Giáo trình môn: Vật liệu cơ khí

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BR – VT TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: VẬT LIỆU CƠ KHÍ NGHỀ: CHẾ TẠO KHUÔN MẪU TRÌNH ĐỘ:CDN-TCN Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐN ngày.tháng.năm ......... ........... của Hiệu trưởng trường Cao đẳng nghề tỉnh BR - VT Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2015 LỜI NÓI ĐẦU Trong thời kỳ công nghiệp hóa , hiện đại hóa của nước ta nói chung và của Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu nói riêng , công tác đào tạo nguồn nhân lực cho các khu công nghiệp có vai trò hết sức quan trọng ,

doc127 trang | Chia sẻ: huong20 | Ngày: 20/01/2022 | Lượt xem: 33 | Lượt tải: 0download
Tóm tắt tài liệu Giáo trình môn: Vật liệu cơ khí, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
là yếu tố cơ bản để phát triển xã hội và tăng trưởng nhanh và bền vững . Quán triệt chủ trương nghị quyết , Tỉnh Đảng bộ Bà Rịa – Vũng tàu lần thứ 5, về phát triển nguồn nhân lực đáp ứng kịp thời nguồn nhân lực cho công cuộc công nghiệp hóa , hiện đại hóa Tỉnh Bà Rịa – Vũng tàu .và nhận thức đúng đắn về tầm quan trọng của chương trình giáo trình đối với việc nâng cao chất lượng đào tạo Trên cơ sở Chương trình khung của Bộ LĐTBXH,ban hành và kinh nghiệm thực tế từ quá trình đào tạo với sự hợp tác và giúp đỡ nhiệt tình của các chuyên gia đến từ Nhật bản và sự chỉ đạo trực tiếp của Ban Giám hiệu Trường cao đẳng nghề Bà Rịa – Vũng Tàu , khoa cơ khí tổ chức biên soan giáo trình bộ môn Vật liệu Cơ khi , một cách khoa học và có hệ thống , càp nhàt kiến thức thực tế , phù hợp với đối tượng học sinh học nghề . Môn học vật liệu cơ khí là một môn học có rất nhiều thông tin về lý thuyết , và mang tính ứng dụng rất cao trong thực tiễn Giáo trình này là tài liệu giảng dạy và học tập cho giáo viên và học sinh nghành cơ khí của Trường cao Đẳng nghề Tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu Dù đã hết sức cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót , bất cập chúng tôi mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô và các em học sinh trong nhà Trường để từng bước hoàn thiện giáo trình này Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về Khoa cơ khí – Trường Cao Đẳng nghề Tỉnh Bà Rịa – Vũng tàu Đ/C: Ấp Thanh Tân – TT Đất Đỏ - Huyện Đất Đỏ - Tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu ĐT:0643.866421- Xin chân thành cảm ơn ./. Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày 21 tháng 08 năm 2015 Ban biên soạn Trần Bình Minh Nguyễn Hữu Tuấn MỤC LỤC Lời nói đầu 2 Mục lục 3 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MÔN VẬT LIỆU CƠ KHÍ 4 1. Khái niệm về vật liệu và vai trò của vật liệu trong ngành kỹ thuật 4 2. Đối tượng của môn học cho ngành kỹ thuật 6 3. Mục đích của môn học cho ngành kỹ thuật cơ khí 6 4. Vị trí môn học 6 5. Giới thiệu chương trình học 6 PHẦN 1: CƠ SỞ VẬT LIỆU HỌC 7 Chương 2: Cấu tạo và tính chất của kim loại và hợp kim 8 2.1. Khái niệm về vật liệu công nghiệp 8 2.2. Khái niệm về vật liệu kim loại 9 2.3. Cấu tạo về mạng tinh thể và hạt của kim loại 10 2.4. Cách đánh giá cơ tính của kim loại 12 Chương 3: Hợp kim sắt -cacbon 15 3.1. Phân loại hợp kim sắt - cacbon 15 3.2. Giản đồ trạng thái sắt - cacbon 16 3.3. Khái niệm về quá trình sản xuất và gia công hợp kim sắt -cacbon 19 3.4. Sản xuất gang 20 3.5. Sản xuất thép 26 Chương 4: Thép 30 4.1. Thép cacbon 30 4.2. Thép hợp kim 34 Chương 5: Gang 47 5.1. Thành phần của gang 47 5.2. Tổ chức bên trong của gang 47 5.3. Phân loại gang 48 5.4. Gang Xám 49 5.5. Gang cầu 50 5.6. Gang dẻo 51 5.7. Hợp kim trung gian 52 Chương 6: Hợp kim màu 55 6.1. Đặc điểm và tính chất của hợp kim màu 55 6.2. Đồng và hợp kim đồng 55 6.3. Nhôm và hợp kim nhôm 58 6.4. Hợp kim cứng 59 6.5. Hợp kim chống masat 59 Chương 7: Nhiệt luyện 61 7.1. Một số khái niệm cơ bản về nhiệt luyện 61 7.2. Các hình thức nhiệt luyện 63 Chương 8: Vật liệu phi kim loại 76 8.1. Khái niệm về một số vật liệu phi kim loại 76 8.2. Chất dẻo 76 8.3. Vật liệu composit 79 8.4. Cao su 80 8.5. Amian 81 8.6. Gỗ 81 8.7. Đá mài và bột mài 82 8.8. Vật liệu chịu lửa và chịu nhiệt 87 PHẦN 2: THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU HỌC 91 Bài 1: Chuẩn bị mẫu để nghiên cứu tổ chức tế vi của KL và HK 95 Bài 2: Thí nghiệm kéo 102 Bài 3: Đo độ cứng và nghiên cứu quá trình tôi thép 110 Bài 4: Nghiên cứu tổ chức tế vi của thép sau khi nhiệt luyện 120 Tài liệu tham khảo.127 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ MÔN VẬT LIỆU CƠ KHÍ KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU VÀ VAI TRÒ CỦA VẬT LIỆU TRONG KỸ THUẬT. Vật liệu là những vật rắn mà con người sử dụng để chế tạo công cụ , máy móc thiết bị, xây dựng công trình. Ba nhóm vật liệu dùng phổ biến trong công nghiệp là : Vật liệu kim loại, vật liệu vô cơ và vật liệu hữu cơ – polymer. Trong ba 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 tạo ra những cơ cấu máy móc và những công trình xây dựng ĐỐI TƯỢNG CỦA VẬT LIỆU HỌC CHO NGÀNH KỸ THUẬT Vật liệu học là môn học khảo sát bản chất của vật liệu, mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất của chúng, từ đó đề ra phương án chế tạo và sử dụng hợp lý. Máy móc trong cơ khí được cấu tạo từ nhiều chi tiết và dụng cụ của nó , do điều kiện làm việc của chúng khác nhau nên đòi hỏi các yêu cầu cơ tính khác nhau. Đặc biệt, để đạt tính cạnh tranh trong nền kinh tế hiện nay thì các sản phẩm cơ khí này vừa phải đạt cơ tính đề ra vừa phải chọn công nghệ có chi phí thấp nhất để. Song yêu cầu cuối cùng của vật liệu vẫn là cấu trúc bên trong của vật liệu. MỤC ĐÍCH MÔN HỌC VẬT LIỆU CƠ KHÍ Trang bị cho học sinh những kiến thức cơ bản nhất, cần thiết về vật liệu. Nhờ đó học sinh có thể lựa chọn và sử dụng các loại vật liệu thường dùng trong các loại vật liệu thường dùng trong các thiết bị cơ khí, để đáp ứng tính năng sử dụng , tính công nghệ , tính kinh tế đối với từng bộ phận chi tiết khi thay thế hay sửa chữa nó. VỊ TRÍ MÔN HỌC Vật liệu cơ khí là môn học kỹ thuật cơ sở nhằm cung cấp những kiến thức cơ bản nhất, cần thiết nhất về những loại vật liệu phổ biến thường dùng trong ngành cơ khí. Nhờ đó học sinh có thể tiếp thu kiến thức các môn học kỹ thuật cơ sở khác và kiến thức chuyên môn sau này để chọn vật liệu thích hợp và sử dụng nó. GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH HỌC Môn học thực hiện gồm 2 phần, phần I gồm 7 chương, từ chương 2 đến chương 8, phần II là phần thực hành các thí nghiệm. PHẦN I: VẬT LIỆU HỌC CƠ SỞ Chương 2: Cấu tạo và tính chất của kim loại và hợp kim Chương 3: Hợp kim sắt – các bon Chương 4: Thép Chương 5: Gang Chương 6: Kim loại màu Chương 7: Nhiệt luyện Chương 8: Vật liệu phi kim loại PHẦN II: THỤC HÀNH Bài 1: Giới thiệu về lý thuyết Bài 2: Thí nghiệm kéo Bài 3: Thí nghiệm đo độ cứng Bài 4: Thí nghiệm đo cấu trúc vật liệu sau nhiệt luyện và nhiệt luyện PHẦN I VẬT LIỆU HỌC CƠ SỞ CHƯƠNG 2 CẤU TẠO VÀ TÍNH CHẤT CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM Mục đích Cung cấp những kiến thức cơ bản về tính chất và cấu tạo vật liệu ( đặt biệt cấu tạo của hợp kim) để từ đó xác định được mối quan hệ giữa chúng. Yêu cầu Phân biệt và hiểu được các tính chất. Hiểu và nắm chắc định nghĩa, ký hiệu, đơn vị, ý nghĩa các loại cơ tính thường dung trong vật liệu kim loại. Hiểu được cấu tạo bên trong của kim loại nguyên chất và hợp kim. Hiểu được các dạng cấu tạo của hợp kim. KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU CÔNG NGHIỆP Tất cả các vật liệu dùng trong công nghiệp được sử dụng có thể ở cả 3 trạng thái là rắn, lỏng và khí. Ở trạng thái rắn như sắt, thép, gỗ, đá, chất dẻo, cao su v.v.Ở trạng thái lỏng như xăng, dầu, rượu, benzen, nước, glyxêrin v.vỞ trạng thái khí và hơi như hơi nước quá nhiệt (có nhiệt độ cao hơn 100oC), khí oxy (O2) và axêtylen dùng trong ngành hàn, khí cacbonic (CO2) đã được hoá lỏng dùng làm lạnh bia, nước ngọt v.v Các vật liệu ở trạng thái rắn dùng để chế tạo các máy móc, công trình, vật dụng dùng trong đời sống hàng ngày của con người có thể chịu được một lực tác dụng nhật định nào đó được gọi là vật liệu kết cấu. Tuỳ thuộc vào cấu tạo bên trong, vật liệu kết cấu lại được chia thành 3 loại: Vật liệu tinh thể, vật liệu vô định hình và vật liệu gốm. Về tính chất vật lý vật liệu kết cấu lại có thể chia làm 2 loại là vật liệu kim loại và vật liệu phi kim loại (có thể gọi vật liệu không kim loại) Vật liệu tinh thể gồm các kim loại nguyên chất, các hợp kim và các loại đá, các muối vô cơ. Vật liệu tinh thể là các vật liệu mà các nguyên tử của chúng ở trạng thái rắn luôn luôn được sắp xếp theo một trật tự nhất định gọi là mạng tinh thể. Trong đó các kim loại và hợp kim như sắt, nhôm, đồng , thép, gang, dura có tính kim loại, còn các loại đá và muối như muối ăn (NaCl), đá vôi (CaCO3), thạch cao (CaSO4) có cấu tạo mạng tinh thể nhưng lại không có tính kim loại nên thuộc vật liệu phi kim loại. Vật liệu vô định hình là các vật liệu mà các nguyên tử, phân tử của chúng không sắp xếp theo mạng tinh thể. Hầu hết các vật liệu phi kim loại (trừ đá và muối) đều ở dạng vô định hình như gỗ, chất dẻo, thuỷ tinh, vải, amian v.v Vật liệu gốm là vật liệu mà cấu tạo bên trong gồm vừa có các tinh thể vừa có một phần vật chất ở dạng vô định hình. Vật liệu gốm trong thiên nhiên cũng có, nhưng tính chất không ổn định nên trong công nghiệp ít được dùng. Vật liệu gốm công nghiệp chủ yếu là nhân tạo. Để chế tạo vật liệu gốm kim loại hoặc phi kim loại người ta chế tạo các hạt tinh thể rất nhỏ gọi là bột, ép lại thành hình ,một sản phẩm nào đó rồi nung nóng (gọi là thiêu kết) để các hạt bột dính lại với nhau tạo thành sản phẩm. Do ép từ bột nên bên trong vật liệu gốm bao giờ cũng có những lỗ hổng (lỗ bộng) chứa không khí nên vật liệu gốm bao giờ cũng "xốp" hơn các vật liệu khác. Độ xốp là điểm đặc biệt của vật liệu gốm. Trong giáo trình này chúng ta chỉ nghiên cứu các kim loại và phi kim loại thông dụng. 2.2-KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU KIM LOẠI 2.2.1- Kim loại là gì? Kim loại là các vật liệu có tính dẫn nhiệt, dẫn điện tốt; có tính dẻo cao nghĩa là có thể dát mỏng, kéo dài một cách dễ dàng và có một vẻ sáng bên ngoài riêng biệt mà được gọi là "ánh kim" 2.2.2- Phân loại kim loại Khi trong một khối kim loại chỉ gồm một nguyên tố hoá học thì gọi là kim loại nguyên chất. Nếu trong đó gồm nhiều nguyên tố mà nguyên tố kim loại là chủ yếu thì gọi là hợp kim. Hợp kim phải có tính kim loại. Về màu sắc và sử dụng, kim loại và hợp kim được chia làm 2 loại: Kim loại đen và kim loại màu. Kim loại đen là các kim loại và các hợp kim trên cơ sở nguyên tố sắt (Fe) cụ thể là sắt nguyên chất, hợp kim của nó là thép và gang. Kim loại màu là các kim loại và hợp kim trên cơ sở các nguyên tố kim loại còn lại như nhôm (Al), đồng (Cu), chì (Pb), thiếc (Sn), kẽm (Zn), mangan (Mn), silic (Si), môlipđen (Mo), . . . Kim loại màu lại được phân làm các loại sau: - Kim loại nhẹ là các kim loại và hợp kim có khối lượng riêng nhỏ hơn hay bằng 4g/cm3 như nhôm (Al), titan (Ti), magiê (Mg), liti (Li), . . . - Kim loại nặng là các kim loại và hợp kim có khối lượng riêng lớn hơn 4 g/cm3 như sắt (Fe), đồng (Cu), kẽm (Zn), niken (Ni), vônfram (W), môlipđen (Mo), ziếc côn (Zr), . . . - Kim loại dễ chảy là các kim loại và hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của sắt (1539oC) như nhôm (660oC), magiê (650oC), chì (327oC), thiếc (232oC), vàng (1063oC), bạc (960oC),. . . - Kim loại khó chảy là các kim loại và hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ nóng chảy của sắt như titan (1665oC), crôm (1875oC), đặc biệt có các nguyên tố rất khó chảy như vanađi (1900oC), niôbi (2468oC), môlipđen (2610oC), tantan (3000oC), vônfram (3380oC), . . . - Kim loại quý là các kim loại và các hợp kim của chúng có tính rất bền (trơ, không tác dụng hoá học) với các môi trường thông thường kể cả các loại axit mạnh. Nhóm này gồm 8 nguyên tố như bạc (Ag), vàng (Au), paladi (Pd), platin (bạch kim, Pt), osmi (Os), rôđi (Rh), rutêni (Ru), iriđi (Ir). - Kim loại hiếm là các kim loại có trữ lượng rất ít trong vỏ quả đất như Mo, Zr, . . .