2.2.1.1.Thµnh phÇn vµ ký hiÖu. * Thµnh phÇn: Cacbon tõ 2,8  3,5% Si lic tõ 1,5  2,0% Man gan tõ 0,5  2,5 % Ph«t pho tõ 0,1  0,2% L-u huúnh tõ 0,08  0,12% * Ký hiÖu: C¸c n-íc ®¸nh sè c¸c m¸c gang theo giíi h¹n bÒn tèi thiÓu, ®¬n vÞ tÝnh lµ kG/mm2 (nÕu lµ 2 con sè) hay ®¬n vÞ lµ MPa (nÕu lµ 3 con sè). Quan hÖ gi÷a c¸c ®¬n vÞ th-êng gÆp nh- sau: 1kG/mm2  10MPa 1MPa  0,1kG/mm2 1ksi  0,703kG/mm2 1kG/mm2  1,45ksi 1MPa  0,145ksi 1ksi  6,9MPa Tiªu chuÈn ViÖt Nam: Ký hiÖu gang x¸m b»ng hai ch÷ GX víi hai sè tiÕp theo chØ ®é bÒn kÐo tèi thiÓu vµ ®é bÒn uèn tèi thiÓu. §¬n vÞ tÝnh b»ng kG/ mm 2 15 VÝ dô: GX 21- 40: lµ ký hiÖu gang x¸m (TCVN), cã ®é bÒn kÐo tèi thiÕu lµ 21 kG/mm2 hay (k  21 kG/mm 2), ®é bÒn uèn tèi thiÕu lµ 40 kG/mm2 hay (u  40 kG/mm2). Tiªu chuÈn Liªn bang Nga: ΓOCT 1412-70 kÝ hiÖu b»ng hai ch÷ CЧ víi hai sè kÌm theo: Con sè thø nhÊt chØ giíi h¹n bÒn kÐo tèi thiÓu (k), con sè thø hai chØ giíi h¹n bÒn uèn tèi thiÓu(u). C¶ hai con sè ®ã ®Òu cã ®¬n vÞ lµ kG / mm 2 hay Mpa. VÝ dô: CЧ 28 - 56 lµ gang x¸m viÕt theo tiªu chuÈn Liªn bang Nga cã Giíi h¹n bÒn kÐo tèi thiÓu lµ 28KG/mm2 hay (k  28kG/mm 2 280MPa) Giíi h¹n bÒn uèn tèi thiÓu lµ 56KG/mm2 hay (u  56kG/mm 2 560MPa) ΓOCT 7393- 85 c¸c m¸c gang x¸m gåm cã CЧ10; CЧ15; CЧ20; CЧ25; CЧ30; CЧ35 (sè chØ ký hiÖu giíi h¹n bÒn kÐo) 2.2.1.2. TÝnh chÊt Ng-êi ta gäi lµ gang x¸m, v× mÆt gÉy cña nã cã mµu x¸m do gang x¸m cã cÊu tróc tinh thÓ cacbon ë d¹ng tù do (graphÝt). GraphÝt trong gang cã ®é bÒn c¬ häc thÊp, nã lµm gi¶m ®é bÒn chÆt cña tæ chøc kim lo¹i, do ®ã gang x¸m cã søc bÒn kÐo nhá (th-êng trong kho¶ng 150  350 MPa) chØ b»ng nöa thÐp th«ng dông, 1/31/5 thÐp hîp kim. §é dÎo vµ ®é dai thÊp (  0,5%, aK < 100kJ/mm 2), cã thÓ xem nh- vËt liÖu gißn. GraphÝt trong gang x¸m ë d¹ng cµng to vµ cµng dµi th× tÝnh chÊt c¬ häc cña gang cµng kÐm. Tuy nhiªn graphÝt còng cã nh÷ng -u ®iÓm cña nã, ®Æc biÖt lµ lµm t¨ng ®é chÞu mµi mßn cña gang, v× graphÝt trong gang cã t¸c dông nh- mét chÊt b«i tr¬n. GraphÝt cã t¸c dông lµm cho gang chÞu nÐn tèt. GraphÝt cã t¸c dông lµm gi¶m co ngãt khi ®óc. GraphÝt cßn lµm cho phoi gang dÔ bÞ vôn khi c¾t gät. Ngoµi ra graphÝt cßn cã t¸c dông dËp t¾t nhanh rung ®éng cña m¸y. 2.2.1.3. C«ng dông C¸c m¸c gang cã ®é bÒn thÊp, b< 150MPa, dïng lµm vá, n¾p m¸y kh«ng chÞu lùc (chØ ®Ó che ch¾n) C¸c m¸c gang cã ®é bÒn trung b×nh b = 150  200 MPa ®-îc lµm c¸c chi tiÕt chÞu t¶i träng nhá, Ýt chÞu mµi mßn nh- vá hép gi¶m tèc, th©n m¸y, bÝch, cacte, èng n-íc. C¸c m¸c gang cã ®é bÒn t-¬ng ®èi cao b = 200  300 Mpa ®-îc lµm c¸c chi tiÕt chÞu t¶i träng t-¬ng ®èi cao nh- b¸nh r¨ng (bÞ ®éng, tèc ®é chËm), b¸nh ®µ, xilanh, xÐc m¨ng, th©n m¸y quan träng. C¸c m¸c gang cã ®é bÒn cao b  300 Mpa ®-îc lµm c¸c chi tiÕt chÞu t¶i träng cao chÞu mµi mßn nh- b¸nh r¨ng, trôc chÝnh, vá b¬m thuû lùc. Do tÝnh chÊt chÞu ma s¸t tèt ®«i khi lµm æ tr-ît. 16 2.2.2 Gang biÕn tÝnh. C¬ tÝnh cña gang x¸m cã thÓ n©ng cao lªn b»ng c¸ch ph©n bè ®Òu ®Æn graphit ë d¹ng c¸c phiÕn máng, muèn thÕ ta ph¶i gia c«ng gang theo mét c«ng nghÖ ®Æc biÖt gäi lµ lµm biÕn tÝnh gang, gang nhËn ®-îc gäi lµ gang biÕn tÝnh. 2.2.2.1 Thµnh phÇn vµ ký hiÖu. * Thµnh phÇn Gang biÕn tÝnh ®-îc chÕ t¹o tõ gang x¸m. Nªn thµnh phÇn ho¸ häc cña gang biÕn tÝnh gÇn gièng nh- gang x¸m nh-ng chØ kh¸c lµ tr-íc khi rãt gang láng vµo khu«n, ta cho thªm mét l-îng nhá chÊt biÕn tÝnh gåm Fer«siliccanxi hoÆc Fer«silic c¸c chÊt nµy t¹o nªn c¸c trung t©m graphit ho¸, do ®ã phiÕn graphit cµng nhá. * Ký hiÖu Tiªu chuÈn ViÖt Nam: Ký hiÖu gang biÕn tÝnh b»ng ba ch÷ GBT víi hai sè tiÕp theo chØ ®é bÒn kÐo tèi thiÓu vµ ®é bÒn uèn tèi thiÓu. §¬n vÞ tÝnh b»ng kG/mm 2 VÝ dô: GBT 30 - 40 lµ gang biÕn tÝnh viÕt theo (TCVN) cã giíi h¹n bÒn kÐo tèi thiÓu lµ 30KG/mm2 hay(k  30kG/mm 2), giíi h¹n bÒn uèn tèi thiÓu lµ 40KG/mm2 hay (u  40kG/mm 2) Tiªu chuÈn Liªn bang Nga: ΓOCT 1412-70 kÝ hiÖu b»ng ba ch÷ MCЧ víi hai sè kÌm theo: Con sè thø nhÊt chØ giíi h¹n bÒn kÐo tèi thiÓu (k), con sè thø hai chØ giíi h¹n bÒn uèn tèi thiÓu (u). C¶ hai con sè ®ã ®Òu cã ®¬n vÞ lµ kG/mm 2 hay MPa VÝ dô: MCЧ 38 - 48 lµ gang biÕn tÝnh viÕt theo tiªu chuÈn Nga cã giíi h¹n bÒn kÐo tèi thiÓu lµ 38KG/mm2 hay (k  38kG/mm 2), giíi h¹n bÒn uèn tèi thiÓu lµ 48KG/mm2 hay (u  48kG/mm 2) 2.2.2.2. TÝnh chÊt. So víi gang x¸m gang biÕn tÝnh cã nh÷ng tÝnh chÊt h¬n h¼n v× trong thµnh phÇn cña gang cã thªm chÊt biÕn tÝnh: §é bÒn vµ ®é dÎo cao h¬n. KÕt cÊu vËt ®óc ®ång ®Òu vµ nhá h¹t h¬n gang x¸m, tÝnh chèng mµi mßn vµ tÝnh chèng ¨n mßn tèt h¬n, cã thÓ nhiÖt luyÖn ®Ó n©ng cao c¬ tÝnh, gi¸ thµnh rÎ. 2.2.2.3. C«ng dông. C«ng dông cña gang biÕn tÝnh gÇn gièng nh- gang x¸m, chÕ t¹o b¸nh r¨ng chÞu t¶i träng nhá, èng lãt xilanh, m©m cÆp m¸y tiÖn, th©n m¸y, n¾p m¸y 17 2.2.3. Gang tr¾ng 2.2.3.1. Ký hiÖu vµ thµnh phÇn. Gang tr¾ng kh«ng cã ký hiÖu. Gang tr¾ng lµ lo¹i gang cã mµu tr¾ng do cacbon n»m ë d¹ng xªmentit, hÇu hÕt ta chØ dïng gang tr¾ng chøa kho¶ng 3  3,5%C v× nhiÒu cacbon gang sÏ cµng gißn. §Ó tÊt c¶ cacbon ë d¹ng xªmentit gang ph¶i chøa Ýt silic vµ c¸c nguyªn tè lµm t¨ng graphit ho¸. 2.2.3.2. TÝnh chÊt. Gang tr¾ng lµ lo¹i gang mµ hÇu hÕt cacbon ë d¹ng liªn kÕt Fe3C, tæ chøc xªmentÝt c...ng kim lo¹i. Víi tû lÖ cacbon trong thÐp (kho¶ng tõ 0,7 ÷ 1,3%) §Ó chÕ t¹o dông cô c¾t gät kim lo¹i cÇn cã: §é cøng cao h¬n h¼n ph«i (HR  62) vµ chèng mµi mßn cao. TÝnh cøng nãng cao: Khi gia c«ng c¾t gät kim lo¹i, do mét phÇn n¨ng l-îng c¾t gät chuyÓn thµnh nhiÖt n¨ng, mòi dao ph¶i chÞu nhiÖt ®é cao, do ®ã nã ph¶i cã ®é cøng cao ngay ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é cao. Ngoµi ra cßn ph¶i tháa m·n ®é bÒn (uèn khi tiÖn, xo¾n khi khoan), ®é dai ®¶m b¶o ®Ó tr¸nh mÎ gÉy l-ìi c¾t. §Ó chÕ t¹o dông cô ®o: dông cô ®o còng gÇn gièng nh- dông cô c¾t nh-ng cã nhÑ h¬n. Chç kh¸c nhau lµ dông cô ®o kh«ng ph¶i chÞu lùc lín nh- dông cô c¾t. §é cøng vµ tÝnh chèng mµi mßn cao HRC = 63 ÷ 65, æn ®Þnh kÝch th-íc, tøc kÝch th-íc kh«ng hay Ýt thay ®æi suèt thêi gian lµm viÖc. VËt liÖu lµm dông cô ®o ph¶i Ýt biÕn d¹ng khi nhiÖt luyÖn vµ gi÷ nguyªn ®-îc kÝch th-íc ban ®Çu. §é nh½n bãng bÒ mÆt cao (tíi cÊp 14) khi mµi. C¸c thÐp lµm khu«n rÌn, dËp ph¶i cã ®é cøng cao, tÝnh chÞu mµi mßn, ®é bÒn vµ ®é dai ®¶m b¶o. C¸c khu«n dËp nguéi (®Ó dËp s©u c¸c vËt liÖu b»ng t«n máng) ph¶i cã ®é cøng cao. C¸c chµy dËp trong qu¸ tr×nh dËp cã va ®Ëp do ®ã ph¶i lµm b»ng thÐp Ýt cacbon (kho¶ng 0,5 ÷ 0,7%) ngoµi ra c¸c khu«n ®óc kim lo¹i b»ng ¸p lùc ®ßi hái vËt liÖu ph¶i cã ®é biÕn d¹ng nhá khi nhiÖt luyÖn. * C«ng dông: Lµ lo¹i thÐp s¶n xuÊt riªng ®Ó chÕ t¹o dông cô ThÐp ®Ó chÕ t¹o dông cô c¾t gät kim lo¹i nh-: dòa, c-a, mòi khoan, ta r«, bµn ren... (Víi tèc ®é c¾t gät thÊp, cßn c¸c lo¹i dao c¾t gät víi tèc ®é c¾t gät cao ®-îc chÕ t¹o b»ng thÐp hîp kim dông cô hoÆc thÐp giã). 32 ThÐp ®Ó chÕ t¹o dông cô ®o: C¸c lo¹i d-ìng ®o, th-íc gãc, th-íc l¸, panme, th-íc cÆp... ThÐp ®Ó chÕ t¹o c¸c lo¹i khu«n biÕn d¹ng nh-: Khu«n c¸n, khu«n dËp, khu«n kÐo...dïng ®Ó chÕ t¹o c¸c khu«n nhá, h×nh d¹ng ®¬n gi¶n, chÞu t¶i träng nhá cßn chÕ t¹o c¸c lo¹i khu«n trung b×nh, khu«n lín vµ khu«n chÞu nhiÖt nh- khu«n rÌn ®-îc chÕ t¹o b»ng thÐp hîp kim. 3.2.3 Ký hiÖu c¸c lo¹i thÐp cacbon cña mét sè n-íc 3.2.3.1. Tiªu chuÈn Mü. Th-êng dïng c¸c thÐp th«ng dông theo ASTM víi nhiÒu tiªu chuÈn kh¸c nhau (283, 284, 328, 529, 570 ...) víi c¸c ®Æc ®iÓm chung lµ chóng ®Òu lµ lo¹i ®-îc quy ®Þnh c¶ c¬ tÝnh vµ thµnh phÇn ho¸ häc tuy kh«ng thËt chÆt chÏ. Chóng ®-îc ký hiÖu theo cÊp (Grade) ®é bÒn. VÝ dô: ASTM 570 cã c¸c Grade 30, 33, 36, 40, 50 vµ 55 trong ®ã sè chØ 0,2 theo ksi, nh- Grade 30 cã 0,230 ksi hay 205MPa (t-¬ng ®-¬ng CT34). C¸c tiªu chuÈn kh¸c ®¸nh sè theo Grade A, B, C ...theo trËt tù ®é bÒn t¨ng dÇn. 3.2.3.2. Tiªu chuÈn NhËt (JIS). Cã c¸c m¸c chØ ®-îc b¶o ®¶m c¬ tÝnh nh- ph©n nhãm A cña (TCVN), bao gåm c¸c m¸c SS 330, 400, 490 vµ 540, trong ®ã sè chØ b tèi thiÓu theo MPa , JIS 3101 quy ®Þnh c¸c thÐp th«ng dông chuyªn ®Ó hµn ®-îc ®¶m b¶o c¶ c¬ tÝnh lÉn thµnh phÇn ho¸ häc, cã c¸c m¸c SM 400, 490, 520, 570 (cã thÓ cã c¸c ®u«i: A, B, C,YA,YB) trong ®ã sè chØ b tèi thiÓu theo MPa. 3.2.3.3 Tiªu chuÈn Eu. Ký hiÖu thÐp th«ng dông b»ng Fe víi sè tiÕp theo chØ b tèi thiÓu theo MPa, VÝ dô: Fe 306B, Fe430C, Fe510D1... B¶ng 3-3: §èi chiÕu ký hiÖu c¸c lo¹i thÐp cacbon gi÷a c¸c n-íc TCVN (ViÖt Nam) ΓOCT (liªn x«) GB (Trun g Quèc) UNS (Mü) AISI/ SAE (Mü) JIS (NhËt) AFNOR (Ph¸p) DIN (§øc) BS Anh CT34 CT2 A2 - 36 SS330 Fe360 Fe360 Fe360 C45 45 45 G10450 1045 S45C XC45 C45 060A45 CD100 Y10 T10 T72301 W1- 09C SK4 Y1-90 C105W1 - 33 3.3. ThÐp hîp kim 3.3.1. Kh¸i niÖm vÒ thÐp hîp kim ThÐp hîp kim lµ lo¹i thÐp cã chøa trong nã mét l-îng thµnh phÇn c¸c nguyªn tè hîp kim thÝch hîp. Nh÷ng nguyªn tè hîp kim ®-a vµo tuú theo hµm l-îng, theo lo¹i nguyªn tè sÏ t¹o ra tÝnh chÊt míi. C¸c nguyªn tè ®ã lµ: Mn, Si, Cr, Ni, Ti, W, Cu, Co, Mo... Hµm l-îng cña chóng ph¶i ®ñ ®Õn møc cã thÓ lµm thay ®æi c¬ tÝnh th× míi coi lµ chÊt cho thªm, nÕu d-íi møc ®ã chØ lµ t¹p chÊt. C¸c nguyªn tè ®-îc cho vµo thÐp víi tû lÖ nh- sau: Mn  0,8  1% Si  0,5  0,8% Cr  0,5  0,8% Ni  0,5  0,8% W  0,1 0,5% Mo  0,05  0,2% Ti  0,1% Cu  0,3% 3.3.2 C¸c ®Æc tÝnh cña thÐp hîp kim ë ®©y nãi kü h¬n c¸c ®Æc tÝnh tréi h¬n h¼n cña thÐp hîp kim so víi thÐp c¸cbon (thÐp cacbon t-¬ng ®-¬ng ®-îc mang ra ®èi chøng ph¶i lµ lo¹i cã cïng thµnh phÇn cacbon víi thÐp hîp kim ®· cho). C¬ tÝnh: Do mét sè yÕu tè mµ chñ yÕu lµ do tÝnh thÊm t«i cao h¬n nªn thÐp hîp kim cã ®é bÒn cao h¬n h¼n so víi thÐp cacbon, ®iÒu nµy thÓ hiÖn ®Æc biÖt râ rµng ë thÐp sau khi t«i + ram. Khi hÕt søc tËn dông -u ®iÓm nµy cÇn chó ý ®Õn c¸c hÖ qu¶ sau ®©y: - ë tr¹ng th¸i kh«ng t«i + ram (vÝ dô ë tr¹ng th¸i ñ), ®é bÒn cña thÐp hîp kim kh«ng cao h¬n thÐp cacbon bao nhiªu. Cho nªn ®· dïng thÐp hîp kim th× ph¶i qua nhiÖt luyÖn t«i + ram. NÕu dïng thÐp hîp kim ë tr¹ng th¸i cung cÊp (sau c¸n nãng, gÇn nh- th-êng ho¸) hay ñ lµ sù l·ng phÝ lín vÒ ®é bÒn. - ¦u viÖt vÒ ®é bÒn cao cña thÐp hîp kim cµng râ khi tiÕt diÖn cña thÐp cµng lín vµ l-îng hîp kim ®ñ ®Ó b¶o ®¶m t«i thÊu. Khi tiÕt diÖn nhá (< 20nm) -u viÖt nµy cña thÐp hîp kim kh«ng thÓ hiÖn ®-îc (v× víi tiÕt diÖn nhá nh- vËy thÐp cacbon còng ®-îc t«i thÊu). - Do tÝnh thÊm t«i tèt, dïng m«i tr-êng t«i chËm (dÇu) nªn khi t«i Ýt biÕn d¹ng vµ nøt h¬n so víi thÐp cacbon lu«n ph¶i t«i n-íc. Do vËy chi tiÕt cã h×nh d¹ng phøc t¹p ph¶i qua t«i (do ®ßi hái vÒ ®é bÒn) ®Òu ph¶i lµm b»ng thÐp hîp kim. 34 - Khi t¨ng møc ®é hîp kim ho¸ lµm t¨ng ®-îc ®é thÊm t«i lµm t¨ng ®é cøng, ®é bÒn song th-êng lµm gi¶m ®é dÎo, ®é dai nªn l-îng hîp kim cÇn thiÕt chØ cÇn võa ®ñ b¶o ®¶m t«i thÊu tiÕt diÖn ®· cho lµ ®ñ, kh«ng nªn dïng thõa (dïng thÐp hîp kim qu¸ cao võa ®¾t võa khã gia c«ng l¹i dÔ bÞ ph¸ huû gißn h¬n). Do vËy cã nguyªn t¾c lµ chän m¸c thÐp hîp kim cao hay thÊp lµ phô thuéc kÝch th-íc (tiÕt diÖn). - Tuy ®¹t ®é bÒn cao h¬n nh-ng th-êng cã ®é dÎo, ®é dai thÊp h¬n. Do vËy ph¶i chó ý ®Õn mèi quan hÖ ng-îc nµy ®Ó cã xö lý thÝch hîp (b»ng ram). MÆc dï cã -u ®iÓm vÒ ®é bÒn, nãi chung thÐp hîp kim cã tÝnh c«ng nghÖ kÐm h¬n thÐp cacbon (trõ tÝnh thÊm t«i). TÝnh chÞu nhiÖt ®é cao: C¸c nguyªn tè hîp kim c¶n trë sù khuÕch t¸n cña cacbon do ®ã lµm mactenxit khã ph©n ho¸ vµ cacbit khã kÕt tñ¬ nhiÖt ®é cao h¬n 200 0C, do vËy t¹i c¸c nhiÖt ®é nµy thÐp hîp kim bÒn h¬n. Mét sè thÐp hîp kim víi líp v¶y oxy t¹o thµnh ë nhiÖt ®é cao kh¸ xÝt chÆt, cã tÝnh b¶o vÖ tèt. TÝnh chÊt vËt lý, ho¸ häc ®Æc biÖt B»ng c¸ch ®-a vµo thÐp c¸c nguyªn tè kh¸c nhau víi l-îng lín quy ®Þnh cã thÓ t¹o ra cho thÐp c¸c tÝnh chÊt ®Æc biÖt: - Kh«ng gØ, chèng ¨n mßn trong axit, baz¬, muèi. - Tõ tÝnh ®Æc biÖt hoÆc kh«ng cã tõ tÝnh; - Gi·n në nhiÖt ®Æc biÖt... Qua ®ã thÊy r»ng thÐp hîp kim lµ vËt liÖu cÇn thiÕt, kh«ng thÓ thiÕu cho nh÷ng ngµnh kü thuËt quan träng ®ßi hái c¸c tÝnh chÊt cao hoÆc kh¸c víi th«ng th-êng. 3.3.3 T¸c dông cña nguyªn tè hîp kim ®Õn tÝnh chÊt cña thÐp Mét c¸ch ®¬n gi¶n cã thÓ xem mét thÐp hîp kim ®¬n gi¶n (chØ cã mét nguyªn tè hîp kim) lµ ®-a thªm nguyªn tè hîp kim vµo hîp kim Fe - C. VËy h·y xem nguyªn tè hîp kim ¶nh h-ëng nh- thÕ nµo e®Õn hîp kim Fe - C mµ ta ®· nghiªn cøu, cô thÓ lµ ®Õn c¸c tæ chøc chÝnh: c¸c dung dÞch r¾n ferit, austerit, hîp chÊt xªmentit, (pha cacbit), tæ chøc peclit (hç hîp ferit - cacbit)... C¸c nguyªn tè khi ®-a vµo thÐp còng kh«ng ngoµi hai t¸c dông: hoµ tan vµo s¾t thµnh dung dÞch r¾n vµ kÕt hîp víi cacbon thµnh cacbit. Còng khÝ ph©n lo¹i r¹ch rßi sang cã thÓ t¹m chia thµnh hai d¹ng nguyªn tè hîp kim ®Ó tiÖn kh¶o s¸t: d¹ng chñ yÕu hoµ tan vµo s¾t vµ d¹ng cã ¸i lùc m¹nh víi cacbon t¹o nªn cacbit. H·y xÐt tõng kh¶ n¨ng: Hoµ tan vµo s¾t thµnh dung dÞch r¾n: 35 §ã lµ tr-êng hîp cña phÇn lín nguyªn tè mµ ®iÓn h×nh vµ th-êng gÆp lµ Mn, Si, Cr, Ni. Víi l-îng Ýt nguyªn tè hîp kim (kho¶ng vµi %) chóng kh«ng lµm thay ®æi ®¸ng kÓ cÊu h×nh cña gi¶n ®å pha Fe - C, chóng hoµ tan vµo s¾t tøc ferit ë nhiÖt ®é thÊp vµ austenit ë nhiÖt ®é cao. Khi hoµ tan (tÊt nhiªn lµ ë d¹ng thay thÕ) vµo ferit, c¸c nguyªn tè hîp kim lµm x« lÖch m¹ng do ®ã lµm t¨ng ®é cøng, ®é bÒn vµ th-êng lµm gi¶m ®é dÎo, ®é dai. ¶nh h-ëng cña bèn nguyªn tè trªn ®Õn hai chØ tiªu ®iÓn h×nh lµ ®é cøng vµ ®é dai ®-îc tr×nh bµy ë trªn h×nh 3.1. Qua ®ã thÊy râ cã hai nhãm kh¸c nhau: Mn vµ Si, Cr vµ Ni. Hai nguyªn tè Mn vµ Si lµm t¨ng rÊt m¹nh ®é cøng (®é bÒn) song còng lµm gi¶m m¹nh ®é dai (®é dÎo), ®Æc biÖt khi thÐp chøa 2%Si hoÆc 3,5%Mn ferit ®· cã ®é dai rÊt thÊp (< 500kJ/m2) lµm thÐp gißn kh«ng cho phÐp sö dông. Do vËy mÆc dï cã lîi thÕ lµ rÎ h¬n, kh¶ n¨ng ho¸ bÒn cao Mn vµ Si chØ ®-îc dïng víi hµm l-îng h¹n chÕ 1  2%. Nh- thÕ kh«ng thÓ dïng thÐp Mn, Si víi ®é thÊm t«i cao v× bÞ h¹n chÕ bëi l-îng ®-a vµo. Cßn Ni vµ Cr (cho tíi hµm l-îng 4%) trong khi lµm t¨ng ®é cøng ch¼ng nh÷ng khong lµm gi¶m cßn lµm t¨ng chót Ýt ®é dai. Do vËy hîp kim ho¸ thÐp b»ng Cr, Ni hay ®ång thêi b»ng c¶ hai lµ rÊt tèt v× ngoµi lµm t¨ng ®é thÊm t«i, b¶n th©n chóng n©ng cao ®é cøng, ®é bÒn mµ vÉn duy tr× tèt ®é dÎo, ®é dai cña ferit. V× thÕ thÐp cã ®é thÊm t«i cao thuéc nhãm ®-îc hîp kim ho¸ b»ng Cr - Ni. MÆc dï gi¸ thµnh cã cao h¬n (do Cr vµ ®Æc biÖt Ni ngµy cµng ®¾t, hiÕm) lo¹i thÐp nµy vÉn ®-îc -u chuéng trong chÕ t¹o c¸c chi tiÕt ®ßi hái ®é tin cËy cao. Víi l-îng nhiÒu (> 10%) Cr, Ni, Mn chóng lµm thay ®æi h¼n cÊu h×nh cña gi¶n ®å pha Fe - C, ®Æc biÖt râ lµ lµm thay ®æi c¸c khu vùc cña ferit vµ austenit. Trªn h×nh 3.2 tr×nh bµy ¶nh h-ëng cña hµm l-îng Mn vµ Cr ®Õn khu vùc  (austenit) cña gi¶n ®å pha Fe - C. ThÊy rÊt râ Mn (vµ c¶ Ni n÷a më réng (nhiÖt ®ä tån t¹i cña) khu vùc  (t-¬ng øng thu hÑp khu vùc ). Víi hµm l-îng lín trong kho¶ng 10 20% tæ chøc austenit tån t¹i c¶ ë nhiÖt ®é th-êng (kh«ng biÓu thÞ ë h×nh 3.2a), tø lµ khi nung nãng hay lµm nguéi kh«ng cã chuyÓn biÕn pha nh- th-êng gÆp, thÐp ®-îc gäi lµ thÐp austenit. Cßn Cr ng-îc l¹ibÞ thu hÑp khu vùc  (t-¬ng øng më réng khu vùc  nh- ë h×nh 3.2b). Víi hµm l-îng Cr ®ñ lín (kho¶ng gÇn 20%) khu vùc  kh«ng cßn tån t¹i, tæ chøc ferit tån t¹i c¶ ë nhiÖt ®é cao cho tíi khi ch¶y láng. ThÐp nµy còng kh«ng cã chuyÓn biÕn pha vµ ®-îc gäi lµ thÐp ferit. Nh÷ng tr-êng hîp nh- vËy chØ gÆp ë thÐp ®Æc biÖt. Râ rµng lµ c¸c thÐp nµy kh«ng thÓ ¸p dông ho¸ bÒn b»ng t«i. 36 H×nh3.1: ¶nh h-ëng cña ®é hoµ tan cña c¸c nguyªn tè hîp kim chñ yÕu trong dung dÞch r¾n ferit ®Õn ®é cøng (a) vµ ®é dai va ®Ëp (b). T¹o thµnh cacbit: Trõ c¸c nguyªn tè Si, Ni, Al, Cu, Co kh«ng t¹o thµnh ®-îc cacbit trong thÐp (chØ cã thÓ hoµ tan vµo s¾t), c¸c nguyªn tè hîp kim cßn l¹i gåm Mn, Cr, Mo, W, Ti, Zn, Nb ngoµi kh¶ n¨ng hoµ tan vµo s¾t cßn cã thÓ kÕt hîp víi cacbon thµnh cacbit. Ng-êi ta nhËn thÊy r»ng sè ®iÖn tö cña ph©n líp nd (3d, 4d, 5d) trong nguyªn tö cña nguyªn tè nµo cµng bÞ thiÕu th× nguyªn tè ®ã cµng cã ¸ i lùc m¹nh víi cacbon vµ tÊt nhªin lµ trong thÐp (chñ yÕu lµ s¾t) chØ nguyªntã nµo cã sè ®iÖn tö cña ph©n líp nd Ýt h¬n cña Fe (lµ 6) th× míi cã kh¶ n¨ng t¹o thµnh ®-îc cacbit. Phï hîp víi sè thiÕu hôt cña ®iÖn tö, c¸c nguyªn tè t¹o thµnh cacbit trong thÐp theo thø tù tõ yÕu ®Õn m¹nh nh- sau: H×nh 3.2: ¶nh h-ëng cña Mn (a) vµ Cr (b) ®Õn c¸c vïng  vµ  trªn gi¶n ®å Fe - C Fe(6), Mn (5), Cr (5), Mo (5), W (5), V (3), Ti (2), Zr (2), Nb (2) [ sè trong ngoÆc lµ sè ®iÖn tö trong ph©n líp nd], trong ®ã 37 - Mn vµ Cr lµ c¸c nguyªn tè t¹o thµnh cacbit trung b×nh - Mo, W lµ c¸c nguyªn tè t¹o thµnh cacbit kh¸ m¹nh. - V lµ nguyªn tè t¹o thµnh cacbit m¹nh vµ - Tiu, Zr, Nb lµ c¸c nguyªn tè t¹o thµnh cacbit rÊt m¹nh. Khi ®-a vµo thÐp c¸c nguyªn tè nµy, cacbon sÏ -u tiªn kÕt hîp víi c¸c nguyªn tè m¹nh tr-íc. Tuú theo nguyªn tè hîp kim (Me) ®-a vµo vµ hµm l-îng cña nã, trong thÐp hîp kim cã c¸c pha cacbit sau: - Xªmentit hîp kim (Fe, Me)3C. Khi thÐp chøa mét l-îng Ýt ( 1  2%) c¸c nguyªn tè t¹o cacbit trung b×nh vµ kh¸ m¹nh lµ Mn, Cr, Mo, W chóng hoµ tan thay thÕ vÞ trÝ c¸c nguyªn tö Fe trong xªmentit t¹o nªn xªmentit hîp kim (Fe, Me)3C. Xªmentit hîp kim cã tÝnh æn ®Þnh cao (khã ph©n huû, kÕt tô khi nung) h¬n xªmentit chót Ýt. NhiÖt ®é t«i cã t¨ng ®«i chót. - Cacbit víi kiÓu m¹ng phøc t¹p. Khi hîp kim ho¸ ®¬n gi¶n (chØ b»ng mét nguyªn tè hîp kim) song víi l-îng lín (>10%) Cr hoÆc Mn (cã d C/dMe > 0,59) chóng t¹o nªn víi C lo¹i cacbit víi kiÓu m¹ng phøc t¹p nh-: Cr3C3; C23C6; Mn3C. C¸c ®Æc tÝnh cña cacbit nµy lµ: + Cã ®é cøng cao (h¬n xªmentit mét chót). + Cã nhiÖt ®é ch¶y kh«ng cao l¾m, trong kho¶ng 1550  1850oC ( cao h¬n xementit), nªn cã tÝnh æn ®Þnh cao h¬n. NhiÖt ®é t«i cña thÐp ph¶i cao h¬n 10000C. - C¸c bÝt kiÓu Me6C. Trong c¸c thÐp chøa Cr víi W hoÆc Mo sÏ t¹o nªn c¸cbÝt Me6C víi kiÓu m¹ng phøc t¹p, trong ®ã Me lµ c¸c nguyªn tè Cr, W, Mo vµ c¶ Fe. Lo¹i c¸cbÝt nµy cßn khã hßa tan vµo Austennit h¬n vµ æn ®Þnh h¬n lo¹i trªn. NhiÖt ®é t«i cña thÐp trong kho¶ng 1200  1300oC - C¸cbÝt víi kiÓu m¹ng ®¬n gi¶n MeC ( Me2C ). C¸c nguyªn tè t¹o thµnh c¸cbÝt m¹nh vµ rÊt m¹nh lµ V, Ti, Zr, Nb, khi ®-a vµo thÐp víi l-îng Ýt - - ( 0,1%) còng cã kh¶ n¨ng liªn kÕt víi c¸c bon thµnh c¸cbÝt nh- VC, TiC, ZrC, NbC, chóng chÝnh lµ pha xen kÏ víi kiÓu m¹ng ®¬n gi¶n (v×d c/dMe < 0,59 ). C¸c ®Æc tÝnh cña lo¹i c¸cbÝt nµy lµ: + Cã ®é cøng cao nh-ng Ýt gißn h¬n XªmentÝt + Cã nhiÖt ®é ch¶y rÊt cao ( Trªn d-íi 30000C ) nªn rÊt khã ph©n hñy vµ hßa tan vµo Austenit khi nung. C¸c nguyªn tè nµy kh«ng cã t¸c dông t¨ng ®é thÊm 38 t«i, C¸c bÝt cña chóng th-êng ®ãng vai trß gi÷ cho h¹t nhá vµ n©ng cao tÝnh chèng mµi mßn. Nh- vËy C¸cbÝt hîp kim cøng h¬n, æn ®Þnh h¬n, kã hßa tan vµo Austenit h¬n so víi XªmentÝt lµm thÐp hîp kim cøng, bÒn nãng h¬n vµ cã nhiÖt ®é t«i cao h¬n thÐp c¸c bon. Do c¸c nhãm thÐp sö dông c¸c lo¹i nguyªn tè hîp kim vµ l-îng chøa kh¸c nhau nªn nãi chung mçi nhãm thÐp th-êng chØ gÆp mét ®Õn hai lo¹i c¸cbÝt kÓ trªn, cô thÓ lµ: + XªmentÝt hîp kim trong thÐp kÕt cÊu + C¸cbÝt víi kiÓu m¹ng phøc t¹p trong thÐp kh«ng rØ vµ bÒn nãng ( thuéc nhãm thÐp ®Æc biÖt ). C¸cbÝt kiÓu Me6C trong thÐp giã ( Thuéc thÐp dông cô ) + C¸cbÝt víi kiÓu m¹ng ®¬n gi¶n MeC ®-îc t¹o thµnh víi l-îng Ýt trong c¸c nhãn thÐp kh¸c nhau. Vai trß cña C¸cbÝt hîp kim - Gièng nh- XªmentÝt, c¸cbÝt hîp kim còng cã t¸c dông lµm t¨ng ®é cøng, tÝnh chèng mµi mßn cña thÐp xong cã phÇn m¹nh h¬n. Nh- sau nµy sÏ thÊy thÐp lµm dông cô tèt nhÊt ph¶I lµ lo¹i thÐp cã c¸cbon cao vµ hîp kim cao. - Do khã hßa tan vµo Austenit khi nung nãng nªn mét mÆt n©ng cao nhiÖt ®é t«I, mÆt kh¸c l¹i gi÷ ®-îc h¹t nhá khi nung, ®iÒu nµy gióp n©ng cao ®é dai vµ c¬ tÝnh nãi chung. - Khi Ram, c¸cbÝt hîp kim tiÕt ra khái Mactenxit vµ kÕt tô l¹i ë nhiÖt ®é cao h¬n so víi XªmentÝt ë trong thÐp c¸cbon, do ®ã gi÷ ®-îc ®é cøng cao cña tr¹ng th¸i t«i ë nhiÖt ®é cao h¬n 2000C ®«i khi tíi 500  600oC, tøc cã tÝnh cøng hay bÒn nãng. 3.3.4 ¶nh h-ëng cña nguyªn tè hîp kim ®Õn qu¸ tr×nh nhiÖt luyÖn C¸c nguyªn tè hîp kim cã ¶nh h-ëng lín ®Õn qu¸ tr×nh nhiÖt luyÖn, ®Æc biÖt lµ t«i + ram, do vËy sÏ ¶nh h-ëng lín ®Õn c¬ tÝnh, ®©y lµ ®Æc tÝnh næi bËt cña thÐp hîp kim. H·y xÐt tíi tõng mÆt vµ tõng qu¸ tr×nh cña nhiÖt luyÖn. ChuyÓn biÕn khi nung nãng ®Ó t«i Trõ mét sè thÐp ®Æc biÖt, c¸c thÐp hîp kim th«ng th-êng cßn l¹i vÉn cã tæ chøc peclit, nªn khi nung nãng ®Ó t«i vÉn cã c¸c chuyÓn pha: Peclit  Austenit, 39 c¸cbit hßa tan vµo Austenit h¹t Austenit ph¸t triÓn ( nh- thÐp c¸cbon víi pha c¸cbit lµ Xementit ) xong cã c¸c ®iÓm ®Æc tr-ng sau: - Sù hßa tan c¸cbit hîp kim khã h¬n, ®ßi hái nhiÖt ®é t«i cao h¬n vµ thêi gian gi÷ nhiÖt dµi h¬n so víi Xementit trong thÐp c¸cbon. H·y so s¸nh c¸c thÐp cïng cã 1,00% C nh-ng víi l-îng hîp kim cao thÊp kh¸c nhau: + ThÐp c¸cbon 1,00%C ( M¸c CD 100 ), Fe3C nhiÖt ®é t«i kho¶ng 780 0C. + ThÐp hîp kim thÊp 1,00%C + 1,50%Cr ( ThÐp æ l¨n ), ( Fe, Cr)3C nhiÖt ®é t«I kho¶ng 8300C. + ThÐp hîp kim cao 1,00%C + 12,0%Cr ( thÐp khu«n dËp ), Cr23C6, nhiÖt ®é t«i lín h¬n 10000C - C¸cbÝt hîp kim do khã hßa tan vµo Austenit, n»m ë biªn giíi h¹t, nh- hµng rµo gi÷ cho h¹t nhá. T¸c dông nµy rÊt m¹nh víi Ti, Zr, Nb, m¹nh víi V, t-¬ng ®èi m¹nh víi W, Mo. Riªng thÐp cã Mn l¹i cã khuynh h-íng lµm to h¹t Austenit. C¸c nguyªn tè hîp kim cßn l¹i Cr, Ni, Si, Al, ®-îc coi lµ trung tÝnh. ChÝnh v× vËy thÐp hîp kim th-êng gi÷ ®-îc h¹t nhá h¬n thÐp c¸cbon khi c¶ hai cïng bÞ nung nãng ë cïng nhiÖt ®é ( vÝ dô: khi thÊm c¸cbon ) Sù ph©n hãa ®¼ng nhiÖt cña Austenit qu¸ nguéi vµ ®é thÊm t«i §©y lµ t¸c dông quan träng nhÊt vµ ®iÓm h×nh nhÊt, cÇn n¾m v÷ng vµ tËn dông triÖt ®Ó Sù ph©n hãa ®¼ng nhiÖt cña Austenit qu¸ nguéi Khi hßa tan vµo Austenit tÊt c¶ c¸c nguyªn tè hîp kim ( trõ Co ) víi c¸c møc ®é kh¸c nhau ®Òu lµm chËm tèc ®é ph©n hãa ®¼ng nhiÖt cña Austenit qu¸ nguéi tøc lµ l¯m ®êng cong ch÷ ”C”dÞch sang ph°i do ®ã lµm gi¶m tèc ®é t«i h¹n Vth ( H×nh 3.3a ). Trong ®ã ®¸ng ®Ó ý: C¸c nguyªn tè cã t¸c dông rÊt m¹nh lµ Mo ( khi riªng rÏ) vµ Cr-Ni ( khi kÕt hîp ), m¹nh lµ Cr, Mn, B. Víi cïng tæng l-îng hîp kim, khi hîp kim hãa phøc t¹p lµm gi¶m Vth m¹nh h¬n khi hîp kim hãa ®¬n gi¶n. CÇn chó ý lµ khi nguyªn tè hîp kim kh«ng hßa tan vµo Austenit mµ ë d¹ng c¸cbÝt kh«ng nh÷ng kh«ng lµm t¨ng mµ cßn lµm gi¶m tÝnh æn ®Þnh cña Austenit qu¸ nguéi, dÉn tíi t¨ng Vth. 40 §é thÊm t«i. Do lµm gi¶m Vth c¸c nguyªn tè hîp kim ( trõ Co) khi hßa tan vµo Austenit ®Òu lµm t¨ng tèc ®é thÊm t«i ( H×nh 3.3b). Nh- thÊy râ tõ h×nh vÏ, ®-êng cong ch÷ “C” trong thÐp hîp kim dÞch sang ph¶I nªn cã V th2 < Vth1 Cña thÐp c¸cbon, t-¬ng øng 2 lµ ®é thÊm t«i cña thÐp hîp kim, 1- ®é thÊm t«i cña thÐp c¸cbon ta lu«n cã 2> 1. Nhê hiÖu qu¶ nµy trong thÐp hîp kim cã thÓ x¶y ra c¸c tr-êng hîp sau mµ ta kh«ng thÓ gÆp trong thÐp c¸cbon: - Vth bÐ ®Õn møc nhá h¬n c¶ Vnguéi cña lâi, do ®ã sau khi t«i lâi còng cã tæ chøc mactenxit, ®©y lµ tr-êng hîp t«i thÊu - Vnguéi trong kh«ng khÝ còng cã thÓ lín h¬n V th do ®ã th-êng hãa còng ®¹t ®-îc tæ chøc mactenxit ®ã lµ hiÖn t-îng tù t«i ( trong khi ®ã th-êng hãa thÐp c¸cbon chØ ®¹t ®-îc soocbit lµ cïng ). H×nh 3.3: So s¸nh gi¶n ®å T-T-T, Vth(a) vµ ®é thÊm t«i (b) gi÷a thÐp Cacbon vµ thÐp hîp kim - Do ®é thÊm t«i t¨ng lªn sÏ cã hai hiÖu qu¶ chÝnh sau ®©y. 1, HiÖu qu¶ hãa bÒn cña t«i + ram t¨ng lªn râ rÖt ®Æc biÖt khi t«i thÊu sÏ ®¹t tíi c¬ tÝnh cao vµ ®ång nhÊt trªn toµn tiÕt diÖn, n©ng cao m¹nh søc chÞu t¶i chi tiÕt. V× thÕ 41 -§Ó ph¸t huy hÕt kh¶ n¨ng chÞu t¶I chi tiÕt b»ng thÐp hîp kim ph¶I sö dông nã ë tr¹ng th¸i t«i + ram, cã nh- vËy míi ®¹t hiÖu qu¶ kinh tÕ ( v× thÐp hîp kim ®¾t h¬n ) - Víi tiÕt diÖn cµng lín cµng ph¶i dïng thÐp hîp kim vµ dïng nã cµng hiÖu qu¶ do vËy ph¶i c¨n cø vµo tiÕt diÖn vµ c¬ tÝnh yªu cÇu mµ chän m¸c thÐp: tiÕt diÖn cµng lín ®é bÒn ®ßi hái cµng cao, l-îng hîp kim trong thÐp cµng ph¶i cao ®Ó cã t«i thÊu 2 Khi t«i cã thÓ dïng c¸c m«i tr-êng nguéi chËm mµ vÉn ®¹t ®-îc m¸ctenxÝt nh- t«i trong dÇu, trong muèi nãng ch¶y ( ph©n cÊp hay ®¼ng nhiÖt ) ®iÒu nµy dÉn tãi c¸c -u viÖt sau: - Chi tiÕt, dông cô cã h×nh d¹ng phøc t¹p khi t«i kh«ng sîp gÉy, nøt, trong khi ®ã nÕu lµm b»ng thÐp c¸cbon ph¶i t«i trong n-íc dÔ sinh vì. - Ýt biÕn