Giáo trình vật liệu cơ khí, Châu Minh Quang, PDF, 79 trang, 2 MB
NỘI DUNG:
1.1.1. Tinh thể phân tử (liên kết Van der Waals ). b) . Hình 1.1. Mô hình liên kết Van der Waals Liên kết Van der Waals sinh ra giữa sự tương tác điện tử ngoài cùng của các nguyên tử trên khoảng cách lớn khi các mây điện tử chưa tiếp xúc với nhau. Nó xuất hiện ở bất kỳ phần tử nào (các ion, nguyên tử, phân tử ). Năng lượng liên kết của Van der Waasl không lớn vì các tinh thể phân tử có nhiệt độ nóng chảy và bay hơi thấp. 1.1.2. Liên kết đồng hoá trị Liên kết này tạo ra khi hai hoặc nhiều nguyên tử góp chung nhau một số điện tử để đủ 8 điện tử ở lớp ngoài cùng (điện tử hoá trị). Được tạo thành trong các phân tử thuộc nhóm IV, V, VI VII phân nhóm B. Các nguyên tử của nguyên tố hoá học nhóm VIIB có lớp điện tử ngoài cùng là 7. Để có đủ 8 điện tử cần kết hợp hai nguyên tử lại bằng cách góp chung hai điện tử lớp ngoài cùng. Ví dụ: liên kết đồng hoá trị giữa hai nguyên tử clo(Cl) trong phân tử CI). | Sự liên kết đồng hoá trị xảy ra giữa các nguyên tử cùng loại (cùng một nguyên tố hoá học) gọi là liên kết đống hoá trị đồng cực ví dụ: Cl, Kim cương, silic... Sự liên kết đồng hoá trị xảy ra giữa các nguyên tử khác loại (các nguyên tố hoá học nhóm IIA với VA hoặc IIA với VIA) gọi là liên kết đồng hoá trị dị cực. 1.1.3. Liên kết ion © © Hình 1.2. Liên kết ion của LiF Đây là liên kết mang các nguyên tử cho bớt điện tử lớp ngoài cùng để trở thành ion dương(cation) hoặc nhận thêm điện tử để điền đầy lớp ngoài cùng và trở thành ion âm (anion). Ví dụ: liên kết ion giữa Li và F để tạo thành LiF, Li cho một điện tử để trở thành Li" và F nhận một điện tử để trở thành F", kết quả là tạo thành hợp chất LiF. Liên kết ion được tạo thành giữa các nguyên tố có (nhóm VIB, VIIB) với các nguyên tố (nhóm IB, IIB), các ôxít kim loại(A1,2, MgO, CaO, Fe,O, NiO...) 1.1.4. Liên kết kim loại ® ® ® ® 0000 ☺ ☺ ☺ 1000 ☺ Hình 1.3. Liên kết kim loại | Các ion dương, tạo thành một mạng xác định, đặt trong không gian điện tử tự do "chung". Đó là hình ảnh liên kết kim loại. Năng lượng liên kết là tổng hợp lực đẩy và hút tĩnh điện giữa các ion dương và mây điện tử tự do (H1.3). Liên kết kim loại thường được tạo nên từ những nguyên tử có ít điện tử hoá trị. Các nguyên tử ở nhóm IA, với một điện tử hoá trị, có tính kim loại điển hình. 1.2 MẠNG TINH THỂ LÝ TƯỞNG 1.2.1. Khái niệm cơ bản Mạng tinh thể là mô hình không gian để nghiên cứu các quy luật sắp xếp các chất điểm trong vật tinh thể. | Mặt tinh thể: các mặt đi qua các chất điểm, các mặt này song song cách đều nhau , | Phương tinh thể: tập hợp các chất điểm cùng nằm trên một đường thẳng. 