đặc biệt là các nguyên tố đất hiếm như lantan (La), xêri (Ce), xamari (Sm),. . . 2.3- CẤU TẠO MẠNG TINH THỂ VÀ HẠT CỦA KIM LOẠI 2.3.1- Cấu tạo nguyên tử của kim loại Kim loại có các tính chất khác nhau là do tổ chức bên trong của chúng khác nhau. Một khối kim loại gồm các nguyên tử kim loại cùng loại hoặc khác loại tạo thành. Mỗi nguyên tử là một hệ thống phức tạp gồm: Hạt nhân mang điện dương ở giữa và các điện tử mang điện âm quay xung quanh hạt nhân đó. Hạt nhân bao gồm proton và nơtron. Khối lương của nguyên tử chủ yếu tập trung vào hạt nhân, vì khối lượng của các điện tử vô cùng bé không đáng kể so với khối lượng của hạt nhân. Số lượng điện tử trong mỗi nguyên tử đúng bằng số lượng proton trong hạt nhân của nguyên tử đó, do đó bình thường mỗi nguyên tử có tính chất trung hoà về điện vì số tích điện dương của hạt nhân đúng bằng số tích điện âm của các điện tử (các nơtron trong hạt nhân không tích điện). Số lượng điện tử của mỗi nguyên tố đúng bằng số thứ tự của nguyên tố đó trong bảng tuần hoàn. Trong số hơn 100 nguyên tố hoá học trong bảng tuần hoàn thì khoảng 80 nguyên tố là các kim loại. Các điện tử luôn luôn chuyển động quanh hạt nhân theo các quỹ đạo hình elip và được xếp thành các vành năng lượng khác nhau. Số điện tử càng nhiều số vành càng nhiều, nhưng với các nguyên tố đã phát hiện được hiện nay nguyên tố có số điện tử lớn nhất có số vành điện tử không quá 7. Các nguyên tố kim loại có đặc điểm là số điện tử ở vành ngoài cùng rất ít (2 hoặc 3), có liên kết yếu với hạt nhân nên dễ tách khỏi sức hút của hạt nhân để di chuyển tự do trong toàn khối kim loại và được gọi là điện tử tự do. Điện tử tự do là một đặc điểm nổi bật của cấu tạo kim loại. Nhờ có điện tử tự do mà kim loại có các tính chất độc đáo khác với các vật liệu phi kim loại như tính dẫn nhiệt và dẫn điện tốt, tính dẻo cao v.v 2.3.2- Cấu tạo tinh thể của kim loại Kim loại ở trạng thái rắn có cấu tạo bên trong theo mạng tinh thể, nghĩa là các nguyên tử kim loại luôn luôn sắp xếp theo những hình hình học không gian nhất định gọi là mạng tinh thể không gian, gọi tắt là mạng tinh thể. Trên hình 2-1 biểu diễn một phần của mạng tinh thể. Mạng tinh thể của kim loại có nhiều kiểu khác nhau. Phần nhỏ nhất biểu diễn đặc trưng cho một kiểu mạng tinh thể gọi là ô cơ bản . thí dụ trên hình 2 -2 biểu diễn các kiểu mạng lập phương tâm khối (còn gọi là lập phương thể tâm), lập phương tâm mặt (lập phương thể tâm) và sáu phương xếp chặt (lục giác xếp chặt). Trong các hình dưới, mỗi vòng tròn nhỏ biểu diễn cho một nguyên tử kim loại. Vị trí có nguyên tử kim loại gọi là nút mạng. Một mặt phẳng chứa các nguyên tử gọi là mặt mạng hay mặt tinh thể. Hình 2.1 – Mạng tinh thể không gian của kim loại Nhiều mặt tinh thể xếp liên tục với nhau tạo thành mạng không gian. Khi kim loại nóng chảy thì sự sắp xếp theo mạng tinh thể sẽ bị phá vỡ, ngược lại khi đông đặc thì mạng tinh thể sẽ được thành lập. Do đó quá trình đông đặc của kim loại còn gọi là quá trình kết tinh. Đa số các kim loại từ nhiệt độ thường khi nung nóng đến nhiệt độ nóng chảy kiểu mạng tinh thể không thay đổi. Nhưng có một số kim loại có tính đặc biệt là ở trạng thái rắn khi nung nóng đến một nhiệt độ nhất định (chưa đạt đến nhiệt độ nóng chảy) thì chuyển sang một kiểu mạng tinh thể khác. Tính chất đó gọi là tính thù hình (hay tính dị hình). Mỗi kiểu kiểu mạng tinh thể ở một khoảng nhiệt độ nhất định của các kim loại đó gọi là một dạng thù hình. Thí dụ nguyên tố sắt (Fe) ở nhiệt độ thường có mạng lập phương tâm khối gọi là Fe (đọc là sắt an-pha), nhưng khi nóng đến 911oC nó chuyển sang kiểu mạng lập phương tâm mặt gọi là Fe (đọc là sắt gam-ma). Khi nóng đến 1399oC nó lại chuyển về kiểu mạng lập phương tâm khối nhưng được gọi là Fe (đọc là sắt đen -ta) và giữ nguyên kiểu mạng này cho đến khi nóng chảy. Như vậy sắt có 2 kiểu mạng là lập phương tâm mặt và lập phương tâm khối hay còn gọi là 2 dạng thù hình của sắt là lập phương tâm mặt và lập phương tâm khối. 2.3.3- Cấu tạo hạt của kim loại Trong kim loại thực tế sự sắp xếp mạng tinh thể bên trong kim loại không phải luôn luôn đồng nhất. Tuỳ huộc đặc điểm của quá trình kết tinh hoặc các phương pháp gia công khác nhau, các mặt tinh thể trong mạng không gian không phải luôn luôn song song với nhau mà thường có dạng như hình 2-3. Do đó một phần tinh thể có sự sắp xếp tương đối đồng nhất với nhau, được giới hạn trong một khối hẹp như trên hình vẽ, gọi là một hạt. Kích thước một hạt có thể to nhỏ rất khác nhau tuỳ thuộc quá trình gia công như quá trình làm nguội khi đúc, quá trình biến dạng khi cán, kỹ thuật biến tính khi nấu luyện, v.v. . .Kích thước hạt của kim loại có ảnh hưởng lớn đến cơ tính của kim loại và hợp kim. Thí dụ hạt càng nhỏ độ bền và độ dai va đập của kim loại càng cao. Nếu sau một quá trình gia công nhất định khi đúc, rèn, cán, dập kim loại có một kích thước hạt nhất định. Có thể thay đổi kích thước hạt đó mà không muốn thay đổi kích thước hoặc hình dáng bên ngoài của sản phẩm người ta có thể dùng các phương pháp nhiệt luyện để cải thiện độ hạt. 2.4- CÁCH ĐÁNH GIÁ CƠ TÍNH CỦA KIM LOẠI Cơ tính của kim loại được đánh giá bằng các chỉ tiêu sau: 2.4.1- Độ bền. Độ bền là khả năng chống biến dạng của kim loại khi nó chịu tác dụng một lực nhất định. Để đo độ bền kim loại người ta phải chế tạo mẫu thử theo kích thước quy định và thử trên các máy thử chuyên dùng như máy kéo nén, máy thử mỏi, máy thử xoắn Trên hình 2-4 là máy thử độ bền. Tuỳ thuộc phương pháp thử, độ bền được chia thành các loại sau: Độ bền kéo ký hiệu K , đơn vị đo lường là N/mm2 (đọc là Niu-tơn trên milimet vuông) hay MPa (đọc là mêga pascal). Đơn vị đo lường cũ là KG/mm2 (1 KG/mm2=9,81N/mm2) Độ bền nén ký hiệu n Độ bền uốn ký hiệu u Độ bền xoắn ký hiệu x Độ bền mỏi ký hiệu -1 2.4.2- Độ cứng Về bản chất, độ cứng và độ bền là giống nhau, chỉ khác ở phương pháp đo. Khi đo độ bền dùng mẫu riêng và phá huỷ toàn bộ mẫu, còn khi đo độ cứng chỉ đo tại một vài điểm trên mẫu và không phá huỷ mẫu. Tuỳ theo phương pháp đo, độ cứng có các loại thông dụng sau: -Độ cứng Brinen (Brinelle) ký hiệu HB. Máy đo độ cứng Brinen như trên hình 2-5 chỉ dùng để đo các kim loại mềm (chưa tôi cứng) có chiều dày mẫu lớn hơn 30mm. -Độ cứng Rốc-oeo (Rockwell) ký hiệu HR. Máy đo độ cứng Rốc-oeo như trên hình 2-6 có 3 thang đo: thang thứ nhất ký hiệu HRB dùng để đo vật liệu mềm giống như vật đo trên máy Bri-nen, nhưng trên máy Rốc-oeo có thể đo được mẫu chiều dày lớn hơn 5mm. Thang thứ 2 ký hiệu HRC dùng để đo vật liệu cứng (thép đã tôi) các mẫu có chiều dày lớn hơn 3mm. Thang thứ 3 ký hiệu HRA dùng để đo vật liệu rất cứng có chiều dày lớn hơn 2mm. -Độ cứng Vích-ke (Vickers) ký hiệu HV. Máy đo độ cứng Vích-ke như trên hình 2-7 dùng để đo các vật liệu cứng hoặc mềm nhưng có chiều dày nhỏ hơn 3mm nhưng phải lớn hơn 0,5mm. Với những tấm kim loại rất mỏng dùng phương pháp đo độ cứng tế vi trên các kính hiển vi ký hiệu H . (thường chỉ dùng trong các phòng thí nghiệm). 2.4.3-Độ dẻo Độ dẻo là khả năng biến dạng của kim loại khi tác dụng lên nó một lực nhất định. Độ dẻo được đánh giá bằng hai chỉ tiêu: -Độ dãn dài (tương đối) ký hiệu % (đọc là đen-ta) tính theo phần trăm. -Độ thắt (tỷ đối) ký hiệu % (đọc là pxi) tính theo phần trăm. 2.4.4- Độ dai va đập Độ dai va đập là khả năng chống biến dạng của kim loại khi chịu tác dụng của lực động (lực va đập). Độ dai va đập ký hiệu aK, đơn vị đo lường là J/cm2(đọc là jun trên xăngtimet vuông). Đơn vị đo lường cũ là KGm/cm2. 1KGm/cm2= 98,1 J/cm2. Đo độ dai trên máy thử độ dai va đập . Khi đánh giá tính chất của kim loại, ngoài việc đánh giá theo cơ tính, người ta còn đánh giá kim loại theo các tính chất vật lý, tính chất hoá học và trong ngành cơ khí còn đánh giá bằng tính công nghệ. Tính công nghệ của kim loại là khả năng có thể gia công bằng phương pháp nào là tốt. Tính công nghệ của kim loại gồm: tính đúc, tính hàn, tính chịu gia công áp lực, tính chịu cắt gọt, tính chịu nhiệt luyện. Các tính chất này thường được nghiên cứu trong các giáo trình công nghệ gia công của từng phương pháp. Câu hỏi ôn tập 1 -Các kiểu mạng tinh thể thường gặp của kim loại là gì? Vẽ các ô cơ bản của các kiểu mạng tinh thể đó. 2 -Tính thù hình là gì? Trình bày tính thù hình của sắt. 3 -Viết ký hiệu và đơn vị đo lường của độ bền, độ cứng, độ dẻo và độ dai va đập. CHƯƠNG 3 HỢP KIM SẮT- CACBON Mục đích - Cho biết cấu tạo và cơ tính của hợp kim Fe –C thong qua giản đồ trạng thái và cách sử dụng nó. - Nắm rõ được qúa trình sản xuất thép và gang 2. Yêu cầu - Hiểu được khái niệm về giản đồ trạng thái nói chung. - Nắm được các tổ chức một pha, hai pha, điểm, đường tới hạn trên giản đồ trạng thái. - Biết cách sử dụng giản đồ. - Biết được quá tình sản xuất thép và gang. 3.1- PHÂN LOẠI HỢP KIM SẮT - CACBON Hợp kim sắt-cacbon (có thể viết là hợp kim Fe-C) là hợp kim của 2 nguyên tố chủ yếu là sắt (Fe) và cacbon (C), trong đó hàm lượng cacbon thay đổi không quá 6,67%, nhưng trong thực tế chỉ sử dụng không quá 4%C. Tùy thuộc hàm lượng cacbon trong hợp kim người ta chia ra: Thép là hợp kim Fe-C trong đó lượng C không quá 2%, còn gang là hợp kim Fe-C chứa lớn hơn 2%C. Trong thực tế, thành phần của thép và gang không phải chỉ có 2 nguyên tố Fe và C, mà thường còn chứa nhiều nguyên tố khác nữa. Trong bất kỳ loại thép hay gang nào cũng đều có chứa 4 nguyên tố tạp chất là: S (lưu huỳnh), P (phốt pho), Mn (mangan ), Si (silic). Tạp chất lưu huỳnh trong thép làm cho thép có tính dòn nóng, do đó khi luyện thép người ta phải khử lưu huỳnh bằng ferô mangan (FeMn) để giảm lượng S trong thép còn không quá 0,05%. Trong các thép chất lượng cao của các nước có nền công nghiệp luyện kim tiên tiến người ta quy định lượng lưu huỳnh cho phép không quá 0,02%. Trong các thép chất lượng không cao, khi dùng để chế tạo các chi tiết không quan trọng, để tăng tốc độ cắt gọt trên máy tiện tự động, người ta cho lượng S có thể tăng lên đến 0,10-0,12% và các thép đó được gọi là thép tự động. Lưu huỳnh trong gang cũng làm tăng tính dòn nóng nhưng cho phép hàm lượng S có thể đến 0,10-0,15%. Tạp chất phốt pho trong thép làm cho thép có tính dòn lạnh. Hàm lượng P cho phép trong các thép thông thường không quá 0,05%. Khi luyện thép, để giảm lượng P trong thép người ta có thể dùng nhiều biện pháp khác nhau nhưng đều phải luyện trong lò có tính kiềm vì phải sử dụng nhiều đá vôi. Khi lượng P trong thép cao, cơ tính của thép giảm, nhưng tính chịu cắt gọt lại dễ hơn nên có thể thay thép có S cao bằng thép có P cao (0,12-0,15%P) để làm thép tự động. Phốt pho ở trong gang cho phép đến 0,2%, đôi lúc có thể đến 0,5%. Sở dĩ P trong gang có lúc cho