d¹ng, trong nhiÒu tr-êng hîp cã ®é cong vªnh d-íi møc cho phÐp, ®Æng biÖt khi t«i ph©n cÊp hay ®¼ng nhÖt ChuyÓn biÕn Mactenxit Khi hßa tan vµo Austenit, c¸c nguyªn tè hîp kim ( trõ Co, Al, Si) ®Òu h¹ thÊp nhiÖt ®é chuyÓn biÕn Austenit thµnh mactenxit, do ®ã lµm t¨ng l-îng Austenit d- sau khi t«i Cø 1% nguyªn tè hîp kim lµm gi¶m ®iÓm Ms nh- sau: Mn-45 0C, Cr -350C, Ni- 260C, Mo-250C, cßn Co lµm t¨ng 120C, Al lµm t¨ng 180C, Si kh«ng ¶nh h-ëng g×. Do Austenit d- t¨ng m¹nh ë c¸c thÐp cã c¸cbon cao- hîp kim cao, ®é cøng sau khi khi t«i cã thÓ bÞ sôt 1 10 ®¬n vÞ HRC so víi møc cao nhÊt cã thÓ ®¹t ®-îc. Tuy ®©y lµ nh-îc ®iÓm xong hoµn toµn cã thÓ kh¾c phôc ®-îc b»ng gia c«ng l¹nh hay ram nhiÒu lÇn ë nhiÖt ®é thÝch hîp ®Ó Austenit d- ®Õn mactenxit ®é cøng l¹i ®¹t ®-îc møc cao nhÊt. 3.3.5. C¸c d¹ng háng cña thÐp hîp kim Tuy cã nhiÒu -u viÖt, thÐp hîp kim ®«i khi còng thÓ hiÖn mét sè khuyÕt tËt cÇn biÕt ®Ó phßng tr¸nh. 3.3.5.1 Thiªn tÝch 42 ThÐp hîp kim, ®Æc biÖt lµ lo¹i ®-îc hîp kim ho¸ cao víi nhiÒu thµnh phÇn ho¸ häc phøc t¹p, sau khi kÕt tinh sÏ cã tæ chøc kh«ng ®ång nhÊt, khi c¸n sÏ t¹o nªn tæ chøc thí lµm c¬ tÝnh chªnh lÖch m¹nh gi÷a c¸c ph-¬ng däc vµ ngang ( cã khi chªnh lÖch tíi 50  70% hay h¬n n÷a ). Kh¾c phôc b»ng ñ khuÕch t¸n rßi ®em c¸n nãng, song nhiÒu khi ë c¸c b¸n thµnh phÈm cã tiÕt diÖn lín vÉn cßn th© ý d¹ng khuyÕt tËt nµy. Râ rµng tiÕt diÖn cña s¶n phÈm c¸n cµng nhá d¹ng khuyÕt tËt nµy cµng Ýt thÓ hiÖn. Tuy c¸c nhµ m¸y luyÖn kim pj¶i chÞu tr¸ch nhiÖm vÒ lo¹i khuyÕt tËt nµy song nÕu bÞ lät l-íi, c¸c nhµ m¸y c¬ khÝ ph¶i tiÕn hµnh biÕn d¹ng nãng l¹i víi møc ®é lín. 3.3.5.2 §èm tr¾ng Trªn mÆt cña mét sè thÐp hîp kim cã c¸c vÕt nøt nhá ë d¹ng ®èm tr¾ng. Nguyªn nh©n lµ Hi®r« hoµ tan vµo thÐp láng råi n»m l¹i trong thÐp r¾n. ë tr¹ng th¸i r¾n do gi¶m ®ét ngét ®é hoµ tan ë d-íi 2000c, Hi®r« tho¸t ra m¹nh, g©y ra nøt. §èm tr¾ng lµ phÕ phÈm kh«ng ch÷a ®-îc, nã chØ thÓ hiÖn trong thÐp cã ®é thÊm t«i cao nh- Cr – Ni, Cr – Ni – Mo, Cr – Ni – W khi c¸n nãng( khi ®óc kh«ng xuÊt hiÖn ®èm tr¾ng do c¸c rç co ph©n t¸n lµ tói chøa Hi®r« ). ë nhµ m¸y luyÖn kim ng-êi ta ng¨n ngõa khuyÕt tËt nµy b»ng c¸ch gi¶m h¬i n-íc trong khÝ quyÓn, xÊy kh« mÎ luyÖn( c¶ mÎ liÖu – s¾t thÐp vôn lÉn trî dung – v«i) vµ lµm nguéi thËt chËm sau khi c¸n ®Ó Hi®r« kÞp tho¸t ra. Hai d¹ng khuyÕt tËt trªn ph¶i ®-îc khö bá ngay ë nhµ m¸y luyÖn kim, rÊt Ýt gÆp ë nhµ m¸y c¬ khÝ, n¬i chØ gia c«ng tiÕp tôc c¸c b¸n thµnh phÈm c¸n thµnh s¶n phÈm c¬ khÝ víi h×nh d¹ng kÝch th-íc, c¬ tÝnh theo quy ®Þnh. 3.3.5.3 Gißn ram §èi víi thÐp c¸c bon, khi t¨ng nhiÖt ®é ram ®é dai t¨ng liªn tôc cho ®Õn 6500c(v-ît qu¸ sÏ t¹o ra peclit – hçn hîp ferit – xªmentit th«, ®é dai gi¶m ®i), cßn ®èi víi thÐp hîp kim cã 2 cùc tiÓu vÒ ®é dai ë hai kho¶ng nhiÖt ®é ram(H×nh 5.5) Mµ ta gäi lµ gißn ram, øng víi hai cùc tiÓu ®ã lµ 2 lo¹i gißn ram. Nguyªn nh©n cña chóng ch-a x¸c ®Þnh ®-îc râ rµng. Gißn ram lo¹i I ( kh«ng thuËn nghÞch kh«ng ch÷a ®-îc) lo¹i gißn ram nµy thÓ hiÖn rÊt râ ë trong thÐp hîp kim khi ram ë kho¶ng 280  3500c( mçi m¸c cã 1 kho¶ng hÑp h¬n trong ph¹m vi nµy), khi ®ã thÊy ®é dai rÊt thÊp, ®èi víi mét sè lo¹i thÐp nã cßn thÊp h¬n c¶ ë tr¹ng th¸i míi t«i. C¸c thÐp c¸c bon còng bÞ gißn ram lo¹i nµy vµ xÈy ra ë nhiÖt ®é thÊp h¬n. Nguyªn nh©n cã thÓ lµ do trong kho¶ng 43 nhiÖt ®é nµy cacbit  ®-îc tiÕt ra khái mactenxit cã d¹ng tÊm hay d-  M, lµm thÐp trë lªn gißn. §©y lµ lo¹i gißn kh«ng thÓ tr¸nh ®-îc tèt h¬n c¶ lµ tr¸nh ram ë kho¶ng nhiÖt ®é g©y ra gißn ram cho mçi m¸c( kho¶ng hÑp h¬n chØ 10  200c so víi 700c kÓ trªn). H×nh 3.4: ¶nh h-ëng cña nhiÖt ®é ®Õn ®é dai va ®Ëp cña thÐp hîp kim ( cã ®èi chøng víi thÐp Cacbon ) Gißn ram lo¹i II ( ThuËn nghÞch hay cã thÓ ch÷a ®-îc) lo¹i nµy chØ xÈy ra trong thÐp ®-îc hîp kim ho¸ b»ng Cr,Mn,Cr – Ni, Cr – Mn khi ram ë kho¶ng 500  6000c víi c¸ch lµm nguéi th«ng th-êng sau ®ã ( trong kh«ng khÝ ). Còng ram t¹i nhiÖt ®é ®ã xong l¹i lµm nguéi nhanh sau ®ã ( trong dÇu hay n-íc ch¼ng h¹n) th× còng kh«ng cã cùc tiÓu thø hai nµy( ®-êng chÊm trªn h×nh vÏ). Nguyªn nh©n cã thÓ lµ nguéi chËm sau khi ram cao thóc ®Èy tiÕt ra c¸c pha gißn ë biªn giíi h¹t. Gißn ram lo¹i II lµ thuËn nghÞc tøc lµ cã thÓ bÞ l¹i nÕu ®em ram lÇn n÷a còng víi chÕ ®é nhiÖt nh- trªn (500 6000c, nguéi chËm). §©y lµ lo¹i gißn ram cã thÓ tr¸nh ®-îc biÖn ph¸p phßng chèng nh- sau: - Víi c¸c chi tiÕt nhá vµ trung b×nh: :Lµm nguéi nhanh trong dÇu, trong n-íc sau khi ram cao - Víi c¸c chi tiÕt lín lµm nguéi nh- vËy vÉn kh«ng ®ñ nhanh ®Ó lµm mÊt gißn ram lóc nµy ph¶i dïng thÐp cã hîp kim ho¸ thªm b»ng (0.20  0.50)% Mo hay (0.50  1.00)% W. 44 Ch-¬ng 4: Kim lo¹I mµu vµ hîp kim mµu 4.1. nh«m vµ hîp kim nh«m So víi s¾t vµ hîp kim cña nã (gang, thÐp) nh«m vµ hîp kim cña nh«m cã nh÷ng -u ®iÓm sau: - NhÑ gÊp ba lÇn s¾t - T-¬ng ®èi bÒn - TÝnh chèng ¨n mßn cao h¬n - Tr÷ l-îng lín (gÇn gÊp ®«i s¾t) Do ®ã nh«m vµ hîp kim cña nã ngµy cµng ®-îc dïng réng r·i trong ®êi sèng hµng ngµy còng nh- trong chÕ t¹o m¸y. Víi nÒn khoa häc kü thuËt ngµy cµng tiÕn bé, b»ng c¸ch hîp kim ho¸ vµ nhiÖt luyÖn thÝch hîp ng-êi ta ®· t×m ra nh÷ng hîp kim nh«m míi ngµy cµng ®¸p øng c¸c yªu cÇu cña chÕ t¹o m¸y. 4.1.1 Nh«m 4.1.1.1 Kh¸i niÖm TÝnh chÊt. Nh«m cã mµu tr¾ng b¹c, nh«m thuéc kim lo¹i mµu nhÑ khèi l-îng riªng nhá 2,7g/cm3 kho¶ng b»ng 1/3 cña thÐp. ChÝnh nhê -u ®iÓm nµy mµ ng-êi ta -u tiªn sö dông nã khi ph¶i gi¶m nhÑ tèi ®a khèi l-îng cña hÖ thèng hay kÕt cÊu (nh- trong hµng kh«ng, vËn t¶i ®Ó tiÕt kiÖm n¨ng l-îng ph¶i t×m c¸ch gi¶m t¶i träng kh«ng t¶i, t¨ng t¶i träng cã Ých). NhiÖt ®é nãng ch¶y 658 0C. §é dÉn ®iÖn vµ dÉn nhiÖt cao tuy chØ b»ng 62% cña ®ång nh-ng do khèi l-îng riªng ch-a b»ng 1/3 ®ång nªn víi c¸c ®Æc tÝnh vÒ truyÒn ®iÖn nh- nhau vµ truyÒn dßng ®iÖn cã c-êng ®é nh- nhau, d©y dÉn nh«m chØ nhÑ b»ng nöa d©y ®ång, l¹i bÞ nung nãng Ýt h¬n. TÝnh chèng ¨n mßn nhÊt ®Þnh trong khÝ quyÓn, v× trªn bÒ mÆt cña nh«m cã mét líp «xyt (Al203) bÒn v÷ng b¶o vÖ cho nh«m chèng ¨n mßn trong m«i tr-êng kh«ng khÝ ë nhiÖt ®é b×nh th-êng. nh«m bÒn trong n-íc ngät, trong m«i tr-êng axit nit¬ric ®Ëm ®Æc, dung dÞch axÝt H2SO4 lo·ng t¸c dông víi nh«m rÊt yÕu. Nh-ng khi t¨ng nhiÖt ®é vµ nång ®é dung dÞch t¸c dông g©y ¨n mßn nh«m t¨ng lªn. Nh«m dÔ bÞ ph¸ huû ë c¸c m«i tr-êng muèi, axÝt HCl, HF vµ m«i tr-êng kiÒm. TÝnh dÎo rÊt cao gi·n dµi t-¬ng ®èi  = 35  40%, nh«m cã ®é bÒn thÊp b = 60MPa, 0,2=20Mpa, ®é cøng thÊp HB25. Nh«m dÎo dai cao nªn rÊt dÔ biÕn d¹ng dÎo nhÊt lµ khi kÐo sîi, d©y vµ c¸n máng thµnh tÊm, l¸, b¨ng, mµng máng, Ðp ch¶y thµnh c¸c thanh dµi cã c¸c tiÕt diÖn kh¸c nhau. Nh«m cã thÓ ñ ®Ó n©ng cao c¬ tÝnh (ñ ë nhiÖt ®é 350  4100C), cã thÓ hµn ®-îc. 45 Ký hiÖu - ph©n lo¹i B¶ng 4 - 1 thµnh phÇn vµ ký hiÖu cña nh«m Tiªu chuÈn ViÖt Nam vµ tiªu chuÈn Nga. Dùa vµo thµnh phÇn t¹p chÊt cã trong nh«m mµ ph©n nh«m ra lµm b¶y lo¹i theo tû lÖ t¹p chÊt t¨ng dÇn. C«ng dông. Trong kü thuËt ®iÖn (thay cho ®ång ®¾t tiÒn vµ nÆng) ®Ó chÕ t¹o d©y dÉn ®iÖn (d©y dÉn ®iÖn chiÕu s¸ng, d©y c¸p ®iÖn, d©y t¶i ®iÖn trªn kh«ng...) lµm c¸c tô ®iÖn, thanh c¸i, ®Çu cèt, c¸c chØnh l-u Trong ngµnh hµng kh«ng ®-îc sö dông réng r·i trong nhiÒu c«ng viÖc kh¸c nhau. Tuy nhiªn do ®é bÒn cña nh«m nguyªn chÊt t-¬ng ®èi thÊp nªn trong thùc tÕ ng-êi ta Ýt dïng nh«m ë d¹ng nguyªn chÊt mµ dïng nh«m cã pha lÉn c¸c kim lo¹i kh¸c. Dïng chÕ t¹o c¸c ®inh t¸n, c¸c lo¹i èng, nåi, thïng vµ ®Ó ®óc c¸c s¶n phÈm kh¸c. 4.1.2 Ph©n lo¹i Hîp kim nh«m Tuú theo thµnh phÇn vµ ®Æc tÝnh c«ng nghÖ cña nh«m mµ chia hîp kim nh«m thµnh hai nhãm: Nhãm hîp kim nh«m biÕn d¹ng Nhãm hîp kim nh«m ®óc. 4.1.2.1 Nhãm hîp kim nh«m biÕn d¹ng. Chia ra lµm hai ph©n nhãm nhá * Hîp kim nh«m biÕn d¹ng kh«ng ho¸ bÒn ®-îc b»ng nhiÖt luyÖn: lµ lo¹i kh«ng thÓ t¨ng ®é bÒn b»ng nhiÖt luyÖn ®-îc v× kh«ng cã chuyÓn biÕn pha khi nung nãng gåm cã c¸c lo¹i. Hîp kim Al - Mn (trong ®ã Mn tõ 1,0 - 1,6%). §Ó t¨ng ®é bÒn ng-êi ta dïng ph-¬ng ph¸p biÕn d¹ng nguéi. Chèng ¨n mßn rÊt tèt trong khÝ quyÓn vµ dÔ hµn. Lo¹i nµy dÔ biÕn d¹ng ®-îc cung cÊp d-íi d¹ng b¸n thµnh phÈm nh- : l¸ máng, thanh, d©y, h×nh, èng... Tiªu chuÈn ViÖt Nam Tiªu chuÈn Nga AB1 cã 99,90 %Al A995 cã 99,995 % Al AB2 cã 99,85 %Al A99 cã 99,99% Al A00 cã 99,70 %Al A95 cã 99,95% Al A- 0 cã 99,60 %Al A 8 cã 99,8% Al A- 1 cã 99,50 %Al A7 cã 99,7% Al A- 2 cã 99,0 %Al A5 cã 99,5% Al A- 3 cã 98,0 %Al A0 cã 99,0% Al 46 Hîp kim Al - Mg (trong ®ã cã Mg < 4%), lo¹i nµy nhÑ nhÊt trong c¸c lo¹i hîp kim nh«m, tÝnh hµn tèt, chèng ¨ n mßn tèt trong khÝ quyÓn, bÒ mÆt sau khi gia c«ng ®Ñp, kh¶ n¨ng gi¶m trÊn kh¸ m¹nh, sö dông nhiÒu trong c«ng nghiÖp «t« vµ x©y dùng c«ng tr×nh. * Hîp kim nh«m biÕn d¹ng ho¸ bÒn ®-îc b»ng nhiÖt luyÖn: Cã nhiÒu lo¹i nh-: Hîp kim Al ” Cu ” Mg (®ura); hîp kim Al ” Mg - Si; hîp kim Al ” Mg ” Si ” Cu; hîp kim Al ” Zn - Cu ” Mg... Sau ®ay ta xÐt mét lo¹i ®iÓn h×nh cho nhãm hîp kim nh«m biÕn d¹ng §ura: Lµ hÖ hîp kim Al – Cu – Mg mét trong nh÷ng hîp kim biÕn d¹ng ®iÓn h×nh vµ lo¹i hîp kim nh«m quan träng nhÊt (®-îc t×m ra tõ n¨m 1907). Ký hiÖu Tiªu chuÈn ViÖt Nam 1859-75 (ký hiÖu chung cho hîp kim nh«m biÕn d¹ng): cã quy ®Þnh c¸ch ký hiÖu cho hîp kim nh«m biÕn d¹ng ®-îc b¾t ®Çu b»ng Al vµ tiÕp theo lÇn l-ît tõng ký hiÖu ho¸ häc cña nguyªn tè hîp kim cïng chØ sè % cña nã, cßn l¹i lµ % cña nh«m. VÝ dô: - AlCu4Mg1 lµ hîp kim nh«m biÕn d¹ng (TCVN) cã 4%Cu, 1%Mg cßn l¹i 95% nh«m. Tiªu chuÈn Nga(ΓOCT): §ura ®-îc ký hiÖu b¾t ®Çu b»ng ch÷ Д con sè ®øng sau chØ sè thø tù sè hiÖu cña ®ura. VÝ dô: Д 16 lµ ký hiÖu cña ®uyara, sè16 chØ sè thø tù sè hiÖu cña ®ura. B¶ng 4-2: Ký hiÖu vµ thµnh phÇn ho¸ häc c¸c lo¹i ®ura Ký hiÖu hîp kim Thµnh phÇn ho¸ häc Cu Mg Mn Ti Zi Д1 4,3 0,6 0,6 - - Д16 4,3 1,5 0,6 - - Д19 4,0 2,0 0,75 0,1 - BAД1 4,1 2,5 0,6 0,06 0,15 (0,38) Д17 3,0 2,2 0,55 - - Д18 2,6 0,35 0,10 - - B65 4,2 0,25 0,4 - - TÝnh chÊt: §ura lµ hîp kim nh«m víi ®ång, magiª, mangan...§iÒu ®¸ng chó ý lµ sau khi t«i ®ura cã ®é bÒn cao, khèi l-îng riªng nhá thÝch hîp víi c«ng nghÖ gia c«ng biÕn d¹ng. TÝnh chèng ¨ n mßn kh«ng cao, nh-ng cã thÓ kh¾c phôc ®-îc 47 b»ng c¸ch phñ c¸c líp nh«m nguyªn chÊt máng (4% chiÒu dµy tÊm) lªn bÒ mÆt khi c¸n nãng nªn cã tÝnh chèng ¨n mßn kh«ng kh¸c g× nh«m s¹ch. C«ng dông: Trong sè c¸c hîp kim ®ura Д1 vµ Д 16 ®-îc øng dông phæ biÕn h¬n c¶ ngµnh c«ng nghiÖp chÕ t¹o m¸y bay lµ lÜnh vùc tiªu thô ®u ra nhiÒu nhÊt. C¸c ®ura dÎo Д18 vµ B65 cã c«ng dông hÑp h¬n. Chñ yÕu ®-îc dïng lµm c¸c chi tiÕt ghÐp, nèi trong c¸c kÕt cÊu. Nh÷ng hîp kim BД17, Д19 vµ BAД1 ®-îc s¶n suÊt vµ cung cÊp ë dang b¸n thµnh ph...ng rÊt phæ biÕn trªn thÕ giíi. ChÊt thÊm th-êng dïng c¸c lo¹i khÝ cã chøa c¸c ph©n tö CO ho¹t tÝnh vµ c¸c ph©n tö CH4. Ngµy nay ta th-êng sö dông dÇu löa, butan...®Ó lµm chÊt thÊm, ë n-íc ta ®· b¾t ®Çu sö dông dÇu löa ®Ó thÊm cacbon b»ng thÓ khÝ. Trong dÇu löa qua nhiÖt ph©n cã chøa nhiÒu ph©n tö ho¹t tÝnh CH4. Ph©n tö CH4 khi tiÕp xóc víi bÒ mÆt cña thÐp ë nhiÖt ®é cao sÏ t¸c dông víi thÐp theo ph¶n øng sau: Fe + CH4  Fe(C) + 4H. Nguyªn tö cacbon sÏ b¸m vµo bÒ mÆt chi tiÕt vµ sau ®ã khuyÕch t¸n vµo thÐp. Ngoµi ph¶n øng trªn cßn x¶y ra ph¶n øng ph©n ho¸ sau: CH4  C + 4H KÕt qu¶ cña ph¶n øng ph©n ho¸ nay sÏ t¹o ra cacbon d-íi d¹ng bå hãng, b¸m trªn thµnh cöa lß hay trªn chi tiÕt. NÕu trong khÝ cã nh÷ng ph©n tö cacbua hydro kh«ng no th× ph©n tö bå hãng nµy sÏ tô l¹i d-íi d¹ng cña bå hãng hay than cèc trªn chi tiÕt sÏ c¶n trë tèc ®é thÊm. §Ó gi¶m sù t¹o thµnh bå hãng trªn chi tiÕt kh«ng nªn dïng l-îng khÝ qu¸ nhiÒu. NhiÖt ®é thÊm thÓ khÝ lµ 920  9300C. Chi tiÕt sau khi thÊm cã thÓ t«i ngay víi ®iÒu kiÖn ph¶i ®¶m b¶o nhiÖt ®é t«i 780  8000C. Còng cã thÓ lµm nguéi trong hép kÝn råi míi t«i. * C«ng dông Dïng cho c¸c chi tiÕt lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn nÆng: vÝ dô cïng lµ b¸nh r¨ng hép sè song ë «t« ph¶i qua thÊm cacbon, nh-ng ë m¸y c¾t chØ cÇn qua t«i bÒ mÆt. 5.2.3.2. ThÊm nit¬. * Môc ®Ých: ThÊm nit¬ lµ ph-¬ng ph¸p ho¸ nhiÖt luyÖn lµm b·o hoµ (thÊm khuyÕc t¸n) nit¬ vµo bÒ mÆt thÐp. Môc ®Ých lµ n©ng cao ®é cøng vµ tÝnh chèng mµi mßn (HRC65 70 cao h¬n h¾n thÊm cacbon). * Ph-¬ng ph¸p: ThÐp vµ gang tr-íc khi thÊm nit¬ ph¶i ®-îc t«i vµ ram, nhiÖt ®é ram ph¶i chän b»ng nhiÖt ®é thÊm nit¬. ThÊm nit¬ ®-îc tiÕn hµnh trong lß thÊm ®Æc biÖt míi chÊt thÊm lµ am«niac, cã nhiÖt ®é trong kho¶ng 4806500C Do t¸c dông cña nhiÖt ®é cao khi am«niac sÏ ph©n ho¸ theo ph¶n øng sau: 2 NH3  3H2 + 2Nngtö 63 §é ph©n ho¸ cña am«niac phô thuéc vµo nhiÖt ®é thÊm vµ l-îng am«niac. Khi nguyªn tö nit¬ tiÕp xóc víi bÒ mÆt thÐp sÏ thÊm vµo thÐp. Chi tiÕt tr-íc khi thÊm nit¬ cÇn ®-îc tÈy s¹ch dÇu mì b»ng ph-¬ng ph¸p ho¸ häc (tÈy trong dung dÞch xót nång ®é 10  15%) ë nhiÖt ®é 1000C. * C«ng dông ThÊm nit¬ ®-îc ¸p dông chñ yÕu cho nh÷ng chi tiÕt cÇn ®é cøng vµ tÝnh chèng mµi mßn rÊt cao, lµm viÖc ë nhiÖt ®é lín h¬n 5000C, song chÞu t¶i träng kh«ng lín do líp thÊm máng nh- mét sè trôc, b¸nh r¨ng, s¬mi trong m¸y bay, 5.2.3.3. ThÊm cacbon vµ nit¬ (xyanua) * Môc ®Ých: Lµ qu¸ tr×nh t¹o nªn sù b·o hoµ cïng mét lóc nit¬ vµ cacbon trªn líp bÒ mÆt cña thÐp do ®ã n©ng cao ®é cøng vµ tÝnh chèng mµi mßn cña chi tiÕt m¸y. Nh- vËy nã còng nh»m môc ®Ých nh- hai ph-¬ng ph¸p trªn song tèt h¬n thÊm cacbon. * Ph-¬ng ph¸p: Tïy theo nhiÖt ®é thÊm ta chia ra lµm: ThÊm xyanua ë nhiÖt ®é thÊp vµ thÊm xyanua ë nhiÖt ®é cao. - ThÊm xyanua ë nhiÖt ®é thÊp: Tr-íc khi thÊm xyanua, dông cô ph¶i ®ù¬c t«i, ram vµ mµi chÝnh x¸c. Sau khi thÊm xong chØ cÇn ®¸nh bãng bÒ mÆt chi tiÕt. NhiÖt ®é thÊm xyanua b»ng nhiÖt ®é ram cña thÐp nghÜa lµ vµo kho¶ng 540  5600C. - ThÊm xyanua ë thÓ láng: ®-îc dïng phæ biÕn. Dung dÞch thÊm nãng ch¶y gåm c¸c lo¹i muèi trung tÝnh natri cacbonat (Na2CO3), natri clorua (NaCl)...vµ muèi cã ho¹t tÝnh NaCN (Natri xyanua), KCN (Kali xyanua)...Tèc ®é thÊm xyanua thÓ láng lµ kho¶ng 1 micr«met (  m) trong 1 phót, chiÒu s©u líp thÊm ®èi víi c¸c dông cô c¾t kh«ng dµy qu¸ 5 - 50  m (1  m = 0,001mm). Ph¶n øng ho¸ häc x¶y ra trong qu¸ tr×nh thÊm xyanua ë thÓ láng diÔn ra nh- sau: 4NaCN +2 02  4NaCNO Ph©n tö NaCNO sÏ bÞ ph©n ho¸ theo ph¶n øng sau: 4NaCNO  Na2CO3+ 2NaCN + CO + 2N Nguyªn tö nit¬ sÏ gÆp bÒ mÆt thÐp thÊm s©u vµo thÐp cßn ph©n tö CO sÏ ph©n ho¸: 2CO  CO2 + C Nguyªn tö cacbon sÏ khuyÕch t¸n vµo kim lo¹i . - ThÊm xyanua thÓ khÝ: ®-îc ¸ p dông réng r·i trong chÕ t¹o m¸y v× tiªn tiÕn h¬n vµ kh«ng ®éc h¹i. ChÊt thÊm th-êng dïng lµ khÝ cacbon vµ am«niac, víi thµnh phÇn kho¶ng 20  40% am«niac. Qu¸ tr×nh thÊm còng gièng nh- thÊm cacbon ë thÓ khÝ. - ThÊm xyanua ë nhiÖt ®é cao ThÊm ë thÓ khÝ dïng chÊt thÊm nh- thÊm cacbon ë thÓ khÝ chØ cã thªm 5  10% NH3. NhiÖt ®é thÊm tõ 830  870 0C, l-îng nit¬ trong líp thÊm kho¶ng 0,5%. 64 Víi l-îng nit¬ ®ã lµm t¨ng ®é bÒn vµ ®é chèng mµi mßn cña kim lo¹i. Chi tiÕt sau khi thÊm ®¹t chiÒu s©u cã thÓ t«i vµ ram ngay nh- b×nh th-êng. ThÊm ë thÓ láng ng-êi ta dïng chñ yÕu lµ muèi trong ®ã cã gèc CN hay CNO ë d¹ng nãng ch¶y, ë nhiÖt ®é cao 820  8600C chóng «xy ho¸ ph©n huû ®Ó t¹o ra cacbon vµ nit¬ nguyªn tö bÞ hÊp thô vµ khuÊt t¸n vµo bÒ mÆt thÐp t¹o nªn líp thÊm. * C«ng dông Dïng nhiÒu nhÊt cho c¸c dông cô c¾t chÕ t¹o b»ng thÐp giã, trôc khuûu, b¸nh r¨ng («t«), khu«n dËp, khu«n Ðp. 5.2.3.4. ThÊm kim lo¹i. * Môc ®Ých: Lµ qu¸ tr×nh t¨ng c-êng c¸c nguyªn tè nh«m, cr«m, SilÝc, bo, berili... vµo líp bÒ mÆt cña s¶n phÈm b»ng thÐp ®Ó lµm cho thÐp cã thªm nh÷ng tÝnh n¨ng quý nh-: chÞu nhiÖt, chèng gØ, chèng mµi mßn... * Ph-¬ng ph¸p: ThÊm kim lo¹i ®-îc tiÕn hµnh b»ng c¸ch nung nãng s¶n phÈm thÐp ®Õn nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh vµ gi÷ s¶n phÈm ë vÞ trÝ tiÕp xóc víi mét trong c¸c nguyªn tè nªu trªn, nhê vËy c¸c nguyªn tè kim lo¹i sÏ khuÕch t¸n vµo bÒ mÆt s¶n phÈm. C¸c nguyªn tè nµy cã thÓ ë d¹ng r¾n, láng hoÆc khÝ, * C«ng dông: Cã thÓ dïng thÐp thÊm kim lo¹i ®Ó thay thÕ cho nh÷ng thÐp hîp kim cao cÊp, quÝ hiÕm. 65 PhÇn 2: VËt liÖu phi kim lo¹i Ch-¬ng 6 : VËt liÖu phi kim lo¹I 6.1 Polyme- Cao su - ChÊt dÎo 6.1.1 Polyme 6.1.1.1 Kh¸i niÖm - Định nghĩa : Polyme là hợp chất hữu cơ được hình thành do sự liên kết hóa học bền vững giữa các đơn vị polyme với cấu trúc phân tử hoàn toàn giống nhau. Các đơn vị này nối với nhau thành một chuỗi dài (còn gọi là mạch) chứa hàng ngàn đơn vị nên phân tử polyme còn được gọi là cao phân tử. - Ví dụ: 1. Các monome etylen qua phản ứng trùng hợp để tạo thành polyetylen: - nH2=CH2 => [-CH2-CH2-]n 2. Để tạo thành polyvinyclorid : - nCH2=CHCl => nCl CHCH            2 - Các đơn vị polyme [-CH2-CH2-]n hay được gọi là các mắt xích của các chuỗi mạch. - Cấu trúc phân tử của các hợp chất có phân tử thấp của polyme được mô phỏng trên hình 6.1 Các tính chất của chất dẻo được điều chế từ một nhóm đơn phân tử như nhau chủ yếu do độ dài của mạch phân tử quyết định. Độ lớn của mạch phân tử được xác định bằng phân tử lượng trung bình (M) hoặc độ trùng hợp trung bình (P). độ trùng hợp trung bình được biểu diễn qua phân tử lượng trung bình của polyme và phân tử lượng của monome tạo ra nó. Ví dụ: Polyme từ đơn phân tử etylen mà có. Nếu ta có nhựa polyetylen (PE) với phân tử lượng trung bình là M = 56000, thì độ trùng hợp trung bình P là : 2000 28 56000  nM M P Trong trường hợp này đại phân tử PE có chứa 2000 đơn vị phân tử etylen. Phân tử lượng của etylen (CH2=CH2) là 28 (12+2+12+2). Phân tử lượng trung bình có nghĩa là trong các polyme các phân tử có kích thước khác nhau, như vậy vật liệu polyme là loại vật liệu đa phân tử. điều này khác hẳn 66 so với vật liệu có phân tử lượng thấp. đối với vật liệu có phân tử lượng thấp, khái niệm "nguyên chất" có nghĩa là các đơn phân tử của nó được xác định có phân tử lượng như nhau. Trong khi cùng một loại polyme trong cùng một nguyên công điều chế các phân tử của nó có những độ lớn khác nhau, phân tử lượng của chúng có thể phân tán trong một dải khá rộng. điều này cho ta hiểu rõ vì sao cùng một loại vật liệu polyme như nhau, khi phân tử lượng của chúng khác nhau thì đặc tính của chúng sẽ khác nhau. Hình 6.1. cấu trúc phân tử của các hợp chất có phân tử thấp của polyme 67 Đặc tính chung của polyme - Polyme nhẹ (=0,8-2,2 g/cm 3 ). - Polyme là vật liệu mềm dẻo (Enhỏ). - Polyme có khả năng thấu quang tốt. - Polyme dễ bị thẩm thấu (bởi các chất khí). - Polyme dẫn nhiệt kém ( độ dẫn nhiệt 4,2.10 -2 - 4,1.10 -1 W/m.K  kém kim loại 3 lần). - Polyme dẫn điện kém (điện trở suất 10 10 - 10 8 cm  kém kim loại 2.1022 lần). - Polyme bền với hóa chất. - Polyme có khả năng tái sử dụng cao (tái sinh, chất đốt). - Polyme có nhiệt độ gia công thấp (250-400 0 C). - Polyme được gia công bằng nhiều phương pháp đùn, đúc phun, thổi, ép... 6.1.1.2 Ph-¬ng ph¸p tæng hîp Polyme. Việc điều chế tổng hợp polyme được khởi đầu từ các hợp chất có các nhóm chức phản ứng. Người ta đã sử dụng các phương pháp tổng hợp cơ bản để sản xuất polyme đó là : - Phương pháp trùng hợp. - Phương pháp trùng phối. - Phương pháp trùng ngưng. - Phương pháp đồng trùng hợp. 1. Phương pháp trùng hợp Bằng phương pháp trùng hợp đã sản xuất ra các loại chất dẻo như polyetylen, polystyren, polyvinylclorid,... Trong quá trình trùng hợp các đại phân tử (polyme) được tạo thành từ các đơn phân tử (monome) trong phản ứng mạch không có sự tạo thành sản phẩm phụ. Điều kiện của phản ứng trùng hợp là các đơn phân tử phải có liên kết đôi không bão hòa. Một số hợp chất trong quá trình bảo quản đã trùng hợp với nhau một cách tự phát, trong khi những chất khác phải có điều kiện đặc biệt về áp suất và nhiệt độ, các nhân tố hoạt tính... 2. Phương pháp trùng phối Trùng phối cũng như trùng hợp vì trong quá trình của phản ứng hóa học không xuất hiện các sản phẩm phụ có phân tử lượng thấp. Trong quá trình trùng phối người ta dùng hai đơn chất phân tử khác nhau. Quá trình phối hợp các chất đơn phân tử có sự đổi chỗ cho các nguyên tử. Ví dụ, một nguyên tử hyđro từ nhóm chức năng này chuyển sang nhóm chức năng của đơn phân tử khác (ví dụ trường 68 hợp của polyurethan hoặc nhựa epoxy). Các nhom chức trong monome thường là hai và nằm ở hai đầu phân tử monome. 3. Phương pháp trùng ngưng Phản ứng trùng ngưng được hình thành từ các chất đơn phân tử mà phản ứng hóa học của nó xảy ra sẽ tạo thành các phân tử khác (như nước chẳng hạn). Các monome ban đầu có chứa các nhóm chức, các nhóm chức này khi phản ứng tách ra phân tử chất phân tử nhỏ, tạo thành nhóm chức mới và liên kết các phần còn lại của các phân tử tham gia phản ứng. Số nhóm chức trong monome lớn hơn 2. Phản ứng xảy ra chậm, cần cung cấp thêm nhiệt. Phản ứng trùng ngưng của các monome có 2 nhóm chức thường dẫn đến việc hình thành các polyme mạch sợi (như trường hợp của polyamid chẳng hạn). Trong trường hợp các momome tham gia có số nhóm chức lớn hơn 2, khi trùng ngưng sẽ xuất hiện các polyme có cấu trúc lưới. Trùng ngưng có thể thực hiện theo từng giai đoạn. Như trong quá trình tạo nhựa phenol, giai đoạn đầu kết thúc ở phần tạo vật liệu ép. Sau đó, dưới tác dụng của áp lực và nhiệt độ, quá trình tạo lưới vật liệu ép sẽ kết thúc ở trong khuôn. Mạch phân tử của các polyme trung ngưng thường ngắn. 4. Phương pháp đồng trùng hợp và các hỗn hơp polyme Các chất dẻo khác nhau có thể liên kết lại với nhau tạo ra chất dẻo mới côplyme (polyme đồng trùng hợp). Người ta cho hai hoặc ba monome khác loại tham gia phản ứng trùng hợp. Nếu các polyme khác nhau chi pha trộn với nhau về phương diện lý học, khi đó ta có hỗn hợp polyme hay polyblend. Các phân tử của chúng được giữ chặt với nhau bằng các lực liên kết phân tử . Trong quá trình đồng trùng hợp các chất đơn phân tử phần lớn liên kết mạch với nhau tạo thành mảng. Cũng trong trường hợp các polyme này liên kết vào mạch sẵn của polyme khác. Quá trình đó gọi là đồng trùng hợp ghép cấy. - Cấu trúc block copolyme - ví dụ chất dẻo ABS (acrynitryl-butadien- styren). - Cấu trúc copolyme ghép cấy - ví dụ chất dẻo SAN (acrynitryl - styren). Cấu trúc hỗn hợp polyme (polybkend), ví dụ PVC (polyvinylclorid) dai. Để đạt được độ dai là do có sự trộn thêm PVC được hóa dẻo và PVC cứng. Chú ý : Tất cả các trường hợp copolyme hoặc hỗn hợp polyme thì các tính chất của polyme cơ bản đã thay đổi. Việc tạo ra các copolyme và các polyblend nhằm tạo ra loại vật liệu mới có những đặc tính ưu việt hơn các polyme cơ sở. Khi tạo ra copolyme và các polyblend các nhà vật liệu học tìm cách lưu giữ các tính chất ưu việt của các polyme thành phần 69 để có thể hỗ trợ cho polyme cơ sở khắc phục những nhược điểm của mình. Có như vậy phạm vi sử dụng của polyme cơ sở sẽ được mở rộng hơn. Ngoài ra, để tăng thêm tính năng ứng dụng của polyme trong kỹ thuật và trong dân dụng người ta còn trộn thêm vào trong polyme vật liệu gia cường dạng sợi (sợi thủy tinh, các bon...) tạo ra một lớp vật liệu mới đó là composite plastic. 6.1.1.3 Ph©n lo¹i Polyme Dựa trên cơ sở nguồn gốc thu nhận polyme ta có: - Polyme tự nhiên như : cao su thiên nhiên, xenluloz và len, sau khi có sự biến đổi hóa học từ các polyme hữu cơ gặp trong thiên nhiên. - Polyme tổng hợp được tạo thành từ các monome thông qua các phản ứng hóa học : nhựa PP, PVC, cao su SRB, nhựa epoxi... Dựa trên cơ sở các tính chất cơ lý đặc biệt người ta phân các chất dẻo được sản xuất theo các phương pháp trên ra : nhựa nhân tạo, vật liệu có tính cao su, vật liệu tạo sợi, vật liệu tạo màng. Song cũng có vật liệu nằm trong 2 hoặc 4 nhóm trên như piliamid chẳng hạn có thể xếp vào nhóm vật liệu chất dẻo hoặc vật liệu tạo sợi, còn đối với polyurethan thì là chất dẻo, nhựa nhân tạo, cao su, sợi tổng hợp đều có thể xếp nó vào được. Người ta thường dựa vào cơ sở cấu trúc hóa học, khả năng gia công và ứng dụng để phân loại chất dẻo. Nếu ta lấy cấu trúc hóa học của mạch các phân tử chất dẻo làm cơ sở phân nhóm ta sẽ có : - Các polyme mạch cácbon mà trong mạch chính chỉ có các nguyên tử cacbon. Các nhóm chính là các polyme dạng polyvinol và polyvinyliden, cũng như các pilidien. - Các polyme có mạch không đồng nhất (dị tính) mà trong mạch chính của nó ngoài các nguyên tử cacbon ra còn có các nguyên tử khác (như