phép cao là vì ngoài tác dụng xấu làm giảm cơ tính của gang, P lại có tác dụng khác theo chiều hướng tốt là tạo một tổ chức bên trong gọi là cùng tinh 2 nguyên làm tăng tính chống mài mòn của gang và làm tăng tính chảy loãng cho gang. Tạp chất mangan và silic trong thép làm cho thép bền hơn nhưng cũng dòn hơn. Hàm lượng của chúng thường được giới hạn trong khoảng 0,35-0,4% Si và 0,5-0,8% Mn. Các tạp chất Si và Mn có trong thép là do khi luyện người ta cho ferô silic vào lò hoặc cho vào thùng rót để khử oxy, cho ferô mangan vào lò để khử lưu huỳnh. Sau các phản ứng hóa học tạo thành xỉ nổi lên mặt kim loại lỏng, một lượng Si và Mn rất nhỏ còn lại hòa tan trong thép đóng vai trò tạp chất. Trong trường hợp lượng Si trong thép cao hơn 1% và Mn cao hơn 1,1% thì lúc đó Mn và Si được gọi là nguyên tố hợp kim. Nếu trong thép ngoài Fe và C, chỉ có các nguyên tố tạp chất S, P, Mn, Si thì thép đó gọi là thép các bon. Nếu ngoài 6 nguyên tố trên còn có thêm các nguyên tố khác dưới dạng các nguyên tố hợp kim thì gọi là thép hợp kim. 3.2- GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT - CACBON Thép và gang là hợp kim của sắt và cacbon. Muốn nghiên cứu sự thay đổi cấu tạo bên trong của hợp kim sắt-cacbon khi nhiệt luyện cần phải nghiên cứu một loại đồ thị gọi là giản đồ trạng thái của hợp kim sắt-cacbon. Qua giản đồ này chúng ta có thể biết được các quy luật về sự kết tinh, những thay đổi bên trong của hợp kim khi nung nóng và làm nguội gọi là các chuyển biến khi nhiệt luyện. Thông qua giản đồ này ta có thể xác định các chế độ nung nóng khi đúc, rèn, dập nóng, khi nhiệt luyện. Giản đồ trạng thái Fe-C được biểu diễn trên một mặt phẳng bằng một toạ độ kép mà trục tung chỉ sự thay đổi của nhiệt độ, còn trục hoành chỉ sự thay đổi thành phần cacbon của hợp kim như trên hình 3-1. Trên trục tung bên trái, nhiệt độ 1539oC (điểm A) chỉ nhiệt độ nóng chảy của sắt nguyên chất. Trên trục tung bên phải điểm D chỉ nhiệt độ nóng chảy của xêmentit (1227oC). Trên trục hoành số 6,67% chỉ tỷ lệ cacbon trong hợp chất xêmentit. Tuỳ thuộc tỷ lệ cacbon trong hợp kim và ở các nhiệt độ khác nhau, sắt và cacbon kết hợp với nhau tạo thành các loại pha khác nhau. Sắt và cacbon là các nguyên tố mà ở trạng thái rắn chúng luôn luôn ở trạng thái tinh thể, nghĩa là các nguyên tử của chúng luôn được sắp xếp theo những hình hình học nhất định gọi là mạng tinh thể. Khi chúng kết hợp với nhau để tạo thành hợp kim, các cấu tạo của hợp kim cũng phải ở dạng các mạng tinh thể. Sắt nguyên chất ở nhiệt độ thường có kiểu mạng lập phương tâm khối như hình 1-2a, gọi là sắt an-pha (Fe ). Nhưng khi nhiệt độ tăng đến 911oC sắt lại chuyển thành kiểu mạng lập phương tâm mặt như trên hình 1-2b gọi là sắt gam-ma (Fe ). Cacbon trong hợp kim Fe-C có thể ở 2 dạng: -Graphit là cacbon ở dạng nguyên chất có mạng lục giác như hình 3-2 -Xêmentit là hợp chất hoá học của sắt và cacbon có công thức Fe3C, trong đó lượng cacbon chiếm tỷ lệ 6,67%, trên giản đồ ký hiệu là Xê. Nếu trong Fe có hoà tan một ít cacbon (thực tế không đáng kể) gọi là dung dịch rắn ferit (trên giản đồ ký hiệu là F). Ở nhiệt độ trên 727oC, Fe hòa tan cacbon với một lượng từ 0 đến 2,14% được gọi là dung dịch rắn auxtênit (trên giản đồ ký hiệu là A). Trong hợp kim Fe-C ở nhiệt độ thấp hơn 727oC khi thành phần cacbon bằng 0,8% sẽ tạo thành một tổ chức hỗn hợp gọi là peclit (trên giản đồ ký hiệu là P). Đây là tổ chức gồm các tấm ferit và các tấm xêmentit nằm xen kẽ nhau gọi là peclit tấm như ở hình 3-3. Khi trong hợp kim có lượng cacbon lớn hơn 2% thường tạo thành một tổ chức hỗn hợp gọi là lêđêburit như trên hình 3-4. Trong tổ chức lêđêburit hàm lượng cacbon chiếm 4,3%. Lêđêburit là tổ chức gồm các hạt peclit phân bố trên nền xêmentit. Trên giản đồ trạng thái Fe-C đường ACD gọi là đường lỏng nghĩa là tất cả mọi thành phần hợp kim khi ở nhiệt độ cao hơn đường lỏng đều nóng chảy hoàn toàn. Đường AECF gọi là đường đặc nghĩa là mọi thành phần của hợp kim khi ở nhiệt độ thấp hơn đường đặc đều đã được kết tinh và ở trạng thái rắn. Như vậy với một thành phần hợp kim bất kỳ khi nung nóng đến nhiệt độ tương ứng với đường đặc sẽ bắt đầu nóng chảy, nhưng khi đạt đến nhiệt độ tương ứng với đường lỏng thì hợp kim mới chảy lỏng hoàn toàn. Thí dụ: nếu các đường cong trên giản đồ là chính xác (thực tế là chưa chính xác lắm) thì với hợp kim có thành phần 1%C, khi nung nóng đến 1400oC nó sẽ bắt đầu nóng chảy, nhưng đến khoảng 1470oC (thực tế khoảng 1490oC) mới nóng chảy hoàn toàn. Giản đồ trạng thái Fe-C được chia thành 2 khu vực: Các hợp kim có thành phần nhỏ hơn 2,14%C (bên trái điểm E) gọi là thép, các hợp kim có thành phần lớn hơn 2,14%C (bên phải điểm E) gọi là gang. Hợp kim có thành phần đúng bằng 0,8%C gọi là thép cùng tích, cấu tạo bên trong được thể hiện trên kính hiển vi gọi là tổ chức tế vi gồm có các hạt peclit như trên hình 2-3. Các thành phần hợp kim nhỏ hơn 0,8%C gọi là thép trước cùng tích có tổ chức gồm các hạt peclit và các hạt ferit như trên hình 3-5. Các thành phần hợp kim lớn hơn 0,8%C gọi là thép sau cùng tích có tổ chức gồm các hạt peclit và lưới xêmentit bao quanh như trên hình 3-6. Các hợp kim có thành phần từ 2,14 đến 4,3%C gọi là gang trước cùng tinh có tổ chức gồm lêđêburit+peclit+xêmentit II như trên hình 7-7, hợp kim có thành phần lớn hơn 4,3%C gọi là gang sau cùng tinh, có tổ chức gồm lêđêburit+xêmentit I như trên hình 8-8 , thành phần đúng bằng 4,3%C gọi là gang cùng tinh gồm toàn tổ chức lêđêburit như trên hình 3-4 . 3.3 -KHÁI NIỆM VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÀ GIA CÔNG HỢP KIM SẮT – CACBON Hợp kim sắt-cacbon được sản xuất từ quặng sắt theo sơ đồ sau (hình 3-9): Từ quặng sau khi qua tuyển sạch để loại bỏ bớt đất cát gọi là tuyển khoáng cho vào lò cao để luyện thành gang (xem phần luyện gang lò cao). Sản phẩm lò cao có thể gồm 2 loại: gang trắng và gang xám. Gang trắng có thành phần cacbon và silic thấp sau khi tháo ra khỏi lò cao thường không đúc thành thỏi mà chứa trong một xe goòng chuyên dùng chở đến lò thép để luyện thành thép. Phương pháp này chỉ dùng ở các khu liên hợp gang thép có lò luyện thép mactanh hay lò chuyển. Từ lò cao nếu luyện gang xám có thành phần cacbon cao hơn từ 2,75 đến 4,2% thì sau khi tháo gang ra khỏi lò, cho chảy vào một bãi cát có tạo sẵn khuôn thỏi gồm nhiều ngấn để đúc thành gang thỏi. Gang này thường được chuyển về các xí nghiệp cơ khí có lò đúc gang để nấu lại và đúc thành các chi tiết máy bằng gang xám hay gang cầu (xem phần luyện gang lò đúc). Gang thỏi còn có thể dùng bổ sung làm nguyên liệu cho lò thép khi luyện thép lò mactanh hay lò điện. Thép sau khi luyện từ lò thép các loại có thể đúc thành chi tiết máy hoặc đúc thành thỏi. Riêng thép luyện từ lò chuyển không đúc thành chi tiết máy mà chỉ đúc thành thỏi để cán. Thép thỏi thường đem cán thành thép cán dưới các dạng sản phẩm khác nhau (xem phần cán thép) hoặc có thể đem rèn thành chi tiết máy. Các loại thép cán ở dạng thép thanh thường gia công bằng cắt gọt hay rèn để tạo thành chi tiết máy, còn thép tấm thường gia công bằng dập hoặc hàn, thép hình thường chỉ gia công bằng cắt đứt rồi hàn khi chế tạo thành chi tiết máy. 3.4- SẢN XUẤT GANG Gang có thể luyện theo 2 phương pháp khác nhau nhưng không thay thế cho nhau được, đó là luyện gang lò cao và luyện gang lò đúc. Sự khác nhau cơ bản của 2 phương pháp này là ở nguyên liệu ban đầu và sản phẩm của mỗi phương pháp. Đối với lò cao, nguyên liệu ban đầu chủ yếu là quặng sắt và sản phẩm của lò cao là bán thành phẩm nhưng cũng để làm nguyên liệu. Còn nguyên liệu ban đầu của lò đúc chủ yếu chính là gang lò cao và sản phẩm của lò đúc là các chi tiết máy bằng gang. Gang lò cao không bao giờ đúc thành chi tiết máy. 3.4.1- Luyện gang lò cao 3.4.1.1- Nguyên liệu: Quặng sắt là nguyên liệu chủ yếu của lò cao. Quặng sắt có nhiều loại: -Quặng sắt từ hay còn gọi là quặng manhêtit, thành phần chủ yếu là oxit sắt từ có công thức hóa học là Fe3O4. -Quặng sắt đỏ hay còn gọi là quặng êmatit hoặc hêmatit có thành phần chủ yếu là oxit sắt 3 có công thức Fe2O3. -Quặng sắt nâu hay còn gọi là quặng limônit, thành phần chủ yếu là oxit sắt 3 ngậm nước có công thức hóa học là nH2O.Fe2O3. Quặng sắt càng giàu càng tốt. Tạp chất trong quặng chia làm 2 loại: Tạp chất có ích như Mn,Ti, V, Ni, Cu, Cr, Tạp chất có hại: S, P, As, Zn, Trong quặng còn chứa SiO2,, Al2O3, CaO, MgO, Quặng sắt được nghiền thành hạt cỡ 20~60mm để bỏ vào lò cao, cỡ nhỏ hơn 20mm gọi là quặng vụn được đưa đi thiêu kết thành cục lớn hơn mới cho vào lò cao để giảm cháy hao. Trước khi thiêu kết p... thể dùng gang trong một số trường hợp khác như trục cán nóng có thể làm bằng gang cầu. Khuôn đúc nhôm, khuôn đúc ly tâm có thể làm bằng gang xám. 4.2.6- Thép đặc biệt. Thép đặc biệt là thép hợp kim có các tính chất lý hoá đặc biệt mà thép cacbon và các thép hợp kim thông thường không thể thoả mãn được. Thép đặc biệt được chia làm nhiều loại: -Thép không gỉ (còn gọi là thép chống ăn mòn hoá học) -Thép chịu nóng -Thép chống mài mòn -Thép kỹ thuật điện -Thép có hệ số dãn nở đặc biệt và một số thép mới xuất hiện nhưng chưa thông dụng. 4.6.3.1- Thép không gỉ (có thể viết "thép không rỉ ") Thép không gỉ là thép có khả năng làm việc ở các điều kiện dễ bị xâm thực bởi các môi trường hoá học như nước ngọt, nước mặn, các loại axit, badơ nồng độ khác nhau ở nhiệt độ cao hoặc thấp. Tuỳ tính chất của các môi trường cần sử dụng thép không gỉ, người ta chế tạo thép không gỉ thành nhiều loại khác nhau: Thép không gỉ crôm còn gọi là thép không gỉ mactenxit (trong dân gian thường gọi là inốc trắng -chữ inốc từ tiếng Pháp inoxydable nghĩa là không oxy hoá=không gỉ). Nhóm thép này chứa 13%Cr, còn thành phần cacbon khác nhau từ 0,10 - 0,40%C. Ký hiệu các thép này như sau: Theo TCVN Tương ứng với AISI JIS 2735-78 5632-72 08Cr13 08X13 403 SUS410JI 12Cr13 12X13 401A SUS403 20Cr13 20X13 422 SUS420JI 30Cr13 30X13 SUS420J2 40Cr13 40X13 Nhóm thép này chỉ chịu được các môi trường badơ và axit loãng không đun nóng. Thép 08Cr13, 12Cr13, 20Cr13 dùng để chế tạo các vật dụng không yêu cầu có độ cứng cao như các loại hộp, bao bì, đồ nữ trang, dụng cụ y tế, dụng cụ gia đình trừ dao, kéo. Để chế tạo dao, kéo và các loại dụng cụ dễ mòn phải dùng thép có hàm lượng cacbon cao hơn là thép 30Cr13, 40Cr13. Hai mác thép này sau khi gia công cơ khí phải tôi để đạt được độ cứng cao. Toàn bộ nhóm thép này, khi chế tạo nếu sau khi nung nóng để nguội ngoài không khí tương đối cứng, khó gia công. Giải thích là do khi nung nóng trên 800oC để nguội ngoài không khí bên trong thép có tạo thành tổ chức mactenxit rất cúng. Vì thế thép này còn có tên là thép mactenxit. Tuy nhiên thép 08Cr13, 12Cr13, 20Cr13 mặc dù có tổ chức mactenxit nhưng vẫn rất mau mòn nên không dùng để chế tạo dao kéo. Thép không gỉ crôm-niken là thép có chứa 2 nguyên tố hợp kim là Cr và Ni. Đây là nhóm thép vữa có tính chất không gỉ, vừa có tính chất chịu nóng. Về tính không gỉ thép này chịu được các loại badơ và axit đặc nhưng nguội. Nếu axit nóng thì phải loãng. Về tính chịu nóng có thể chịu đến nhiệt độ 800oC mà không bị oxy hoá. Nhóm thép này chứa 18%Cr và 8-10%Ni nên còn có tên là thép nhóm 18-8. Cấu tạo bên trong của nhóm thép này chỉ có một loại hạt gọi là hạt auxtênit nên thép này còn có tên là thép auxtênit, không có tính sắt từ (không hút nam châm). Tổ chức này không thay đổi khi nung nóng và làm nguội thép ở bất kỳ nhiệt độ nào. So với thép không gỉ crôm, thép này có màu sắc sẫm hơn, cứng hơn, khó gia công hơn. Trong dân gian thường gọi là inôc xanh hay inốc không hít. Thép này có hàm lượng cacbon càng thấp càng tốt, càng ít bị ăn mòn hoá học. Khi hàn thép này cần chọn đúng loại que hàn loại này, nếu dùng loại que hàn nhóm mactenxit (có hàm lượng cacbon cao hơn) mối hàn sẽ bị gỉ. Một vài ký hiệu của nhóm thép này: Theo TCVN Tương ứng với AISI JIS 2735-78 5632-72 (Mỹ) (Nhật) 08Cr18Ni11 08X18H11 304 SUS 304 12Cr18Ni9 12X18H9 305 SUS 305 08Cr18Ni10Ti 08X18H10T 321 SUS 321 08Cr18Ni12Nb 08X18H12 347 SUS 347 Thép không gỉ chịu axit. Đây cũng là thép không gỉ crôm nhưng có lượng crôm lớn hơn 16%. Thép này còn có tên là thép ferit. Thép có khả năng chịu được axit loãng và đặc, ở cả nhiệt độ thường và cao. Do đó thường dùng chế tạo thiết bị trong ngành hoá như nồi nấu axit, các ống dẫn hoá chất v.vMột số ký hiệu thép loại này: Theo TCVN Tương ứng với AISI JIS 2735-78 5632-72 (Mỹ) (Nhật) 12Cr17 12X17 430 SUS 430 08Cr17Ti 08X17T 635 SUS 631 90Cr18 9X18 440 SUS 440 15Cr25Ti 15X25T - - 4.2.6.2- Thép chịu nóng :là các loại thép có khả năng chịu được nhiệt độ cao trong môi trường khí có tính ăn mòn kim loại. Nguyên tố chủ yếu để tạo nên tính chịu nóng là nguyên tố crôm. Nếu trong thép lượng chứa crôm từ 10 -13% thì có thể chịu nhiệt đến 750oC, chứa đến 25% chịu được 1100oC. ngoài ra để tăng tính chống oxy hoá ở nhiệt độ cao người ta cho thêm nhôm (Al), silic (Si). Đặc biệt khi trong thép có một lượng niken (Ni) trên 14% thép không những chống oxy hoá tốt mà còn giữ được độ bền cao ở nhiệt độ cao. Dưới đây là ký hiệu một số thép chịu nóng và công dụng của chúng. Theo TCVN Tương ứng với Công dụng 2735-78 5632-72 40CrSi2 40X9C2 Làm xupap xả động cơ đốt trong 40Cr10Si2Mo 40X10C2M 08Cr18Ni12Nb 08X18H12? Làm chi tiết ống, chi tiết sườn lò, bộ phận trao đổi nhiệt trong lò nung, nồi hơi 10Cr17Ni13Mo2Ti 10X17H13M2T 20Cr20Ni14Si2 20X20H14C2 20Cr25Ni20Si2 20X25H20C2 Làm các chi tiết treo 4.2.6.3- Thép chống mài mòn cao: là thép có khả năng làm việc ở các điều kiện va đập mạnh và mài mòn cao như hàm máy nghiền đá, xích xe tăng, răng gàu xúc v.vThép có nhiều loại khác nhau, nhưng thường dùng nhất là thép mangan cao, còn có tên là thép Hát-phin (Hadfield). Thép có thành phần chủ yếu gồm 0,90-1,40%C; 11,50-15,00%Mn; 0,80 -1,00%Si, có cấu tạo bên trong là tổ chức auxtenit, không hút nam châm. Thép này có tính chất đặc biệt là khi va đập càng mạnh thép càng cứng nên rất lâu mòn. Thép này ở điều kiện bình thường không thể gia công cơ khí được. Khi hư hỏng muốn sửa chữa bằng gia công cơ khí phải đem ủ theo một chế độ đặc biệt để thép mềm ra mà không thể xảy ra các chuyển biến bên trong khi chịu va đập của dao cắt gọt. 4.2.6.4- Thép kỹ thuật điện: là các loại thép thường dùng để chế tạo các máy móc và linh kiện dùng trong kỹ thuật điện và điện tử. Thép có nhiều loại: Thép có điện trở lớn, thép từ cứng, thép từ mềm, thép không có từ tính. Thép có điện trở lớn. Thép được sử dụng để làm biến trở và dây đốt trong các lò điện và các thiết bị sấy nóng. Loại này TCVN chưa quy định tiêu chuẩn. cách ký hiệu của TCVN là Fe82Cr13Al4, Fe72Cr23Al5, Fe68Cr27Al5A. Nhưng để làm các dây điện trở trong các lò nung có nhiệt độ cao từ 800oC đến 1000oC thường dùng hợp kim của Ni và Cr, còn có tên là hợp kim nicrôm (không phải là thép) với các ký hiệu theo ???? là X15H60, X20H80, X20H80T3 tương ứng với cách ký hiệu của TCVN là Cr15Ni60Fe22, Cr20Ni80, Cr20Ni80Ti3. Thép từ cứng dùng để chế tạo nam châm vĩnh cửu. Để chế tạo các nam châm vĩnh cửu người ta có thể dùng thép cacbon dụng cụ với các mác thép CD100, CD110, CD120 để chế tạo các nam châm kích thước nhỏ và lực khử từ không lớn. Với các nam châm yêu cầu cao dùng các thép hợp kim có chứa 5-9%Cr, 5-15%Co và phải nhiệt luyện bằng cách tôi mà không ram. Để chế tạo các nam châm mạnh dùng các hợp kim hệ Fe-Ni-Al gọi là hợp kim an-ni (alni) hoặc hệ Fe-Ni-Al-Co gọi là hợp kim an-ni-cô (alnico). Thép từ mềm là các thép dùng để chế tạo các lõi biến áp, stato động cơ, máy phát, làm chuông điện v.vCó thể dùng sắt nguyên chất với lượng tạp chất rất ít, nhưng tốt nhất là dùng bột sắt nguyên chất chất lượng cao (được hoàn nguyên từ các vẩy rèn) ép lại gọi là lõi ferit. Để làm các lõi biến áp hoặc stato dùng các tấm thép Si mỏng hay còn gọi là tôn silic với hàm lượng Si trong khoảng 3,8-4,4%. Để giảm tổn thất điện do dòng điện fucô gây nên, các tấm thép Si sau khi cán nóng đến chiều dày yêu cầu, hai lần cán cuối cùng qua lỗ hình phải cán nguội để tạo thớ dọc trong thép gọi là tếchxtua. Nếu tôn silic không có tổ chức tếchxtua khi động cơ làm việc lõi và vỏ máy rất mau nóng và công suất của máy khó đạt được giá trị định mức. Thép không từ tính. Trong thực tế nhiều khi cần vật liệu không nhiễm từ nhưng phải có cơ tính tốt, phải dùng thép kh6ng từ tính để thay cho hợp kim màu (như Cu, Al là vật liệu không nhiễm từ nhưng có cơ tính thấp). Thường dùng thép không gỉ Cr-Ni nhóm 18-8 hoặc thép Hat-phin. Nhưng do các loại thép này đắt tiền hoặc khó gia công nên thay bằng các thép có các ký hiệu 55Mn9Ni39Cr, 45Mn17Al3, Câu hỏi ôn tập 1 -Phân biệt thép cacbon và thép hợp kim về thành phần hoá học 2 -Trình bày phương pháp ký kiệu thép cacbon và thép hợp kim theo Tiêu chuẩn Việt nam TCVN 3 -Kể ra 3 ký hiệu cho mỗi loại thép sau đây và nói các ứng dụng cụ thể cho mỗi ký hiệu thép đó: a -Thép cacbon thấp để thấm cacbon (<0,30%C) (gồm thép cacbon và thép hợp kim) b -Thép cacbon trung bình (0,30~0,50%C) (gồm thép cacbon và thép hợp kim) c -Thép có thành phần cacbon từ 0,50~0,80%C)( (gồm thép cacbon và thép hợp kim) d -Thép để làm dụng cụ cắt gọt (gồm thép cacbon và thép hợp kim) 4 -Phân biệt thép làm khuôn dập nguội và khuôn dập nóng khác nhau chỗ nào, 2 loại thép này dùng lẫn được không. 5 -Thép đặc biệt là những thép nào, kể tên các loại thép đặc biệt và cho mỗi loại 2 ký hiệu thép, CHƯƠNG 5 GANG Mục đích Biết cách chọn các sản phẩm cơ khí chế tạo bằng các loại gang graphit Yêu cầu Nắm được các ký hiệu các loại gang graphit thường dùng trong ngành cơ khí theo tiêu chuẩn Việt Nam. Nắm được đặc điểm, tính chất và phạm vi ứng dụng của các loại gang dùng trong ngành cơ khí. Gang là hợp kim Fe-C có hàm lượng cacbon lớn hơn 2%. Trong công nghiệp luyện kim, gang là sản phẩm đầu tiên nhận được sau khi luyện từ quặng sắt trong lò cao. Từ gang có thể luyện thành thép trong các lò thép. Vì gang luyện từ lò cao chưa thể khống chế một cách chính xác thành phần và tổ chức bên trong, do đó để chế tạo các chi tiết máy bằng gang có thành phần và cơ tính chính xác, người ta phải dùng gang lò cao, có thể cho thêm các gang phế liệu, cho vào các lò đúc luyện lại mới có thể đạt được các tính chất mong muốn. 5.1- THÀNH PHẦN CỦA GANG Căn cứ vào thành phần, gang chia làm 2 loại là gang thường và gang hợp kim. Trong gang thường chỉ có các nguyên tố: Fe, C và 4 nguyên tố tạp chất như trong thép là Si, Mn, S, P và đã được phân tích tác dụng của chúng ở phần trên. Trong gang hợp kim ngoài các nguyên tố nêu trên, người ta cho thêm các nguyên tố hợp kim như trong thép nhưng với các nguyên tắc có khác trong thép. 5.2- TỔ CHỨC BÊN TRONG CỦA GANG Gang có cấu tạo và tổ chức bên trong rất phức tạp và có ảnh hưởng lớn đến tính chất của gang. Tuỳ thuộc vào thành phần của các nguyên tố, điều kiện kết tinh mà cấu tạo bên trong của gang có các loại hạt khác nhau như sau: Hạt ferit- là loại hạt mềm, có hàm lượng cacbon không đáng kể (<0,02%), có thể coi hạt ferit như là sắt nguyên chất. Hạt xêmentit- là loại hạt rất cứng (gần bằng độ cứng của kim cương). Loại hạt này được tạo thành do liên kết hoá học giữa Fe và C để tạo thành hợp chất có công thức Fe3C, trong đó tỉ lệ C chiếm 6,67%. Trong gang, xêmentit có thể đứng riêng rẽ ở dạng các hạt tròn hoặc có dạng vòng lưới bao quanh các hạt khác gọi là lưới xêmentit hoặc tạo một lớp phủ trên bề mặt chi tiết gang gọi là lớp chai. Khi ở các dạng này gang rất khó gia công vì rất cứng. Trong trường hợp các hạt ferit và các hạt xê mentit ở dạng tấm mỏng xen kẽ nhau tạo thành loại hạt khác gọi là hạt peclit. Hạt peclit mềm hơn, rất dễ gia công cơ khí. Trong gang tỷ lệ giữa các hạt ferit và các hạt peclit có thể khác nhau tuỳ thuộc lượng cacbon trong gang và tốc độ nguội khi đúc. Nếu lượng cacbon trong gang càng nhiều thì tỉ lệ các hạt peclit càng nhiều. Nhưng tỉ lệ này còn do ảnh hưởng rất mạnh của tốc độ nguội khi đúc. Khi hai khối gang lỏng có thành phần hoàn toàn như nhau, nhưng nếu khối nào được làm nguội càng nhanh thì tỉ lệ hạt peclit nhận được càng nhiều và độ bền của gang đó càng cao. Hạt graphit- Đặc biệt trong gang có thể hình thành một loại hạt mà trong thép không có là hạt graphit. Đây là hạt gồm 100% cacbon, có cấu tạo mạng tinh thể hình lục giác như hình 5-1, rất mềm, độ bền thấp (gần bằng 0). Hạt graphit trong gang có thể ở dạng tấm, dạng hình cầu như những viên bi hoặc có dạng như những cụm bông goòng. Nhờ có graphit mà gang trở nên mềm, dễ gia công cơ khí và làm ho gang có độ chảy loãng tốt, rất dễ đúc các chi tiết có hình dáng phức tạp. 5.3- PHÂN LOẠI GANG 5.3.1- Phân loại theo tổ chức Căn cứ vào cấu tạo tổ chức bên trong gang được chia làm các loại sau: -Gang trắng là gang bên trong không có tổ chức graphit nên mặt gãy có màu trắng. -Gang xám là gang bên trong có tổ chức graphit dạng tấm như trên hình 5-2 và mặt gãy có màu xám. -Gang cầu là gang bên trong có tổ chức graphit dạng cầu như trên hình 5-3 và mặt gãy cũng có màu xám. -Gang dẻo hay còn gọi là gang rèn là gang bên trong có graphit dạng cụm bông như trên hình 5-4 và mặt gãy cũng có màu xám. 5.3.2- Phân loại theo thành phần cacbon có: -Gang cùng tinh là gang có thành phần cacbon đúng bằng 4,3%. -Gang trước cùng tinh là gang có thành phần cacbon nhỏ hơn 4,3%. -Gang sau cùng tinh là gang có thành phần cacbon lớn hơn 4,3%. 5.4- GANG XÁM Gang xám là gang có graphit dạng tấm ở tổ chức bên trong. Gang xám có thành phần cacbon từ 2,8-4,0%, lượng Si từ 1,5-2,5% sao cho tổng lượng (C+Si)>5%, lượng Mn= 0,4-0,9%. Ký hiệu gang xám Theo TCVN GX 12-28 GX 15-32 GX 18-36 GX 21-40 GX 24-44 GX 28-48 GX 32-52 GX 36-56 GX 40-60 GX 46-64 GX = gang xám,. 