oxi, nito, sunfua...) cũng tham gia. Nhóm mach dị tính này phải kể đến : polyeste, polyamid, polyurethan, polysunfid... - Các polyme có mạch vô cơ, mà trong đó mạch chính không chứa nguyên tử cacbon. Trong nhóm này đại diện quan trọng là polyxilian (silikon) mà trong mạch chính được cấu tạo bởi các nguyên tử silic và oxi và các nhóm phụ là các chất hữu cơ. Đứng về phương diện công nghệ người ta chia ra hai nhóm chất dẻo: chất dẻo nhiệt dẻo và chất dẻo nhiệt rắn. Chất dẻo nhiệt dẻo là chất dẻo dưới tác dụng của nhiệt chuyển từ trạng thái rắn sang thể lỏng hoặc mềm, khi được làm nguội trở nên rắn. Loại này có thể tái sinh 70 được và hòa tan được trong dung môi. Chất dẻo nhiệt rắn là loại vật liệu dưới tác dụng của nhiệt hoặc các nhân tố hóa học sẽ được hóa rắn. Loại này không thể tái sinh được. Người ta cũng chia chất dẻo theo hình dạng của mạch đại phân tử. Theo cách này có thể phân biệt được các loại polyme : - Có dạng hình sợi tuyến tính (sợi trơn) (hình 6.2) - Có dạng hình sợi phân nhánh (hình 6.2,c). - Có dạng hình cầu (hình 6.2d). - Có cấu trúc lưới không gian (thưa hoặc dày) (hình 6.2e) - Và thời gian gần đây xuất hiện thêm các polyme có cấu trúc hình dây thang, cấu trúc lưới phẳng, cấu trúc hình sao, cấu trúc hình răng lược (xem hình 6.2). - Hình 6.2. Hình dạng mạch phân tử polyme Các polyme có cấu trúc phân nhánh có chứa các mạch dài hoặc ngắn . Những mạch nhánh này cũng có các nhánh phụ của mình. Còn trong các polyme lưới không gian thì các mạch phân tử được liên kết với nhau lại bằng các mối liên kết ngang (liên kết hóa học). Như vậy, trên thực chất một phân tử polyme có phân tử lượng lớn vô tận chỉ được coi là một phân tử. Trong các polyme có cấu trúc lưới không gian, người ta phân biệt vật liệu có lưới thưa (cao su mềm) và vật liệu có lưới dày (nhựa nhân tạo) nhờ tần số của các mạch ngang. Về phương diện kỹ thuật thì polyme dạng sợi tuyến tính cũng như có cấu trúc lưới thưa hoặc dày là có ý nghĩa hơn cả, mặc dù ngày nay một loạt các loại polyme cấu tạo dạng sợi phân nhánh ngày càng phổ biến (nhánh của các polyme). Các polyme có cấu trúc dạng sợi thường có thể nóng chảy, hòa tan trong các dung môi (ngoại trừ các polyme có độ nhạy về nhiệt và có cực tính mạnh). Các polyme có cấu trúc lưới không gian là loại vật liệu không tan và không nóng, phải thực hiện trước hoặc trong quá trình hình thành cấu trúc lưới. Sơ đồ hình 6.3 cho ta thấy rõ mối quan hệ giữa sự phân loại về cấu trúc và phân loại theo quan điểm kỹ thuật ứng dụng của các polyme : 71 Hình 6.3. Phân loại polyme và ứng dụng 6.1.2 Cao su 6.1.2.1. Ph©n lo¹i Cao su thiªn nhiªn: Ng-êi ta lÊy ®-îc cao su thiªn nhiªn tõ nh÷ng c©y ®Æc biÖt gäi lµ c©y cao su, ®a sè nh÷ng c©y cao su chøa cao su trong nhùa (mñ cao su) Cao su l-u hãa: lµ cao su ®-îc t¹o thµnh do tiÕn hµnh l-u hãa cao su thiªn nhiªn b»ng c¸ch nung nãng lªn sau ®ã cho thªm l-u huúnh vµo. Cao su tæng hîp: Cao su ®-îc s¶n xuÊt ra tõ r-îu, cån, dÇu má vµ khÝ thiªn nhiªn. 6.1.2.2 TÝnh chÊt Cã hai lo¹i cao su: cao su thiªn nhiªn vµ cao su nh©n t¹o. Cao su thiªn nhiªn. Cao su thiªn nhiªn ®-îc lÊy tõ nhùa c©y cao su, khi cßn nguyªn chÊt mµu tr¾ng ®ôc, ®Ó ra ngoµi ¸nh s¸ng sÏ trë thµnh mµu n©u. Khèi l-îng riªng: 0,92  0,94g/cm3. Cao su thiªn nhiªn cã tÝnh chÞu nhiÖt kÐm, ë nhiÖt ®é 400C th× mÒm, ®Õn 1000C th× dÎo vµ ®Õn 1800C th× ch¶y lo·ng, ë nhiÖt ®é 0  80C th× cøng vµ mÊt tÝnh ®µn håi. Cao su dïng trong c«ng nghiÖp vµ ®êi sèng. Lµ cao su l-u ho¸ vµ cao su tæng hîp: Cao su cã mét sè -u ®iÓm rÊt quý trong kü thuËt nh-: TÝnh ®µn håi rÊt cao ë nhiÖt ®é (- 200C  1000C). cã ®é gi·n dµi t-¬ng ®èi tíi 700  800% vµ gi·n dµi d- lµ 10%. Cã ®é bÒn chèng ®øt cao, cã tÝnh chèng t¹o thµnh vÕt x-íc, chèng mµi mßn tèt, cã kh¶ n¨ng dËp t¾t rung ®éng nhanh, kh«ng thÊm n-íc vµ kh«ng khÝ, chÞu ®-îc t¸c dông ho¸ häc cña axÝt, kiÒm, träng l-îng riªng nhá. Nh-îc ®iÓm cña cao su: 72 TÝnh dÉn nhiÖt kÐm (lèp «t« dµy khi lµm viªc ë nhiÖt ®é t¨ng cao sÏ lµm gi¶m kh¶ n¨ng lµm viÖc cña lèp). Cao su bÞ gi¶m c¬ tÝnh khi chÞu t¸c dông cña ¸nh s¸ng vµ nhiÖt ®é. BÞ d¹n nøt khi chÞu t¸c dông cña lùc kÐo, nÕu bÞ kÐo trong thêi gian dµi sÏ bÞ ®øt vµ khi bá lùc kÐo ®i nã vÉn dµi h¬n tr¹ng th¸i ban ®Çu lµ 10%. 6.1.2.3. C«ng dông C«ng dông trong c«ng nghiÖp vµ ®êi sèng. * Lµm ®ai truyÒn chuyÓn ®éng: Dïng ®Ó truyÒn chuyÓn ®éng gi÷a c¸c trôc c¸ch xa trong m¸y mãc. ¦u ®iÓm cña lo¹i ®ai truyÒn nµy lµ cã thÓ truyÒn chuyÓn ®éng víi vËn tèc cao, ªm, kh«ng cÇn b«i tr¬n, kÕt cÊu m¸y mãc ®¬n gi¶n, gi¸ thµnh h¹. * §ai truyÒn vËn chuyÓn (b¨ng truyÒn): Dïng ®Ó vËn chuyÓn c¸c s¶n phÈm tõ n¬i nµy ®Õn n¬i kh¸c mét c¸ch liªn tôc (dïng trong c¸c b¨ng t¶i ®Ó chuyÓn g¹ch, ngãi, than, c¸t, lanh ke...) * Lµm ®Öm vµ do¨ng lµm kÝn: Dïng ®Ó lµm kÝn c¸c mÆt tiÕp xóc cña chi tiÕt m¸y, tr¸nh ch¶y dÇu, n-íc hoÆc hë khÝ, che ch¾n bôi.. * Lµm èng dÉn: èng dÉn n-íc, dÉn h¬i, dÉn dÇu víi ¸p suÊt thÊp. * Lµm x¨m, lèp xe. * Dïng ®Ó chÕ t¹o mét sè ®å dïng trong gia ®×nh: Lµm giÇy dÐp, ¸o m-a, gang tay, ñng, x«, chËu Trong c«ng nghiÖp ®iÖn: Dïng ®Ó bäc c¸ch ®iÖn cho d©y dÉn, c¸p ®iÖn. NÕu pha thªm vµo cao su kho¶ng 30% l-u huúnh th× cao su trë thµnh vËt liÖu ªb«nÝt cã thÓ gia c«ng c¾t gät ®-îc dïng ®Ó lµm mét sè c¸c s¶n phÈm c¸ch ®iÖn vµ c¸c s¶n phÈm kh¸c 6.1.3 ChÊt dÎo 6.1.3.1 Kh¸i niÖm vµ tÝnh chÊt chung cña chÊt dÎo a. §Þnh nghÜa - Chất dẻo là loại vật liệu hỗn hợp được tạo thành từ các polyme cùng với các chất phụ gia phù hợp cho mục đích sử dụng như : chất độn, chất gia cường, chất ổn định ( nh sáng, nhiệt độ, thời tiết...), chất bôi trơn, chất hóa dẻo, chất chống tĩnh điện, chất tạo màu. - Chất dẻo (plastic) còn có tên gọi rất phổ biến ở nước ta là nhựa (resin). Plastic bắt nguồn từ chữ Hy Lạp, plastikos nghĩa là có thể tạo ra hình dạng bằng phương pháp đúc. Định nghĩa chất dẻo (nhựa) có thể minh họa bằng sự phân loại ở biểu đồ hình 1.1 b.TÝnh chÊt ChÊt dÎo cã khèi l-îng riªng nhá tõ 0,9  2g/cm3, mét sè lo¹i cã khèi l-îng riªng tíi 5  6g/cm3, cã lo¹i rÊt nhÑ khèi l-îng riªng chØ 0,02 g/cm3, lo¹i chÊt dÎo nµy cã ®é xèp cao nªn tÝnh c¸ch nhiÖt vµ c¸ch ©m tèt. Mét sè chÊt dÎo cã mµu trong suèt nh-ng ta cã thÓ lµm cho chóng cã mµu s¾c tuú ý b»ng c¸ch nhuém chÊt 73 dÎo. ChÊt dÎo c¸ch ®iÖn tèt, tuú theo tõng lo¹i chÊt dÎo mµ ®Æc tÝnh c¸ch ®iÖn kh¸c nhau. Khi cã thªm chÊt ®én vµo lµm ®Æc tÝnh c¸ch ®iÖn chÊt dÎo gi¶m ®i. ChÊt dÎo cã ®é bÒn ho¸ häc rÊt cao, nã kh«ng bÞ t¸c dông bëi axit vµ kiÒm (vÒ mÆt nµy chÊt dÎo h¬n h¼n kim lo¹i). VÝ dô: P«liclovinyt cã tÝnh chÞu ¨ n mßn ho¸ häc rÊt cao vµ kh«ng ch¸y nh-ng kh«ng æn ®Þnh d-íi t¸c dông l©u dµi cña nhiÖt ®é vµ ¸nh s¸ng. ChÊt dÎo cã ®é bÒn c¬ häc kh¸ cao, cã tÝnh chèng mµi mßn tèt, hÖ sè ma s¸t nhá, giíi h¹n bÒn kÐo lín 300 kG/cm2 trë lªn. øng suÊt dai va ®Ëp tõ 4,2kG/cm2 trë lªn. VÝ dô: P«liªtylen b = 1500  4000kG/cm 2, ®é d·n dµi t-¬ng ®èi ( = 150  500%) gi÷ ®-îc tÝnh dÎo ngay c¶ ë –170C. Mét trong nh÷ng -u ®iÓm lín nhÊt cña chÊt dÎo lµ tÝnh c«ng nghÖ cao v× c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸c s¶n phÈm b»ng chÊt dÎo kh¸ ®¬n gi¶n cã thÓ dïng c¸c ph-¬ng ph¸p c«ng nghÖ kh¸c nhau nh-: Ðp, ®óc, gia c«ng c¾t gät... 6.1.3.2 §Æc ®iÓm - tÝnh chÊt - c«ng dông a. ChÊt dÎo dÎo nãng (nhiÖt dÎo). * §Æc ®iÓm: chÊt dÎo dÎo nãng lµ lo¹i chÊt dÎo sau khi Ðp nãng chÊt dÝnh cña nã vÉn gi÷ kh¶ n¨ng ho¸ dÎo trë l¹i vµ hoµ tan trong dung m«i nµy hoÆc dung m«i kh¸c. * C¸c lo¹i chÊt dÎo dÎo nãng: ChÊt dÎo dÎo nãng cã rÊt nhiÒu lo¹i kh¸c nhau ë ®©y ta xÐt mét sè lo¹i sau: Polietilen(PE): +TÝnh chÊt :Khèi l-îng riªng 0,920,96g/cm3;b=1500  4000MN/m 2 ®é gi·n dµi t-¬ng ®èi  = 150  500%, tøc lµ nã rÊt dÎo ngay ë nhiÖt ®é (-700C ) lo¹i nµy cøng ë vËt dµy, cã mµu tr¾ng vµ trong suèt ë c¸c vËt máng, bÒn khi chÞu t¸c dông cña kiÒm, axÝt, kh«ng thÊm n-íc. +C«ng dông: ChÊt dÎo cã ®é dÎo cao nh- PE (polietilen): th-êng dïng lµm mµng bao gãi s¶n phÈm, chai lä mÒm dÎo, ®å ch¬i, khay ®ùng ®¸, vá b×nh acquy... P«lypr«pylen (PP): + TÝnh chÊt: tÝnh chÞu ¨ n