2 cặp chữ số đứng sau chữ GX chỉ giới hạn bền kéo (σK) và giới hạn bền uốn (σu) tính theo đơn vị đo lường KG/mm2. Gang xám có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn thép nhiều, khoảng từ 1147-1152oC. Gang xám tuy có độ bền và độ cứng không cao bằng thép, nhưng có tính chống mài mòn và tính chống rung tốt. Gang xám thường dùng chế tạo các chi tiết chịu mài mòn như các loại ổ trượt (bạc) như hình 5-5 , các chi tiết vỏ như vỏ động cơ, vỏ máy, các chi tiết chống rung như bệ máy, băng máy như trên các hình 5-6, 5-7, 5-8, 5-9. Một số khuôn đúc như khuôn đúc thép thỏi, khuôn đúc ly tâm, khuôn đúc nhôm có thể làm bằng gang xám. 5.5- GANG CẦU Gang cầu là gang có tổ chức graphit ở dạng cầu. Nhờ cấu tạo này mà độ bền của gang cầu cao hơn gang xám. Để chế tạo gang cầu, gang được nấu trong lò đứng giống như gang xám, nhưng trước khi rót khuôn phải biến tính bằng nguyên tố Mg (manhê) dưới dạng hợp kim trung gian, hoặc bằng các nguyên tố thuộc nhóm đất hiếm. Ký hiệu gang cầu: Theo TCVN GC 38-17 GC 42-12 GC 45-5 GC 50-2 GC 60-2 GC 70-3 GC 80-3 GC 100-4 GC 120-4 Trong ký hiệu có 2 cặp số: cặp số đầu chỉ giới hạn bền kéo (σK), cặp (hoặc một số) tiếp theo chỉ độ dẻo (độ dãn dài) tính theo phần trăm (%). Chữ GC theo TCVN nghĩa là gang cầu Gang cầu dùng để chế tạo các chi tiết cần độ bền tương đối cao nhưng có hình dáng phức tạp như trục khuỷu động cơ đốt trong (hình 5-10), trục cán hình, bạc xec-măng 5.6- GANG DẺO (còn gọi là gang rèn) Gang dẻo là gang có tính dẻo cao như thép, có thể rèn, cán như thép nên còn gọi là gang rèn. Gang dẻo được chế tạo không giống như gang xám và gang cầu. Trước tiên luyện gang trong lò đúc với thành phần gang trắng (có lượng cacbon thấp hơn 2,8%C), đúc thành chi tiết máy hoặc thỏi nhỏ nhưng có cấu tạo bên trong là gang trắng (không có tổ chức graphit). Sau đó đem ủ trong lò theo một chế độ nhiệt luyện đặc biệt gọi là chế độ ủ gang dẻo. Sau đó đem gia công cơ khí, hoặc rèn, dập rồi gia công cơ khí. Ký hiệu gang dẻo theo TCVN GZ 30-6 GZ 33-8 GZ 35-10 GZ 37-12 GZ 45-7 GZ 50-5 GZ 55-4 GZ 60-3 GZ 63-3 GZ 70-2 GZ 80-1,5 Gang dẻo dùng để chế tạo các chi tiết máy phức tạp làm việc ở trạng thái va đập và mài mòn nhưng khó bôi trơn như một số mặt bích, ống nối trên xe lửa, bánh răng hộp vi sai trong một số loại ô tô, vòng chao sợi trong máy xe sợi. Ngoài ra còn có các loại gang đặc biệt như: -Gang chịu mài mòn. Gang có thành phần cacbon từ 2,2- 3,6%, cho thêm các nguyên tố như Si (1,0-2,0)%; Cr (1,0-3,0)%; Ni (1,5-4,0)% để tăng tính chống mài mòn. Gang có tổ chức là gang trắng, nên chủ yếu dùng ở trạng thái đúc, sau khi đúc rất khó gia công cơ khí. -Gang crôm cao. Có thành phần cacbon từ 1,0-2,2%; 0,5-2,5%Si; 0,3-1,0%Mn; 20-26%Cr. Gang có khả năng làm việc trong các môi trường axit như axit nitric (HNO3), axit phốtphoric (H3PO4), trong các môi trường nước mặn và môi trường hữu cơ. -Gang chịu nhiệt. Có các loại: Si cao- chứa 4,0-6,0%Si; 0,4-0,6%Mn Cr cao- chứa 12-18%Cr làm việc tới 9000C chứa 25-29%Cr làm việc tới 11000C Ni cao chứa 13-43%Ni làm việc trên 8000C Al cao chứa 18-25%Al; 1,3-1,6%Si; 1,4-1,0% Mn làm việc tới 9000C 5.7- HỢP KIM TRUNG GIAN Là các loại hợp kim dùng để pha chế, bổ sung nguyên tố hợp kim trong quá trình luyện. Các hợp kim trung gian dùng trong công nghiệp luyện gang và thép là các loại ferô, là hợp kim của sắt và các nguyên tố hợp kim khác, trong đó thành phần cacbon có từ 1,5% trở lên và có loại đến 6-7%C. Các loại ferô thường dùng có: 5.7.1- Ferô Silic (bảng 5-1 và 5-2 ) 5.7.2- Ferômangan (bảng 5-3 và 5-4) Câu hỏi ôn tập 1 -Giải thích các chữ và số của các ký hiệu gang xám, dang cầu, dang dẻo theo TCVN. 2 -Tính chất của gang xám có những ưu và nhược điểm gì so với thép. 3 -Phân biệt cấu tạo của tổ chức tế vi giữa gang xám, gang cầu và dang dẻo. CHƯƠNG 6 KIM LOẠI MÀU Mục đích Biết phạm vi ứng dụng của hợp kim màu trong ngành cơ khí Yêu cầu Nắm được ký hiệu tính chất , công dụng của các loại hợp kim màu trong ngành cơ khí . 6.1 –ĐẶC ĐIỂM VÀ TÍNH CHẤT CỦA HỢP KIM MÀU Trong công nghiệp hiện đại , kim loại màu ngày càng được sử dụng rộng rãi và đóng vai trò quan trọng, vì nó có những tính chất đặc biệt mà kim loại đen khó có thể so sánh được: -Kim loại màu có nhiều nguyên tố có nhiệt độ nóng chảy không cao, do đó dễ dàng đúc thành các chi tiết phức tạp. -Đa số kim loại màu có tính dẻo cao, nên dễ kéo dài, dát mỏng, rèn, dập, -Cơ tính của kim loại màu tuy không cao bằng thép, nhưng cũng không thấp lắm, nên có khả năng chống mài mòn tốt. -Có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt hơn sắt, một số có tính sắt từ (như Co, Ni), một số có tính phóng xạ (như rađi, uran) được dùng trong công nghiệp năng lượng nguyên tử. -Một số có tính chống ăn mòn hoá học tốt, không bị sét rỉ, được dùng nhiều trong công nghiệp hoá học. Sau đây chúng ta nghiên cứu một số kim loại màu thông dụng. 6.2- ĐỒNG VÀ HỢP KIM ĐỒNG 6.2.1- Đồng nguyên chất Còn gọi là đồng đỏ vì nó có màu đỏ. Khối lượng riêng 8,93 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 1083oC. Đồng nguyên chất có tính dẫn điện cao (chỉ thua bạc), tính dẫn nhiệt cũng rất cao. Độ bền và độ cứng không cao, nhưng tính dẻo rất cao nên gia công đồng đỏ bằng các phương pháp gia công áp lực là rất thuận lợi. Tính đúc của đồng đỏ không cao vì ở trạng thái lỏng đồng hoà tan khí rất mạnh, đúc dễ bị rỗ (bọt). Độ chảy loãng không cao. Do đó đồng đỏ ít dùng ở trạng thái đúc. Tính cắt gọt của đồng đỏ không cao vì rất dẻo, khi dũa dễ bị phoi dính răng dũa, khó dũa. Đồng đỏ bền trong các môi trường kiềm, nhưng dễ bị ăn mòn trong các môi trường axit.. Đồng đỏ thường dùng làm dây dẫn điện, một số linh kiện điện cố định, không tháo mở thường xuyên vì đồng đỏ có tính chống mài mòn do ma sát kém. Trong công nghiệp cơ khí thường dùng hợp kim đồng là latông và brông. 6.2.2- Latông hay còn gọi là đồng thau. Là hợp kim của đồng và kẽm (Zn). Thành phần kẽm chứa trong latông thường không quá 45%. (hợp kim latông để làm que hàn có thành phần kẽm trên 45%). Nếu hợp kim latông có thành phần Zn dưới 39% thì gọi là latông 1 pha. Latông 1 pha rất dẻo, dễ kéo, dập nguội, dập nóng nhưng có tính chống mài mòn kém. Do đó latông 1 pha không nên dùng làm các chi iết dễ mòn như bu lông, đai ốc, cầu dao điện. Các loại chi tiết này nên dùng loại latông 2 pha, là loại có thành phần kẽm từ 40-43%. Latông 1 pha thường dùng để chế tạo các chi tiết dạng vỏ và gia công chủ yếu bằng phương pháp rèn hoặc dập nguội. Latông 2 pha có thể gia công bằng cắt gọt, đúc và hiếm hơn bằng gia công áp lực. Trong latông, ngoài 2 nguyên tố chính là Cu và Zn, người ta có thể cho thêm một số nguyên tố khác như nhôm (Al), niken (Ni), mangan (Mn), thiếc (Sn), để cải thiện một số tính chất cho hợp kim latông. Ký hiệu latông theo TCVN có chữ L đứng đầu, sau đó là ký hiệu của các nguyên tố. Thành phần của mỗi nguyên tố là chữ số đứng sau ký hiệu của nguyên tố đó. Thí dụ: LCuZn30 có 30% Zn còn lại là Cu. LCuZn29Sn1 có 29% Zn; 1% Sn còn lại là Cu. LCuZn27Ni18 có 27% Zn; 18% Ni còn lại là Cu. Theo đó ký hiệu các hợp kim latông như sau: Theo TCVN Theo ???? LCuZn30 ?70 LCuZn29Sn1 ?O70-1 LCuZn27Ni18 ?H55-18 LCuZn38Sn2Pb2 ?OC58-2-2 6.2.3- Brông Hay còn gọi là đồng thanh (lưu ý rằng loại đồng thanh thiếc có người gọi theo cách gọi của các nhà khảo cổ học là "đồng thau", trùng tên với hợp kim của đồng với kẽm ). Là hợp kim của đồng với các nguyên tố không phải là kẽm. Thí dụ :hợp kim Cu-Sn, Cu-Pb, Cu-Al, Cu-Ni, Cu-Be Ký hiệu hợp kim brông theo TCVN đứng đầu có chữ B, tiếp theo tương tự như kí hiệu cho latông. Thí dụ: TCVN thành phần các nguyên tố BCuSn5Zn5Pb5 5%Sn; 5%Zn; 5%Pb còn lại là Cu BCuAl9Fe4 9%Al; 4%Fe còn lại là Cu BCuSn3Zn7Pb5Ni1 3%Sn; 7%Zn; 5%Pb; 1%Ni còn lại là Cu 6.2.3.1- Brông thiếc Hợp kim brông thiếc là hợp kim của đồng và thiếc. Khi có thành phần của thiếc nhỏ hơn 8% gọi là brông 1 pha. Brông thiếc 1 pha rất dẻo. Khi hàm lượng thiếc trong brông lớn hơn 8% gọi là brông 2 pha. Brông thiếc 2 pha tương đối dòn. Brông này dùng ở trạng thái đúc là tốt nhất. Mặt khác brông thiếc có trên 8%Sn có tính chống mài mòn tốt nên dùng làm ổ trượt. Ơ nhà máy chế tạo động cơ của Việt Nam, người ta thường dùng brông thiếc để chế tạo bạc lót chốt pit-tông ô tô và máy kéo. Brông thiếc có thành phần <8%Sn có tính truyền âm xa nên thường dùng đúc thành các nhạc cụ như chuông, chiêng, cồng, trống đồng. Các loại kèn đồng cũng phải dùng brông thiếc có <8%Sn nhưng chế tạo bằng phương pháp gò, hàn, dập nguội. Bảng 6-1 Công dụng một số mác brông thiếc: 6.2.3.2- Brông nhôm Là hợp kim của đồng và nhôm. Nhưng để cải thiện một số tính chất, người ta có thể cho thêm một số nguyên tố khác như mangan, sắt,niken làm cho brông đỡ dòn hơn. Đặc biệt niken làm cho brông có tính bền nhiệt. Brông nhôms có thể nhiệt luyện bằng cách tôi ở 900OC trong nước và ram ở 650OC trong 1,5 giờ, cơ tính sẽ tăng lên rõ rệt. Brông nhôm có tính chống mài mòn và chịu ăn mòn trong nước biển tốt hơn brông thiếc nhiều, giá thành lại rẻ hơn. Tuy nhiên nhược điểm của brông nhôm là có độ co ngót khi đúc lớn, dễ gãy, nứt và khó hàn Bảng 6-2 Công dụng của một số mác brông nhôm: 6.2.3.3- Brông chì Là hợp kim của đồng và chì với lượng chì thường được sử dụng từ 25-30%. Hợp kim đồng chì có tính chống ăn mòn cao, nhưng khó đúc và có tính thiên tích về trọng lượng lớn (khối lượng riêng của Cu là 8,93 trong lúc đó của Pb là 11,34). Thường được sử dụng làm ổ trượt trong động cơ đốt trong. Ký hiệu brông chì là BCuPb30 , BCuPb25 Ngoài ra trong công nghiệp còn dùng một số loại brông khác như brông silic, brông bêrili, brông niken 6.3- NHÔM VÀ HỢP KIM NHÔM 6.3.1- Nhôm nguyên chất Nhôm nguyên chất có màu trắng sáng. Khối lượng riêng 2,7 g/cm3. Nhiệt độ nóng chảy 660oC. Nhôm có tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, chỉ kém sau bạc và đồng. Để trong không khí lâu nhôm không bị rỉ, nhưng khi tiếp xúc với môi trường ẩm có tính axit hay kiềm nhôm dễ bị ăn mòn. Nhôm nguyên chất có tính dẻo cao, nhưng độ bền thấp, do đó nhôm nguyên chất chỉ dùng chế tạo các chi tiết vỏ, bao bì, dụng cụ gia đình, hoặc làm vật liệu kĩ thuật điện như dây dẫn, các linh kiện điện. Để chế tạo các chi tiết máy thường dùng hợp kim nhôm. Hợp kim nhôm chia làm hai loại: hợp kim nhôm đúc và hợp kim nhôm biến dạng 6.3.2- Hợp kim nhôm đúc. Hợp kim nhôm đúc là các loại hợp kim chế tạo thành sản phẩm bằng phương pháp đúc, sau khi gia công cơ khí cho làm việc cũng ở trạng thái đúc. Hợp kim nhôm đúc thông dụng nhất là các hợp kim hệ Al-Si có tên gọi là hợp kim silumin (tên gọi tắt của hai chữ silic và alumin). Thường dùng các hợp kim có thành phần Si từ 5 đến 20%, trong đó các hợp kim có lượng Si trong khoảng 12-13% có tính đúc tốt nhất vì có độ chảy loảng cao tuy độ bền có thấp hơn một ít so với các thành phần khác. Nếu cho thêm một ít Mg (0,3-1%) độ bền và tính chống ăn mòn được cải thiện. Cho thêm 3-5% Cu trong lúc có Mn cơ tính sẽ cao hơn nhiều mà tính đúc vẫn tốt. Hợp kim loại này như mác hợp kim AlSi12CuMg1Mn0,6Ni1Đ (chữ Đ nghĩa là đúc) thường dùng để đúc pit- tông ô tô máy kéo. Mác nhôm này có hệ số dãn nở nhỏ, chịu nóng tương đối tốt. Để chế tạo các chi tiết đúc khác như thanh truyền, vỏ máy, bánh răng, người ta dùng hợp kim có lượng Si thấp hơn (từ 5-8% Si). 6.3.3- Hợp kim nhôm biên dạng. Hợp kim nhôm biến dạng là các hợp kim nhôm chế tạo thành sản phẩm bằng phương pháp gia công áp lực như rèn, dâp, cán. Sau đó nhiệt luyện để nâng cao độ bền. Hệ hợp kim điển hình thường dùng nhất của nhóm này là hệ Al- Cu-Mg có tên là hợp kim dura, trong đó có 2,5- 6%Cu; 0,4-2,8%Mg, 0,4-1%Mn. Bảng 5-3 nêu thành phần của một số hợp kim đura Hợp kim đura có cơ tính cao, từ 200-500 MPa (20-50 KG/mm2 ),thường dùng để chế tạo các chi tiết chịu lực trong công nghiệp hàng không, ô tô, tàu thuỷ 6.4- HỢP KIM CỨNG Hợp kim cứng là hợp kim của vônfram dùng làm dụng cụ cắt gọt và một số dụng cụ khác. Hợp kim cứng được chế tạo theo phương pháp hợp kim bột: Dùng bột cacbit vônfram (WC) hoặc trộn thêm bột cacbit titan (TiC) với bột kim loại côban (Co) nguyên chất, ép thành dụng cụ theo hình dáng và kích thước cần thiết ở trong khuôn. Sau đó đem nung nóng đến một nhiệt độ nhất định gọi là thiêu kết để các hạt cacbit dính lại với nhau nhờ các hạt côban làm chất dính. Sau khi để nguội sản phẩm có thể sử dụng ngay không cần nhiệt luyện hoặc gia công gì thêm . Các loại hợp kim cứng thường dùng hiện nay có 3 loại chủ yếu: -Hợp kim 1 cacbit thường dùng hiện nay gồm WC có Co làm chất dính. Thí dụ: TCVN NGA WC92Co8 BK8 có 92% WC và 8% Co WC90Co10 BK10 có 90%WC và 10%Co -Hợp kim 2 cacbit gồm WC, TiC có Co làm chất dính. Thí dụ: WC79TiC15Co6 T15K6 có 79%WC, 15%TiC và 6%Co WC70TiC20Co10 T20K10 có 70%WC, 20%TiC và 10%Co -Hợp kim 3 cacbit gồm WC, TiC và TaC có Co làm chất dính. Thí dụ: WC83TiC4TaC3Co10 TT7K10 có 83%WC, 4%TiC, 3%TaC và 10%Co. Công dụng: -Nhóm 1 cacbit thường dùng làm dao tiện gang, mũi khoan thăm dò địa chất, khuôn kéo dây thép -Nhóm 2 cacbit dùng chế tạo dao tiện thép -Nhóm 3 cacbit dùng chế tạo dao tiện chỉnh hình các chi tiết đã qua nhiệt luyện thay dao kim cương. 6.5- HỢP KIM CHỐNG MA SÁT Hợp kim chống ma sát là hợp kim dùng để chế tạo các chi tiết ổ trượt. Hợp kim làm ổ trượt phải thoả mãn các yêu cầu sau: -Có hệ số ma sát nhỏ, lâu mòn để chi tiết tiếp xúc với nó (thí dụ các trục) cũng lâu mòn. -Có độ dẻo cao, dẫn nhiệt tốt. -Có khả năng giữ dầu tốt. Để bảo đảm các yêu cầu đó, hợp kim chống ma sát thường có cấu trúc không đồng nhất. Hợp kim gồm có một nền cơ bản mềm, trên nền có chứa các hạt cứng. Các hạt cứng đó làm nhiệm vụ đỡ trục quay. Các hạt cứng phải phân bố đều trên bề mặt tiếp xúc với trục quay. Tuỳ thuộc điều kiện làm việc của máy và công nghệ chế tạo, hợp kim chống ma sát được chia làm 2 loại: Hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao và hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp. 6.5.1- Hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao. -Gang xám GX 15-32, có thêm 2%Zn. Thường dùng để chế tạo các ổ trượt cho các máy có trục quay tốc độ thấp nhưng có áp lực trên trục cao. Thí dụ ổ trượt các loại xe bò, xe lăn đường, máy ép mía -Brông thiếc BCuSn4Zn4Pb4 hoặc BCuSn6Zn6Pb3 Dùng chế tạo ổ trượt cho thanh truyền động cơ đốt trong và một số máy khác có tốc độ quay của trục tương đối cao, áp lực trục cao và nhiệt độ làm việc có thể lên đến 300oC. -Brông chì BCuPb30 Dùng tương tự như brông thiếc, nhưng ở điều kiện bôi trơn khó khăn hơn. 6.5.2- Hợp kim có nhiệt độ nóng chảy thấp Hợp kim được chế tạo trên cơ sở chì và thiếc, còn có tên là hợp kim babit. Đặc điểm hợp kim này là chịu được trục quay tốc độ cao nhưng áp lực trục nhỏ, nhiệt độ làm việc không cao. Thí dụ các hợp kim có các ký hiệu sau: Sn83Sb11Cu6 ,Sn16Pb66Sb16Cu2 ,Pb73Sn16Sb16Cu2 Câu hỏi ôn tập 1 -Phân biệt về thành phần hoá học giữa đồng đỏ, đồng thanh (Brông) và đồng thau (Latông) 2 -Cách ký hiệu các loại hợp kim đồng theo TCVN 3 -Nêu 3 ứng dụng cụ thể cho từng loại latông và brông thiếc, brông chì. 4 -Nêu ký hiệu và công dụng các loại hợp kim cứng dùng làm dụng cụ cắt gọt 5 -Nêu ký hiệu và công dụng các loại hợp kim chống ma sát (làm ổ trượt) CHƯƠNG 7 NHIỆT LUYỆN Mục đích Cung cấp cho học sinh những kiến thức cơ bản về nhiệt luyện để từ đó biết cách lập quy trình nhiệt luyện của các phương pháp nhiệt luyện thích hợp với các yêu cầu kỹ thuật cho từng sản phẩm cơ khí. Yêu cầu Hiểu và nắm chắc khái niệm về nhiệt luyện Hiểu và biết cách chọn các phương pháp nhiệt luyện 7.1- MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ NHIỆT LUYỆN 7.1.1- Định nghĩa và tác dụng của nhiệt luyện Nhiệt luyện là một dạng gia công cơ khí bằng cách nung nóng kim loại đến một nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt một thời gian rồi làm nguội với một tốc độ nhất định nhằm mục đích làm thay đổi tổ chức cấu tạo bên trong do đó thay đổi tính chất cơ lý của kim loại. Nhờ có nhiệt luyện mà kim loại trở nên dễ gia công hơn, làm tăng năng suất lao động của người thợ và năng suất gia công của máy. Nhờ nhiệt luyện mà tính chất của kim loại trở nên bền hơn, cứng hơn, hoặc có thể đạt được độ cứng cần thiết vừa phải làm cho các chi tiết máy có thể làm việc lâu dài, ít bị mòn, ít bị gãy ...Do đó máy móc càng hiện đại, cần làm việc với thời gian càng dài thì tỷ lệ số chi tiết máy trong mỗi máy cần nhiệt luyện phải càng cao. Nhiệt luyện có thể ứng dụng cho nhiều hợp kim khác nhau như thép, gang, hợp kim nhôm, hợp kim titan ...Ở đây chúng ta nghiên cứu chủ yếu là nhiệt luyện thép. 7.1.2- Giản đồ trạng thái sắt-cacbon Thép và gang là hợp kim của sắt và cacbon. Muốn nghiên cứu sự thay đổi cấu tạo bên trong của hợp kim sắt-cacbon khi nhiệt luyện cần phải nghiên cứu giản đồ trạng thái của hợp kim sắt-cacbon như trên hình 3-1. Trong chương nhiệt luyện này chúng ta chỉ nghiên cứu phần nhiệt luyện thép nghĩa là chỉ nghiên cứu các hợp kim sắt-cacbon có hàm lượng cacbon nhỏ hơn 2%. Do đó ở đây chúng ta chỉ xét đến phần giản đồ của thép như trên hình 7-1. Tuy nhiên, mặc dù không nghiên cứu kỹ thuật nhiệt luyện gang nhưng chúng ta vẫn có thể hiểu được kỹ thuật nhiệt luyện gang không khó vì về lý thuyết, nhiệt luyện gang v...được tính theo tích số độ phóng đại vật kính, độ phóng đại thị kính, và hệ số hiệu chỉnh) Muốn quan sát với độ phóng đại cao hơn phải dùng kính hiển vi điện tử. Nhờ kính hiển vi mà ta có thể quan sát được tổ chức của các pha, sự phân bố, hình dáng và kích thước của chúng. Với gang graphite, có thể dễ dàng xác định được hình dáng, kích thước, và sự phân bố của graphite trên pha nền. Ngoài ra, còn có thể thấy được các khuyết tật của vật liệu như: vết nứt tế vi, rỗ và các tạp chất III/ THÍ NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU 1/ Chọn và cắt mẫu Chọn mẫu: Tùy theo yêu cầu và nhiệm vụ của nghiên cứu và thí nghiệm mà ta chọn mẫu cho phù hợp. Máy cắt mẫu. Cắt mẫu: Dựa vào mục đích quan sát mà ta có thể cắt mẫu theo tiết diện ngang hoặc cắt theo dọc trục. VD: Quan sát sự thay đổi tổ chức từ bề mặt vào lõi cắt theo tiết diện ngang. Kích thước mẫu: Æ10x10; £10x10 Nếu mẫu quan sát nhỏ cần phải dùng kẹp để giữ mẫu hoặc đổ khuôn cố định mẫu. Mẫu Nhựa ( Mica) Hình 1.8 - Các kiểu kẹp mẫu 2/ Mài mẫu a/ Mài thô Mẫu được mài trên máy mài hoặc đánh bằng giấy nhám hạt thô sao cho hai mặt đối diện (AB) song song với nhau, sau đó vát mép. Mặt B Mặt A Vát mép Hình 1.9 - Máy mài Giấy nhám: Giấy nhám có các số 180; 240; 320; 400; 600..v..vCon số chỉ số hạt mài trên 1 cm2. Đầu tiên mài trên giấy nhám 180: Giấy nhám đặt trên mặt bàn phẳng (tấm kính), dùng tay nắm chặt mẫu, tì nhẹ mặt mẫu vào mặt giấy nhám vị trí 1, đẩy mẫu tới vị trí 2, nhấc mẫu lên khỏi bề mặt giấy nhám, đưa về vị trí 1 và lặp lại động tác đã thực hiện. 1 2 Hình 1.10 - Mài mẫu Sau khi mài 3 đến 5 lần, bề mặt mẫu chỉ còn các đường song song Đường song song Hình 1.11 Sau đó quay mẫu 900, tiếp tục mài trên giấy nhám, khử các đường song song cũ và tạo đường song song mới. Quan sát bằng mắt thường, thấy các đường song song đều và sâu như nhau thì lần lượt chuyển sang giấy nhám cỡ 240, sau đó 320 và cuối cùng là cỡ 400. Chú ý: Khi chuyển từ giấy mài thô sang giấy mịn hơn phải lau sạch mẫu để tránh hạt mài thô bám trên mẫu chuyển sang giấy nhám mịn hơn. b/ Mài bóng Sau khi hoàn tất mài thô, ta tạo được bề mặt tương đối phẳng nhưng bề mặt vẫn tồn tại các vết xước khá lớn→ đem rửa sạch → đánh bóng để xóa các vết xước trên bề mặt mẫu. Mài bóng bằng miếng dạ hay vải nỉ kết hợp với một số hỗn hợp đánh bóng. Một số hỗn hợp được dùng để đánh bóng mẫu. Tên các chất Hỗn hợp oxit crom (%) Hỗn hợp oxit nhôm (%) Mịn Trung bình Thô Mịn Trung bình Thô Cr2O3 72 76 86 32 35 7 Al2O3 - - - 32 35 7 AxitoleicC17H33CO2H 1.8 1.8 - 3 2 2 Dầu hỏa 2 2 2 2 2 2 Na2CO3 0.2 0.2 - 1 1 1 Bảng 1.1 – Thành phần hỗn hợp đánh bóng thông dụng Nếu sau khi mài bóng, quan sát trên kính hiển vi vẫn thấy còn vết xước thì phải tiến hành mài bóng lại. Sau khi mài bóng xong, phải rửa mẫu lại cho thật sạch và sấy khô mẫu. 3/ Tẩm thực Muốn nghiên cứu tổ chức tế vi cần phải tẩm thực mẫu. Tẩm thực là quá trình ăn mòn bề mặt kim loại bằng các dung dịch hóa học thích hợp. Dung dịch hóa học được gọi là dung dịch tẩm thực. Một số dung dịch tẩm thực thông dụng: Thành phần dung dịch Công dụng Ghi chú - 4% acid HNO3 trong cồn Gang, thép cacbon Dùng ngay sau pha - 4% acid picric trong cồn Gang, thép cacbon - Dung dịch picrat natri Phân biệt giữa F và Xe trong peclit tấm - 20 cm3 HCl đậm đặc + 5g CuSO4+ 20 cm3 H2O Thép bền nóng - 3 phần HCl + 1 phần HNO3 Thép không gỉ - Dung dịch 0.5% HF trong nước Hợp kim nhôm - 1% HF + 2.5%HNO3 + 1.5%HCl + 95%H2O Hợp kim nhôm - 3% FeCl2 trong dung dịch 10% HCl Hợp kim đồng - (2 ÷4)% HNO3 trong cồn Babit và hợp kim magie Bảng 1.2 - Dung dịch tẩm thực thông dụng Ở đây ta sử dụng dung dịch 4%HNO3 trong cồn >900, nhúng mẫu vào dung dịch và giữ trong thời gian từ vài giây tới vài chục giây. Bông tẩm dung dịch Rửa nước Hình 1.12 - Tẩm thực và rửa mẫu Sau đó rửa sạch bề mặt ở vòi nước chảy để tránh ăn mòn hóa học sâu vào bề mặt kim loại, cuối cùng rửa lại bằng cồn và đem sấy khô. 4/ Quan sát trên kính hiển vi. Quan sát mẫu trên kính hiển vi kim loại IV/ NỘI DUNG VIẾT BÁO CÁO - Trình bày trên giấy A4. + Tên bài thí nghiệm: + Họ và tên: + Mssv: + Lớp: + Khoa: - Nội dung: + Mục đích yêu cầu. + Lý thuyết của bài thí nghiệm. + Các bước thực hiện. + Kết quả thí nghiệm. + Kết luận và nhận xét. Bài 2: THÍ NGHIỆM KÉO I/ MỤC ĐÍCH YÊU CẦU Phân biệt được biến dạng dẻo và biến dạng đàn hồi. Nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng dẻo đến tính chất của kim loại. Tiến hành biến dạng dẻo kim loại. Phân biệt được kết tinh và kết tinh lại. Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình kết tinh lại đến tính chất của kim loại. Thực hiện quá trình kết tinh lại. II/ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1/ Biến dạng dẻo a/ Khái niệm * Biến dạng: Là sự thay đổi hình dạng dưới tác dụng của ngoại lực. Có 2 loại biến dạng: + Biến dạng đàn hồi: Là loại biến dạng sau khi thôi tác dụng lực hình dạng trở lại ban đầu. + Biến dạng dẻo: Là loại biến dạng vẫn còn lại sau khi thôi tác dụng lực. Pe P Pb b e d c Pa Pc a rl (e) a’ e’ o e” Hình 2.1 - Biểu đồ kéo - oa (thẳng) vùng biến dạng đàn hồi - ab (cong) vùng biến dạng dẻo - bd (cong) vùng phá hủy. e”e’: là thành phần biến dạng đàn hồi (mất đi khi bỏ tải trọng). * Từ biểu đồ kéo ta thấy: + Khi tải trọng đặt vào P < Pa độ biến dạng rl tỉ lệ bậc nhất với tải trọng (oa), bỏ tải trọng biến dạng mất đi. Sự biến dạng như vậy gọi là biến dạng đàn hồi. + Khi tải trọng đặt vào Pa < P < Pb độ biến dạng rl tăng nhanh theo tải trọng (ab): Khi bỏ tải trọng biểu đồ kéo đi theo đoạn ee”//oa, để lại 1 lượng biến dạng dư là oe”. Trong 1 biến dạng dẻo có 2 thành phần: Biến dạng đàn hồi bị mất đi (e”e’) và biến dạng dẻo (oe”). + Khi đặt tải trọng vào lớn hơn nữa, sau khi chịu được tải trọng cao nhất Pb, trong kim loại xảy ra biến dạng cục bộ (Hìnhthành cổ thắt), lúc đó tuy tải trọng tác dụng giảm đi mà biến dạng vẫn tăng, kim loại ở chổ biến dạng cục bộ bị đứt và đi đến phá hủy ở điểm d. b/ Biến dạng dẻo ảnh hưởng đến tổ chức tế vi e = (40 ÷ 50)% " hạt kim loại bị chia nhỏ. e = (80 ÷ 90)% " hạt kim loại bị kéo dài ra, phương mạng gần như song song nhau gọi là Textua (định hướng phương mạng), làm cho kim loại mang tính dị hướng. rl càng tăng, Ml (mật độ lệch) càng tăng. Hình 2.2 c/ Biến dạng dẻo ảnh hưởng tính chất của kim loại. + Cơ tính: Kim loại bị biến cứng. Độ bền sb, độ cứng tăng. Độ dẻo, độ dai va đập (ak) giảm. Lúc này kim loại bị biến cứng, nếu tiếp tục biến dạng kim loại sẽ bị phá hủy. + Lý tính: Khi biến dạng dẻo tăng thì mật độ lệch tăng, làm tăng tính cản trở dòng điện, đồng thời làm giảm khả năng dẫn từ và khả năng dẫn nhiệt. + Hóa tính: Biến dạng xảy ra theo cơ chế trượt làm tăng ứng suất dư, tăng khả năng hoạt động hóa học nên kim loại dễ bị ăn mòn hóa học. 2/ Kết tinh lại a/ Kết tinh * Định nghĩa: Là sự hình thành mạng tinh thể khi kim loại từ trạng thái lỏng chuyển sang trạng thái rắn. * Hai quá trình của sự kết tinh: + Tạo mầm: Là quá trình tạo ra các phần tử rắn từ kim loại lỏng có cấu trúc tinh thể và có kích thước đủ lớn để tồn tại và phát triển. Có hai loại mầm: Mầm tự sinh và mầm ký sinh. Mầm tự sinh: Là sự tạo mầm từ kim loại lỏng đồng nhất không có sự trợ giúp của các phần tử rắn có sẵn ở trong nó. Mầm ký sinh: Là sự tạo mầm từ kim loại lỏng và bám trên bề mặt phần tử rắn có trong kim loại lỏng. Đây là dạng tạo mầm rất thuận lợi. + Phát triển mầm: Là quá trình các mầm lớn dần tạo thành hạt, các hạt tiếp xúc nhau tạo thành đa tinh thể. Phát triển Mầm Tạo hạt Hình 2.3 – Quá trình kết tinh b/ Kết tinh lại. * Định nghĩa: Là quá trình tạo mầm và phát triển mầm ở trạng thái rắn của kim loại đã qua biến dạng dẻo. T0 t Không khí t T0KTL KTLL2 KTLL1 Hình 2.4 * Quá trình kết tinh lại: + Mầm được sinh ra từ trung tâm sai lệch mạng tinh thể (biến dạng càng tăng, mật độ lệch càng nhiều). + Mỗi mầm lớn lên tạo thành một hạt, khi các hạt gặp nhau gọi là kết tinh lại lần 1. Sau khi kết tinh lại lần 1: Về cơ tính: Độ bền, độ cứng giảm Độ dẻo, độ dai va đập tăng " Gọi là khử biến cứng. Kích thước hạt không đồng đều và nhỏ. Hạt nhỏ Hình 2.5 + Giữ nhiệt độ trong thời gian t khi đó các hạt lớn “nuốt” (thôn tính) các hạt nhỏ (hiện tượng nuốt hạt), đây là quá trình kết tinh lại lần 2 (quá trình làm đồng đều hạt). Sau khi kết tinh lại lần 2 (làm nguội trong môi trường không khí). - Về cơ tính: Độ bền, độ cứng giảm và độ dẻo, độ dai va đập tăng ít so với KTL lần1. Kích thước hạt tương đối đồng đều Hình 2.6 c/ Nhiệt độ kết tinh lại (T0KTL) Nhiệt độ kết tinh lại là nhiệt độ nhỏ nhất mà tại đó xảy ra quá trình kết tinh lại. Nhiệt độ kết tinh lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng chủ yếu phụ thuộc vào mức độ biến dạng, lượng tạp chất trong nó. Bằng phương pháp thực nghiệm Bosva đưa ra công thức sau: T0KTL = a . T0NC (0K) Trong đó: T0NC : Nhiệt độ nóng chảy của kim loại, tính theo 0K.. a – Hệ số, phụ thuộc vào độ sạch, mức độ biến dạng dẻo và thời gian giữ nhiệt. Các kim loại nguyên chất kỹ thuật, độ biến dạng e = (40 ÷ 60)% thời gian giữ nhiệt đủ lâu (1 ÷ 2h) thì a=0,35 ÷ 0,4. Các hợp kim thấp, có thể lấy a=0,7÷0,8. Vậy nhiệt độ kết tinh lại của các kim loại không giống nhau. Ví dụ: Nhiệt độ kết tinh lại của sắt: 4500C; đồng: 2700C; nhôm: 1500C; còn thiếc và chì xảy ra ở ngay trong nhiệt độ thường. d/ Ảnh hưởng của quá trình kết tinh lại Quá trình kết tinh lại kim loại được khử biến cứng. Cơ tính vật liệu sau khi kết tinh lại gần giống như cơ tính của vật liệu trước khi bị biến dạng dẻo và phụ thuộc vào kích thước hạt. * Kích thước hạt sau khi kết tinh lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như: + Mức độ biến dạng e: Trong đó: l0 chiều dài ban đầu. l chiều dài sau khi biến dạng dẻo. + Nhiệt độ nung t0 + Thời gian giữ nhiệt t Kích thước hạt d càng lớn khi T0, e, và t càng lớn. b) dtb d0 (s0) e% eth (stb) a) 0K T0KTL dtb (stb) d0 (s0) t dtb (stb) d0 (S0) c) Hình 2.7 - Sự thay đổi kích thước hạt phụ thuộc: a) Nhiệt độ b) Mức độ biến dạng e c) Thời gian giữ nhiệt t Mức độ biến dạng ứng với kích thước hạt đạt giá trị cực đại gọi là độ biến dạng tới hạn (eth) e < eth : Không hình thành các trung tâm sai lệch nên không tạo mầm. e = eth : Đã có các trung tâm sai lệch nhưng ít nên số mầm sinh ra cũng ít do đó kích thước hạt lớn. e > eth : Trung tâm sai lệch hình thành nhiều, số mầm sinh ra cũng nhiều nên kích thước hạt nhỏ. Với sắt eth là (5 ÷ 6)%, thép cacbon thấp (5 ÷ 7)%, đồng 5% và nhôm (2 ÷ 8)%. III/ NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 1/ Nhận mẫu và đóng số d Mẫu nhôm có kích thước: 120x10xd; d=0,3; 0,4 10 2 ab 120 Hình 2.8 - Mẫu nhôm * Đóng số: - a: số thứ tự nhóm - b: độ biến dạng - 2: chỉ đóng cho mẫu thứ hai có cùng độ biến dạng. 2/ Vạch dấu Dùng viết chì vạch dấu, lấy khoảng giữa mẫu một đoạn có chiều dài 50 mm Hình 2.9 - Vạch mẫu 3/ Tiến hành kéo mẫu Dùng máy kéo mẫu, tiến hành kéo mẫu theo mức biến dạng đã được đánh trên từng mẫu cụ thể. Tay quay kẹp mẫu Vòng quay kéo mẫu Mẫu Hình 2.10 - Máy kéo mẫu bằng tay Tính toán lượng biến dạng ∆l= Mẫu được kẹp vào 2 ngàm của máy kéo tay và quay từ từ để kéo mẫu. Hình 2.11 - Sơ đồ kéo mẫu Dùng thước cặp đo liên tục trong quá trình kéo mẫu để đạt l theo yêu cầu l = lo + ∆l 4/ Nung mẫu Mẫu kéo xong đem đi nung với 2 mức nhiệt độ sau: + Nhóm mẫu I (chỉ mẫu thứ 2 có cùng độ biến dạng): đem nung ở nhiệt độ 5500C, thời gian giữ nhiệt là 30 phút, làm nguội bằng không khí. + Nhóm mẫu II (các mẫu còn lại): đem nung ở nhiệt độ 6000C, thời gian giữ nhiệt 30 phút và cũng làm nguội bằng không khí. 5/ Tẩm thực Sau khi nung, mẫu được tẩm thực để khử lớp nhôm oxit (Al2O3). Dung dịch tẩm thực gồm: 30%NaOH trong H2O, thời gian tẩm thực khoảng từ (1 ÷ 2) phút, sau đó rửa sạch mẫu. Tiếp theo cho mẫu đã rửa sạch vào trong dung dịch cường toan (1HCl+3HNO3 + 1H2O). Thời gian tẩm thực khoảng từ 30 giây đến 1 phút 30 giây sau đó rửa sạch, sấy khô. 6/ Xác định kích thước hạt a b c d Kích thước hạt được đánh giá bằng diện tích trung bình của hạt (mm2). Hình 2.12 Tính diện tích trung bình của 1 hạt Đo: ab = 10mm ad = (tùy theo mẫu) X: tổng số hạt trong Sabcd mm2 X = y + ½ z trong đó y: số hạt không bị cắt trong Sabcd mm2 z: số hạt bị cắt trong Sabcd mm2 IV/ NỘI DUNG BÁO CÁO Tóm tắt lý thuyết biến dạng dẻo và kết tinh lại. So sánh Stb của 2 mẫu có mức độ biến dạng bằng nhau nhưng nung ở 2 nhiệt độ khác nhau, nhận xét kết quả và rút ra kết luận. Dựa vào kết quả bảng 4.1 vẽ đồ thị kích thước hạt (S) phụ thuộc vào mức độ biến dạng (theo ví dụ hình 4.13), tìm eth của nhôm, giải thích và nhận xét kết quả. t0 Mẫu 600 1.5 1.6 1.7 1.8 .. Stb 550 Stb Bảng 2.1 eth Stb e% S0 t0=6000 Hình 2.13 - Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của kích thước hạt vào độ biến dạng. BÀI 3: ĐO ĐỘ CỨNG VÀ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TÔI THÉP I/ MỤC ĐÍCH YÊU CẦU Phân biệt được các phương pháp đo độ cứng Brinell, Rockwell và Vicker. Đo được độ cứng kim loại bằng phương pháp Brinell, Rockwell. Nghiên cứu quá trình tôi thép. Tôi thép ở các nhiệt độ khác nhau. II/ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1/ Độ cứng a/ Định nghĩa: Là khả năng chống lại biến dạng dẻo cục bộ của vật liệu dưới tác dụng của tải trọng thông qua mũi đâm. Hình 3.1 * Các loại mũi đâm: a) b) c) . 1360 Hình 3.1 Mũi đâm a) Bi thép b) Hình côn c) Hình tháp b/ Các phương pháp đo độ cứng * Phương pháp đo độ cứng Brinen (HB) - Mũi đâm là bi thép (Hình5.2 a), có các đường kính sau: D = 2,5; 5; 10 (mm) Tải trọng tương ứng là P = 1875; 7500; 30000 (N); P có thể đo bằng kilogram lực (KG). Mối quan hệ giữa P và D: - Nguyên lý đo của phương pháp: Ấn viên bi bằng thép đã tôi cứng lên bề mặt mẫu, dưới tác dụng của tải trọng tương ứng với đường kính bi đã định trước. Trên mặt mẫu sẽ có vết lõm hình chỏm cầu. Gọi P (N) là tải trọng tác dụng, S (mm2) là diện tích vết lõm, số đo Brinen được tính bằng công thức sau: d Mũi đâm Vật liệu HB = x 0,1 (KG/mm2) [P : N] Hình 3.3 Nếu gọi D là đường kính viên bi; chiều sâu vết lõm là h. Ta có: S = pDh Tuy nhiên việc đo đường kính d của vết lõm lại dễ dàng hơn nhiều so với độ sâu h nên diện tích chỏm cầu có thể tính bằng công thức: S = (KG/mm2) Đối với thép và gang thường dùng P = 3000kG, D = 10mm Để xác định độ cứng HB cần phải đo được đường kính vết lõm và dùng công thức trên để tính (song có thể dùng bảng tính sẵn để tra bảng – Bảng 5.3) - Điều kiện đo độ cứng Brinen + Chiều dày mẫu thí nghiệm không nhỏ hơn 10 lần chiều sâu của vết lõm. + Bề mặt mẫu thử phải sạch, phẳng, không có khuyết tật. + Chiều rộng, dài của mẫu và khoảng cách giữa 2 vết đo phải lớn hơn 2D. + Thời gian tác động cũng ảnh hưởng đến kết quả đo. Thông thường thời gian này có thể tra theo bảng 3.1). Vật liệu Độ cứng HB Chiều dày bé nhất (mm) P/D2 D(mm) P(N) Thời gian tác dụng (s) Kim loại đen 140 - 450 > 6 3 – 6 < 3 30 30 30 10 5 2,5 30000 7500 1875 10 10 10 < 140 > 6 3 – 6 < 3 30 30 30 10 5 2,5 30000 7500 1875 30 30 30 Hợp kim đồng 31,8 – 130 > 6 3 – 6 < 3 10 10 10 10 5 2,5 10000 2500 625 30 30 30 Hợp kim nhôm 8 - 35 > 6 3 – 6 < 3 2,5 2,5 2,5 10 5 2,5 2500 625 156 60 60 60 Bảng 3.1 - Phạm vi sử dụng: Phương pháp Brinen chỉ đo được những vật liệu mềm, kim loại màu (đồng, nhôm, niken), hợp kim màu, thép sau khi ủ, các loại gang grafit. Không đo được những vật liệu mỏng (d < 10h). - Máy đo độ cứng Brinen Cần tải trọng Mũi đâm Bàn mẫu Tải trọng Tay quay Hình 3.4 - Máy độ cứng Brinen * Phương pháp đo độ cứng Rockwell (HRA; HRB; HRC) - Mũi đâm bi thép, kim cương (hoặc hợp kim cứng) hình côn (Hình5.2 b), có góc đỉnh là 1200, hoặc bi thép, có đường kính d = = 1,588 mm. - Ở phương pháp này qui định: Mũi đâm đi xuống 0,002 mm thì độ cứng giảm 1 đơn vị. Hình 3.5 - Số đo độ cứng Rockwell được xác định: Trong đó: K là hằng số ứng với từng mũi đâm. h là chiều sâu vết lõm (mm). 0,002mm là giá trị 1 vạch của đồng hồ so. - Máy đo độ cứng Rockwell Đồng hồ hiển thị Mũi đâm Tải trọng Tay quay Bàn mẫu Hình 3. 6 - Máy đo độ cứng Rockwell * Các thang đo trên máy Rockwell. Thang đo Loại mũi đâm Tải trọng P(N) k Phạm vi sử dụng Giới hạn đo cho phép HRA Kim cương – nón a = 1200 600 100 Vật liệu rất cứng (Thép hợp kim, hợp kim cứng, WC, TiC 70 ÷ 85 HRC Kim cương – nón a = 1200 1500 100 Vật liệu cứng (Thép sau tôi, Martensite) 20 ÷ 67 HRB Bi thép d==1,588mm 1000 130 Gần như HB, vật liệu dày, mỏng. 25 ÷ 100 Bảng 3.2 - Giới hạn đo của các thang Rockwell * Phương pháp đo độ cứng Vicker. Phương pháp Vicker về nguyên lý đo giống như phương pháp Brinen nhưng thay bi thép bằng mũi kim cương hình tháp (Hình5.2 c), có góc giữa hai mặt bên là 1360. Tải trọng sử dụng P = (50 ÷ 1500)N, phụ thuộc chiều dày mẫu đo. Độ cứng Vicker được xác định: Trong đó: P tải trọng (N hay KG) S là diện tích bề mặt vết lõm (mm2) Hình 5.7 Để thuận tiện, người ta có thể tính S thông qua đường chéo d và a = 1360. Phương pháp đo Vicker thường đo độ cứng các vật mỏng, các lớp thấm. . ., có thể đo được các vật liệu rất mềm hoặc rất cứng. Bảng 3.3 Bảng tính độ cứng Brinen và so sánh giữa các loại độ cứng Brinen Rockwell Vickker Brinen Rockwell Vickker dmm HB HRB HRC HRA HV dmm HB HRB HRC HRA HV 2.00 946 3.70 269 - 28 65 272 2.05 898 3.75 262 - 27 64 261 2.10 857 3.80 255 - 26 64 255 2.15 817 3.85 248 - 25 63 250 2.20 782 - 72 89 1220 3.90 241 100 24 63 240 2.25 744 - 69 87 1114 3.95 235 99 23 62 235 2.30 713 - 67 85 1021 4.00 229 98 22 62 226 2.35 683 - 65 84 940 4.05 223 97 21 61 221 2.40 652 - 63 83 867 4.10 217 97 20 61 217 2.45 627 - 61 82 803 4.15 212 96 19 60 213 2.50 600 - 59 81 746 4.20 207 95 18 60 209 2.55 578 - 58 80 694 4.25 201 94 - 59 201 2.60 555 - 56 79 649 4.30 197 93 - 58 197 2.65 532 - 54 78 606 4.35 192 92 - 58 190 2.70 512 - 52 77 587 4.40 187 91 - 57 186 2.75 495 - 51 76 551 4.45 183 89 - 56 183 2.80 477 - 49 76 534 4.50 179 88 - 56 177 2.85 460 - 48 75 502 4.55 174 87 - 55 174 2.90 444 - 47 74 474 4.60 170 86 - 55 171 2.95 429 - 45 73 460 4.65 167 85 - 54 165 3.00 415 - 44 73 435 4.70 163 84 - 53 162 3.05 401 - 43 72 423 4.75 159 83 - 53 159 3.10 388 - 41 71 401 4.80 156 82 - 52 154 3.15 375 - 40 71 390 4.85 152 81 - 52 152 3.20 363 - 39 70 380 4.90 149 80 - 51 149 3.25 352 - 38 69 361 4.95 146 78 - 50 147 3.30 341 - 37 69 344 