mßn ho¸ häc gièng nh- Polietylen nh-ng ®é bÒn c¬ häc vµ tÝnh chÞu nhiÖt th× cao h¬n nhiÒu. +C«ng dông: ChÊt dÎo cã ®é dÎo cao nh- PE (polietilen): th-êng dïng lµm mµng bao gãi s¶n phÈm, chai lä mÒm dÎo, ®å ch¬i, khay ®ùng ®¸, vá b×nh acquy... Polyvinyl clorit (PVC): + TÝnh chÊt: Cã d¹ng bét tr¾ng hoÆc vµng, chÞu ¨ n mßn cao, kh«ng ch¸y cã nh-îc ®iÓm kh«ng æn ®Þnh d-íi t¸c dông l©u dµi cña nhiÖt ®é vµ ¸nh s¸ng. + C«ng dông:ChÊt dÎo PVC (polyvinylclorit) lµ mét trong nh÷ng chÊt dÎo øng dông réng r·i nhÊt ®Ó lµm c¸c lo¹i èng, th¶m tr¶i nhµ, bäc d©y ®iÖn, b¨ng ghi ©m... 74 Polymªtyn metacrylat ( PMMA), polystyren (PS): +TÝnh chÊt: cã ®é trong suèt quang häc cao +C«ng dông: lµm kÝnh cöa m¸y bay, dông cô ®o ®¹c, thiÕt kÕ, dông cô gia ®×nh. Polytetra fluoroªtylen ( PTFE): +TÝnh chÊt: lo¹i dÎo nhÊt, cã ®é bÒn xÐ r¸ch, bÒn víi ®é Èm, axÝt vµ dung m«i, v¶i, sîi +C«ng dông: mµng cho lèp xe c¸c lo¹i, lµm b¨ng tõ tÝnh b. ChÊt dÎo cøng nãng (nhiÖt r¾n). * §Æc ®iÓm: ChÊt dÎo cøng nãng lµ lo¹i chÊt dÎo sau khi ®-îc t¸c dông cña sù t¨ng nhiÖt trong thêi gian Ðp (hoÆc trong lóc nhiÖt luyÖn tiÕp sau ®ã) chÊt kÕt dÝnh ®· chuyÓn sang tr¹ng th¸i kh«ng nãng ch¶y vµ kh«ng hoµ tan dï cã lµm nãng còng kh«ng lµm thay ®æi h×nh d¹ng. * C¸c lo¹i chÊt dÎo cøng nãng: ChÊt dÎo cøng nãng cã rÊt nhiÒu lo¹i kh¸c nhau ë ®©y ta xÐt mét sè lo¹i sau: Phªnol formaldehit (Bakªlit): +TÝnh chÊt : Cã ®é bÒn c¬ häc cao, chÞu nhiÖt, bÞ ¨n mßn bëi axÝt vµ kiÒm, lµ lo¹i vËt liÖu cøng. + C«ng dông : b¸nh r¨ng, b¸nh vÝt, c¸c chi tiÕt cña c¬ cÊu phanh h·m, æ tr-ît, c¸c bé phËn b¨ng truyÒn, cßn dïng chÕ t¹o c¸c tÊm, thanh, èng, c¸nh qu¹t b¬m n-íc ly t©m, c¸c dông cô ho¸ häc, y tÕ Tectolit: + TÝnh chÊt : NhËn ®-îc b»ng c¸ch tÈm nhùa vµo sîi b«ng hoÆc v¶i tæng hîp ®Ó t¨ng tÝnh dÉn nhiÖt vµ chÞu mµi mßn, ng-êi ta cã thÓ cho thªm chÊt ®én Graphit. Cã ®é bÒn cao, chèng mµi mßn cao, c¸ch ®iÖn tèt. + C«ng dông: lµm b¸nh r¨ng, èng lãt, æ trôc, b¹c lãt trôc. Hªtinac lµm vËt liÖu c¸ch ®iÖn kÓ c¶ víi ®iÖn cao ¸p. Hªtinac: +TÝnh chÊt : §-îc s¶n xuÊt b»ng c¸ch tÈm nhùa vµo giÊy cã tÝnh c¸ch ®iÖn cao, c¸ch ©m tèt, gi¸ rÎ. + C«ng dông : lµm vËt liÖu c¸ch ®iÖn kÓ c¶ víi ®iÖn cao ¸p. Silicon : + TÝnh chÊt : ®-îc chÕ t¹o tõ nguyªn silic tõ nguyªn liÖu c¸t th¹ch anh (SiO2). silicon cã tÝnh c¸ch ®iÖn cao rÊt tr¬ víi ho¸ chÊt + C«ng dông : dïng ®Ó bäc d¸n, c¸ch ®iÖn ë nhiÖt ®é cao. 75 6.2. DÇu vµ mì 6.2.1. T¸c dông vµ yªu cÇu cña dÇu, mì 6.2.1.1. T¸c dông cña dÇu mì b«i tr¬n: DÇu mì nãi chung ®Òu lµ chÊt b«i tr¬n. §èi víi m¸y mãc, dÇu mì cã t¸c dông sau: Lµm gi¶m ma s¸t gi÷a c¸c mÆt tiÕp xóc cña chi tiÕt m¸y. NÕu kh«ng b«i tr¬n th× sau mét thêi gian lµm viÖc, do ma s¸t, chi tiÕt m¸y bÞ nãng lªn, mßn ®i, lµm mÊt ®é chÝnh x¸c vÒ h×nh d¹ng vµ kÝch th-íc cña chi tiÕt m¸y, lµm gi¶m tuæi thä cña m¸y mãc vµ tiªu hao nhiÒu n¨ng l-îng v× ma s¸t. Khi cã b«i tr¬n, chÊt b«i tr¬n sÏ t¹o mét mµng máng dÇu (hoÆc mì) ë gi÷a bÒ mÆt tiÕp xóc cña hai chi tiÕt m¸y, sù ma s¸t kh« gi÷a hai chi tiÕt m¸y tr-íc khi ®-îc thay thÕ b»ng ma s¸t -ít. Do b«i tr¬n, hÖ sè ma s¸t gi¶m ®i tíi 50 lÇn so víi khi kh«ng b«i tr¬n. Lµm m¸t c¸c chi tiÕt m¸y khi chÞu ma s¸t, khi m¸y mãc lµm viÖc th× nhiÖt ®é chi tiÕt m¸y t¨ng lªn. DÇu, mì ngoµi viÖc lµm gi¶m ma s¸t, cßn cã t¸c dông lµm m¸t chi tiÕt m¸y. Do ®ã lµm gi¶m nhiÖt ®é ph¸t sinh ra. Lµm s¹ch c¸c chi tiÕt m¸y: khi m¸y lµm viÖc, cã sù ma s¸t gi÷a c¸c chi tiÕt víi nhau nªn sinh ra m¹t kim lo¹i rÊt nhá dÇu ®i qua sÏ cuèn líp m¹t kim lo¹i ®ã ®i b¶o ®¶m bÒ mÆt cña chi tiÕt m¸y s¹ch vµ l©u mßn. Lµm kÝn c¸c bÒ mÆt cÇn lµm kÝn: ë mét sè bé phËn m¸y mãc nh- ®éng c¬ ®èt trong, mµng dÇu máng trªn v¸ch xilanh ngoµi t¸c dông b«i tr¬n cßn cã t¸c dông lµm lµm kÝn khe hë gi÷a xecm¨ng vµ pitt«ng, b¶o ®¶m cho khÝ ch¸y tõ buång ch¸y kh«ng lät xuèng d-íi. Lµm chÊt chèng gØ cho c¸c bÒ mÆt cña kim lo¹i. DÇu mì cã t¸c dông t¹o thµnh líp mµng ng¨n c¸ch sù tiÕp xóc gi÷a m«i tr-êng xung quanh vµ bÒ mÆt kim lo¹i, do ®ã tr¸nh ®-îc hiÖn t-îng kim lo¹i bÞ «xy ho¸. 6.2.1.1. Yªu cÇu cña dÇu mì b«i tr¬n. ChÊt b«i tr¬n ph¶i cã ®é nhít, nhiÖt ®é b¾t löa cña chÊt b«i tr¬n ph¶i cao vµ nhiÖt ®é ®«ng ®Æc ph¶i thÊp, v× dÇu ®«ng ®Æc sÏ lµm t¨ng ma s¸t. ChÊt b«i tr¬n kh«ng ®-îc chøa c¸c t¹p chÊt c¬ häc vµ kh«ng chøa n-íc, axÝt. ChÊt b«i tr¬n kh«ng ®-îc bèc h¬i vµ kh« cøng l¹i. 6.2.2. C¸c lo¹i dÇu mì 6.2.2.1. DÇu * TÝnh chÊt: DÇu lµ chÊt b«i tr¬n ®-îc chÕ t¹o tõ dÇu má ra, cã mÇu ®en, mÇu lôc, hoÆc mÇu n©u. DÇu nÆng h¬n x¨ng vµ dÇu diezen, nh-ng nhÑ h¬n n-íc. Khèi l-îng riªng tõ 0,88 - 0,95g/cm3. * Ph©n lo¹i : DÇu cã thÓ chia thµnh c¸c nhãm chñ yÕu sau: 76 DÇu dïng cho ®éng c¬ (gåm dÇu dïng b«i tr¬n cho ®éng c¬ m¸y bay, «t«, m¸y kÐo...) DÇu truyÒn ®éng (c¸c lo¹i hép sè, cÇu cña «t«, c¸c hép truyÒn lùc, hép gi¶m tèc) DÇu c«ng nghiÖp (dÇu dïng cho c«ng nghiÖp vµ c¸c thiÕt bÞ kh¸c) DÇu ®Æc biÖt (dïng cho tuabin, m¸y biÕn ¸p, c¸p ®iÖn, ®iÖn trë, tô ®iÖn. * C«ng dông - DÇu dïng cho ®éng c¬ ch¹y x¨ng. DÇu mïa ®«ng dïng cho ®éng c¬ cña c¸c lo¹i « t« vËn t¶i vµ xe du lÞch ho¹t ®éng ë vïng khÝ hËu l¹nh. DÇu mïa hÌ dïng ®èi víi lo¹i ®éng c¬ h×nh ch÷ V cña xe vËn t¶i vµ xe du lÞch. - DÇu dïng cho ®éng c¬ Diezen ®-îc ký hiÖu b»ng ch÷ Д DÇu dïng cho mïa hÌ ДП-11, ДC-11 DÇu dïng cho mïa ®«ng ДП - 8, ДC - 8 - DÇu truyÒn ®éng: Dïng ®Ó b«i tr¬n cho c¸c bé phËn cña xe m¸y nh- hép sè, hép tay l¸i, hép gi¶m tèc... - DÇu ®Æc biÖt: Dïng ®Ó c¸ch ®iÖn vµ lµm m¸t cho m¸y biÕn ¸p, c¸p ®iÖn, tô ®iÖn, ®iÖn trë. 6.2.2.2 Mì: Mì lµ chÊt b«i tr¬n ë thÓ qu¸nh dïng thay cho dÇu, lµm nhiÖm vô b«i tr¬n t¹i nh÷ng bÒ mÆt chi tiÕt m¸y mµ dïng dÇu kh«ng thÝch hîp. * TÝnh chÊt Mì cã khèi l-îng riªng 1g/ cm3, chÕ t¹o b»ng c¸nh trén dÇu víi s¸p hay xµ phßng ë nhiÖt ®é cao vµ cã pha thªm 1 l-îng chÊt biÕn tÝnh nhÊt ®Þnh. Mì cã mÇu vµng nh¹t, mÇu n©u sÉm hay ®en. §Ó lµm ®-îc c¸c nhiÖm vô b«i tr¬n, chèng gØ vµ lµm kÝn c¸c bé phËn m¸y, mì ph¶i cã tÝnh chÊt sau: §é nhá giät vµ ®é lón cña mì: §é nhá giät lµ nhiÖt ®é khi mì tõ thÓ ®Æc sang thÓ láng. §é lón cña mì lµ ®é cøng, mÒm cña mì. Mì cøng lón Ýt, dïng cho c¸c bé phËn cã lùc ma s¸t nhá. TÝnh æ ®Þnh, Ýt bÞ biÕn chÊt trong qu¸ trÝnh sö dông, ph¶i chÞu ®-îc nãng, chèng ®-îc «xy ho¸ ®Ó kh«ng bÞ vãn côc, cøng l¹i. Kh«ng cã t¹p chÊt ¨n mßn kim lo¹i, cÆn bÈn vµ n-íc l·. * Ph©n lo¹i vµ c«ng dông: C¸c lo¹i chñ yÕu cña Liªn X« hiÖn dïng cho xe, m¸y lµ Mì s«li®«n: Th-êng chÞu ®-îc n-íc, kh«ng chÞu nãng dïng cho c¸c bé phËn xe m¸y cã c¸c lo¹i vµ ký hiÖu sau: Mì dïng cho mïa hÌ ký hiÖu YC - 2 77 Mì dïng cho mïa ®«ng ký hiÖu YC - 1 Mì c«ngtalin: ChÞu nãng, kh«ng chÞu n-íc, dïng cho bé phËn xe m¸y, nãng tíi 1300C cã c¸c lo¹i sau: YT - 1, YT - 2 lo¹i tæng hîp YTC - 1, YTC - 2. Mì chÞu nãng: Dïng cho c¸c bé phËn m¸y nãng tõ 80  1000C, Kh«ng tiÕp xóc víi n-íc, cã ký hiÖu 1-13 vµ 1-13C. Mì chÞu nãng vµ chÞu ®-îc l¹nh: dïng ë nh÷ng bé phËn cã nhiÖt ®é tõ 60  1500C gåm c¸c lo¹i: ЦИАΤИМ-201; ЦИАΤИМ -202; ЦИАΤИМ – 203. Mì b¶o qu¶n: Dïng ®Ó b«i tr¬n lªn bÒ mÆt chi tiÕt chèng han gØ, chÞu nãng tíi 350C, ký hiÖu K-15, CXK. 78 môc lôc TT Néi dung Trang Lêi nãi ®Çu 1 PhÇn 1: VËt liÖu kim lo¹i vµ nhiÖt luyÖn 1 Ch-¬ng1: Lý thuyÕt vÒ hîp kim 2 1.1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ hîp kim 2 1.2 CÊu tróc tinh thÓ cña hîp kim 3 Ch-¬ng 2: Gang 14 2.1 Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ gang 14 2.2 C¸c lo¹i gang th-êng dïng 14 2.3 Ký hiÖu mét sè lo¹i gang gi÷a c¸c n-íc 20 Ch-¬ng 3: ThÐp 23 3.1 ¶nh h-ëng cña c¸c nguyªn tè ®Õn tÝnh chÊt cña thÐp 23 3.2 ThÐp c¸c bon 24 3.3 ThÐp hîp kim 33 Ch-¬ng 4: Kim lo¹i mµu vµ hîp kim mµu 44 4.1 Nh«m vµ hîp kim nh«m 44 4.2 §ång vµ hîp kim ®ång 49 4.3 Hîp kim lµm æ tr-ît 52 Ch-¬ng 5: NhiÖt luyÖn vµ ho¸ nhiÖt luyÖn 55 5.1 NhiÖt luyÖn 55 5.2 Hãa nhiÖt luyÖn 60 PhÇn 2: VËt liÖu phi kim lo¹i Ch-¬ng 6: Polyme - Cao su - ChÊt dÎo DÇu vµ mì b«i tr¬n 65 6.1 Polyme - Cao su - ChÊt dÎo 65 6.2 DÇu vµ mì b«i tr¬n 75 79

Các file đính kèm theo tài liệu này:

cong_nghe_han_vat_lieu_co_khi.pdf