5.00 143 76 - 50 144 3.35 331 - 36 68 335 5.05 140 76 - - - 3.40 321 - 35 68 320 5.10 137 75 - - - 3.45 311 - 34 67 312 5.15 134 74 - - - 3.50 302 - 33 67 305 5.20 131 72 - - - 3.55 293 - 31 66 291 5.25 128 71 - - - 3.60 285 - 30 66 285 5.30 126 69 - - - 3.65 277 - 29 65 287 5.35 123 69 - - - c/ Công dụng * Ưu điểm các phương pháp đo độ cứng: Độ cứng là sự chống lại biến dạng dẻo cục bộ còn độ bền là sự chống lại biến dạng dẻo toàn bộ. Nên có thể thông qua tính độ cứng để suy ra độ bền của kim loại. Đo độ cứng tương đối đơn giản, tốn ít thời gian (trên dưới 1 phút/1 mũi đo) Có thể đo được các chi tiết dày hoặc mỏng. Biết được khả năng làm việc của chi tiết. * Độ cứng thông dụng của các chi tiết như sau: Độ cứng phù hợp nhất cho cắt gọt: (160 ÷ 180) HB Các chi tiết lò xo, khuôn dập nóng: (40 ÷ 45) HRC Các bánh răng chịu tải trọng nhỏ, vận tốc chậm (các loại máy công cụ): (52÷58) HRC. Mọi bánh răng chịu tải trọng lớn, vận tốc cao; mọi dụng cụ cắt gọt; các khuôn dập nguội; các ổ lăn; các đĩa ma sát, và những chi tiết khác bị mài mòn tương tựđộ cứng lớn hơn (60 ÷ 62) HRC. 2/ Tôi thép a/ Định nghĩa: Là một phương pháp nhiệt luyện gồm có nung nóng chi tiết hoặc thép đến trạng thái g, giữ nhiệt thời gian t và làm nguội nhanh vng ≥ vth. t g vng > vth t t0 Hình 3.8 + Tốc độ nguội tới hạn là tốc độ nguội nhỏ nhất mà chi tiết chuyển biến hoàn toàn thành Maxtensit (Mt). + Thép khác nhau có tốc độ nguội tới hạn khác nhau. + Vng: Tốc độ nguội của môi trường nguội. Một số môi trường nguội thường dùng: - Môi trường nước: + Nước nóng (40 ÷ 60)0C + Nước thường (25 ÷ 30)0C + Nước lạnh (5 ÷ 15)0C - Dung dịch NaOH hoặc NaCl - Dầu nhớt - Không khí - Muối nóng chảy - Emusi: Dầu + nước Thông thường đối với thép cacbon chọn môi trường nguội là nước; đối với thép hợp kim môi trường nguội là dầu nhớt. * Chọn vận tốc nguội: Vng = Vth + (30 ÷ 50)0C b/ Nhiệt độ tôi: Nhiệt độ tôi ảnh hưởng trực tiếp đến cơ tính của thép sau khi tôi. Để tôi thép cacbon, có thể dựa vào giản đồ trạng thái sắt - cacbon và %C để chọn nhiệt độ tôi. * Đối với thép trước cùng tích và thép cùng tích (%C ≤ 0,8%) Chọn nhiệt độ tôi cao hơn AC3, nghĩa là nung nóng thép đến trạng thái hoàn toàn Austenite. Phương pháp này gọi là tôi hoàn toàn. t0tôi = AC3 + (30 ÷ 50)0C Trong khoảng 0,1 ÷ 0,8%C điểm AC3 của thép giảm xuống. Nung nóng chậm AC3 = A3. * Đối với thép sau cùng tích (0,8% < %C ≤ 2,14%) Nhiệt độ tôi cao hơn AC1, nhưng thấp hơn Accm, nghĩa là nung lên trạng thái không hoàn toàn austenite. Tổ chức nung để tôi là g + XeII. Đây là phương pháp tôi không hoàn toàn. t0tôi = AC1 + (30 ÷ 50)0C Thép sau cùng tích nhiệt độ tôi giống nhau. Nung nóng chậm AC1 = A1, khoảng (760÷780)0C, không phụ thuộc vào thành phần cacbon. * Có thể xác định AC3 và AC1 bằng cách dựa vào giản đồ trạng thái sắt - cacbon hoặc tra sổ tay nhiệt luyện. c/ Thời gian giữ nhiệt t: Phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Khoảng nhiệt độ nung. Môi trường nung. Kích thước chi tiết. Hình dạng chi tiết. Cách sắp xếp các chi tiết. Kinh nghiệm: tính theo chiều dày nhỏ nhất ở tiết diện lớn nhất, hoặc tra theo bảng sau: Hình dạng chi tiết Nhiệt độ nung Tròn Vuông Tấm Thời gian nung (phút) Cho 1 mm đường kính Cho 1 mm chiều dày 600 2 3 4 700 1,5 2,2 3 800 1,0 1,5 2 900 0,8 1,2 1,6 1000 0,4 0,6 0,8 Bảng 3.4 III/ NỘI DUNG THÍ NGHIỆM 1/ Nhận mẫu sau khi ủ (C45 và 1 mẫu thép hợp kim) AB 2/ Đóng số A: Số thứ tự nhóm B: Số thứ tự mẫu 3/ Đo độ cứng HB và HRB của các mẫu trên. Đo HB 1 mẫu C45 Các mẫu còn lại đo HRB Lưu ý: Đo 2 mũi đo trên 1 mẫu rồi tính trung bình để tăng độ chính xác. Độ cứng của thép sau khi ủ Mẫu số Thép Lần đo 1 Lần đo 2 Trung bình 1 hợp kim 2 C45 3 C45 4/ Tôi mẫu thép Mẫu số Loại thép Nhiệt độ tôi (0C) 1phút/1mm Thời gian giữ nhiệt Môi trường làm nguội 1 hợp kim 780 Dầu nhớt hoặc nước thường 2 C45 780 Nước thường 3 C45 820 Nước thường 4 C45 860 Nước thường 5 C45 900 Nước thường 5/ Đo độ cứng sau khi tôi (dùng phương pháp Rockwell với thang đo HRC) Lập kết quả theo bảng sau: Mẫu Thép Lần đo 1 Lần đo 2 Trung bình 1 hợp kim 2 C45 3 C45 4 C45 5 C45 IV/ NỘI DUNG BÁO CÁO Tóm tắt lý thuyết về phương pháp đo độ cứng và tôi thép. Ghi kết quả đo độ cứng thép sau khi ủ theo các phương pháp trên. Ghi kết quả đo độ cứng của thép sau khi tôi. Vẽ đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ tôi và độ cứng của thép C45. Nhận xét. Bài 4: NGHIÊN CỨU TỔ CHỨC TẾ VI CỦA THÉP SAU KHI NHIỆT LUYỆN I/ MỤC ĐÍCH YÊU CẦU Nghiên cứu quá trình hình thành các tổ chức sau nhiệt luyện như mactenxit, bainit, troxtit và xoocbit Phân biệt các tổ chức của thép: Peclit, xoocbit, troxtit, bainit, mactenxit trên kính hiển vi. II/ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1/ Sơ lược về nhiệt luyện thép a/ Định nghĩa Nhiệt luyện là công nghệ nung nóng thép đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt một thời gian và sau đó làm nguội theo một chế độ nhất định, làm thay đổi tổ chức tế vi dẫn đến nhận được tính chất theo ý muốn. t0 t0 nung vnguội t thời gian giữ nhiệt t Hình 4.1 - Sơ đồ quá trình nhiệt luyện cơ bản. Tác dụng của quá trình nhiệt luyện là làm thay đổi cấu tạo mạng tinh thể bên trong của kim loại khiến cho những tính chất của nó như độ cứng, độ bền, tính dẻo, tính dai cũng thay đổi. Một số phương pháp nhiệt luyện như: ủ, thường hóa, tôi, và ram. b/ Các yếu tố đặc trưng cho nhiệt luyện Dựa vào sơ đồ quá trình nhiệt luyện cơ bản (Hình6.1), các yếu tố quan trọng đặc trưng cho quá trình nhiệt luyện là: Nhiệt độ nung nóng: nhiệt độ cao nhất mà quá trình phải đạt tới. Thời gian giữ nhiệt. Tốc độ nguội phụ thuộc vào bản chất thép và phương pháp nhiệt luyện. Kết quả nhiệt luyện: Người ta đánh giá chúng bằng các thông số sau: Độ cứng là yêu cầu quan trọng đầu tiên, đòi hỏi nó phải lớn hơn hoặc nhỏ hơn những giá trị nhất định tùy trường hợp. Tổ chức tế vi bao gồm cấu tạo pha, kích thước hạt, chiều sâu lớp hóa bền. Độ cong vênh, biến dạng và vết nứt. 2/ Các loại tổ chức của thép sau khi tôi. Tổ chức của thép sau khi tôi là tổ chức ở trạng thái không cân bằng và được hình thành trong điều kiện làm nguội nhanh, bao gồm: austennit dư; mactenxit; troxtit; xoocbit; a/ Austenite dư (As dư) Hình thành trong điều kiện làm nguội nhanh khi tôi thép, lượng As dư phụ thuộc vào thành phần cacbon (%C) và điều kiện tôi. Khi %C càng nhiều thì lượng As dư sau khi tôi càng tăng. Về bản chất thì As dư là austenite (dung dịch rắn của cacbon trong Feg). b/ Mactenxit (M) M là dung dịch rắn xen kẽ quá bão hòa của cacbon trong Fea với nồng độ cacbon bằng nồng độ cacbon của As, có kiểu mạng chính phương thể tâm, có độ cứng rất cao và giòn. Mạng chính phương thể tâm được đặc trưng bằng tỉ số gọi là độ chính phương của mactenxit. Độ quá bão hòa c càng cao, tỉ số c/a càng lớn. Hình 4.2 - Mạng chính phương thể tâm của M Vng≥Vth g Mt + gdư + Asdư, kích thước tinh thể M phụ thuộc vào nhiệt độ tôi. Khi nung ở nhiệt độ cao, do hạt g lớn, nên mactenxit nhận được có dạng kim thô, to (Hình4.1 a), còn khi nung ở nhiệt độ thấp hơn, mactenxit nhỏ, mịn hơn (Hình4.1 b). b) a) Hình 4.3 - Tổ chức mactenxit tôi (thép 0,5%C x 600) a) Tôi ở 9300C b) Tôi ở 8250C - Đối với thép ít cacbon, do mactenxit có mức bão hòa thấp nên ngoài mactenxit, còn nhận được ferit (màu trắng), xem (Hình4.2) Hình 4.4 - Tổ chức của mactenxit sau khi tôi (thép 0,2%C x 200) - Đối với thép cacbon cao sau khi tôi, có thể có lượng austennit dư lớn. Mt gdư Hình 4.5 - Tổ chức của thép cacbon cao (1,9%C) sau khi tôi Vùng sáng là austennit dư + Mactenxit ram: Được tạo thành khi nung mactenxit tôi trong khoảng (80 ÷ 200)0C (đối với thép cacbon). Do cacbon được tiết bớt ra khỏi mạng mactenxit dưới dạng cacbit liền mạng, nên độ bão hòa giảm, tỉ số c/a cũng giảm. Mactenxit ram màu sẫm hơn, do bị tẩm thực mạnh hơn. c) b) a) Hình 4.6 - Tổ chức của thép 0,6% sau khi ram x 500 a) Mactenxit ram b) Troxtit ram c) Xoocbit ram c/ Troxtit (T) Troxtit là hỗn hợp cơ học [F + Xe], có chiều dày 1 cặp tấm F và Xe có kích thước từ (1 ÷ 2).10-4mm. Troxtit là sản phẩm phân hóa của As quá nguội trong khoảng (450 ÷ 550)0C. a) b) Hình 4.7 - Thép 0,5%C sau khi tôi ở 8400C trong dầu Tổ chức troxtit tôi Dưới kính hiển vi quang học x 500 Dưới kính hiển vi điện tử Troxtit chia làm 2 loại: Troxtit tôi và troxtit ram. Khác với troxtit tôi, troxtit ram hình thành khi ram thép đã tôi ở nhiệt độ (350÷450)0C. Xementite của nó không phải dạng tấm mà là dạng hạt (Hình6.6b). Độ cứng của troxtit nằm trong khoảng (40 ÷ 45) HRC. d/ Xoocbit (X) Xoocbit là sản phẩm phân hóa của austennit quá nguội ở nhiệt độ (550÷650)0C. Nó cũng là hỗn hợp cơ học [F + Xe], trong đó chiều dày 1 cặp F và Xe từ (3÷4).10-4 mm. Có 2 loại xoocbit: Xoocbit tôi (Hình4.8) và xoocbit ram (Hình4.6 c) – Xe trong Xoocbit có dạng hạt. Hình 4.8 - Thép 0,7%C. Xoocbit tôi e/ Peclit Là sản phẩm phân hóa của austenite trong khoảng Ar1 ÷ 6500C. Phụ thuộc vào hình dáng của xementite mà có peclit dạng tấm (Hình2.14) hay hạt (Hình2.15) (Bài 2: Nghiên cứu tổ chức tế vi của hợp kim sắt – cacbon ở trạng thái cân bằng). Độ cứng peclit khoảng (180 ÷ 250)HB. f/ Bainit Nhận được khi giữ đẳng nhiệt austennit ở nhiệt độ thấp hơn mũi đường cong chữ “C”. Chuyển biến bainit xảy ra trong 2 khoảng nhiệt độ Trong khoảng (200 ÷ 250)0C gọi là bainit dưới, có tổ chức hình kim nhỏ mịn, gần giống mactenxit. Hình 4.9 Tổ chức bainit dưới x 500 Trong khoảng (350 ÷ 400)0C gọi là bainit trên, có dạng “lông chim”, gần giống troxtit. Hình 4.10 Tổ chức bainit trên x 500 Chuyển biến bainit còn gọi là chuyển biến trung gian, vì vừa giống các chuyển biến peclit và xementite, và lại giống chuyển biến mactenxit ở chỗ ferit bị quá bão hòa. 3/ Tổ chức quá nhiệt Vitmantet Tạo thành do quá nhiệt khi nung thép ở nhiệt độ cao. Trong tổ chức tế vi có ferit ở dạng kim thô (màu trắng), phân bố theo những mặt tinh thể xác định. F Hình 4.11 Tổ chức Vitmantet x 300 Vitmantet có cơ tính thấp. Thép có tổ chức này được xem là phế phẩm. Để cải thiện thép này phải mang đi ủ hoàn toàn. 4/ Các yếu tố ảnh hưởng đến tổ chức sau nhiệt luyện Tùy theo nhiệt độ phân hóa, ta có thể nhận được các tổ chức khác nhau: peclit, xoocbit, troxtit, bainit và mactenxit. Phụ thuộc tốc độ làm nguội giảm dần từ ngoài vào lõi có thể nhận được các tổ chức khác nhau trên cùng một mẫu. Sự phân hóa xảy ra ở nhiệt độ càng thấp, tức độ quá nguội càng lớn, thì hỗn hợp [F + Xe] càng nhỏ mịn, độ cứng và độ bền càng cao. Chuyển biến xảy ra Vng ≥ Vth thì austennit không phân hủy thành ferit – xementite, và nhận được mactenxit (tổ chức quá bão hòa) có độ cứng và độ giòn rất cao. III/ NỘI DUNG THÍ NGHIỆM Có từ 10 ÷ 14 mẫu được đánh số theo thứ tự 1; 2; 3; Sinh viên tiến hành quan sát tất cả trên kính hiển vi kim loại và vẽ lại tổ chức tế vi của nó. IV/ NỘI DUNG BÁO CÁO Tóm tắt nội dung lý thuyết. Vẽ tổ chức tế vi của các mẫu. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 -Nghiêm Hùng "Kim loại học và Nhiệt luyện" NXB "Đại học và Trung học chuyên nghiệp" Hà nội 1979 2 -Nghiêm Hùng "Sách tra cứu thép, gang thông dụng" NXB "Trường Đại học Bách khoa Hà nội" 1997 3 - "Vật liệu cơ khí và Công nghệ kim loại" NXB "Công nhân" 1970 4 -Hoàng Trọng Bá "Sử dụng vật liệu phi kim loại trong ngành cơ khó" NXB "Khoa học và kỹ thuật" TP,Hồ Chí Minh 1995

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docgiao_trinh_mon_vat_lieu_co_khi.doc
Tài liệu liên quan