1.1.4. Mạng lục giác xếp chặt LGxC) . LT, . . . Hình 1.7.Mạng lục giác xếp chặt Các nguyên tử nằm ở 12 đỉnh, tâm hai mặt đáy và tâm của ba khối lăng trụ tam giác đều cách nhau. cơ bản của mạng lục giác xếp chặt là khối lăng trụ lục giác với thông số mạng là a và. Số nguyên tử n là: n = 1/6 x 12 + 1/2 x 2 +3 = 6. Mật độ nguyên tử My = 74%. Các nguyên tố Be, Mg, Ca ... có kiểu mạng này. 1.3.MẠNG TINH THẺ ĐIỂN HÌNH 1.3.1.Dạng thù hình | Đây là sự tồn tại hai hay nhiều cấu trúc mạng tinh thể khác nhau của cùng một nguyên tố hay một hợp chất hoá học. Các dạng thù hình được ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp 2,3, Y. Sự tồn tại các dạng thù hình phụ thuộc vào hai yếu tố nhiệt độ và áp suất. Ví dụ: Graphit có thể tạo được ở điều kiện bình thường, trong khi chuyển biến thì hình graphit sang kim cương chỉ xảy ra ở nhiệt độ và áp xuất cao. Sắt là kim loại có tính thì hình. Ở dưới 9118C có mạng lập phương thể tâm, từ 911413928C có mạng lập phương diện tâm. Khi chuyển từ mạng LPTT sang mạng LPDT (Mv = 68% sang Mv = 74%) thể tích giảm đi đột ngột. Khi làm nguội CỎ quá trình ngược lại. 1.3.2.Tinh dị hướng | Tinh dị hưởng là sự khác nhau về tính chất cơ, lý, hoá) theo các phương khác nhau, Trong tinh thể, khoảng cách giữa các nguyên tử khác nhau theo những phương khác nhau và do đó tính chất cũng khác nhau. | Tinh dị hướng tính chất của tinh thể chỉ đúng với đơn tinh thể . Trong điều kiện tự nhiên các vật tinh thể là đa tinh thể nghĩa là tập hợp các tinh thể nhỏ định hướng khác nhau. Trong trường hợp này tính dị hướng mất đi vì khoảng cách thống kê trung bình giữa các nguyên tử theo tất cả các phương đều gần như nhau. Như vậy đa tinh thể được gọi là giả đẳng hướng. 1.3.3. Đa tinh thể | Nểu khối kim loại đem dùng có mạng thống nhất và phương không đổi trong toàn bộ thể tích thì được gọi là đơn tinh thế, tức là chỉ có một tinh thể. Trong thực tế rất hiếm gặp mà người ta phải chế tạo bằng phương pháp nhân tạo. Các vật kim loại đem dùng, dù là rất nhỏ, cũng | bao gồm rất nhiều tinh thể (trong một mỏ có tới hàng chục, hàng nghìn, hàng vạn), cấu tạo nhỏ như vậy gọi là đa tinh thể. Một số tính chất của đa tinh thế: - Sự định hướng mạng tinh thể của mỗi hạt là ngẫu nhiên, nên phương giữa các hạt lệch nhau một góc nào đó thường từ vài độ đến chục độ. - Không có tính dị hướng, có tính đẳng hướng giả, tức là theo các phương tinh chất đều giống nhau. - Ở vùng biên giới các hạt nguyên tử sắp xếp không trật tự gọi là vùng tinh thể bị xô lệch. 12 Chương 2 GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI CỦA HỢP KIM HAI CẦU TỬ 2.1. Khái niệm về giản đồ trạng thái Sự biến đổi trạng thái và tổ chức bằng hệ hợp kim chi phụ thuộc vào nhiệt độ và thành phần, để biểu thị mối quan hệ đó đổi với mỗi hệ, người ta dùng giản đồ trạng thái. 2.1.1.Công dụng của từng giản đồ trạng thái Từ giản đồ trạng thái có thể xác định được: Nhiệt độ chảy, chuyển biến pha của các hợp kim trong hệ khi nung nóng và làm nguội, nhờ đó xác định được dễ dàng các chế độ đúc, luyện, rèn, cán, hàn, nhiệt luyện. • Trạng thái pha (pha nào, thành phần và tỷ lệ giữa các pha) của các hợp kim trong hệ, do đó suy đoán được các đặt tính cơ bản và công dụng. Giản đồ trạng thái được xây dựng trong điều kiện nung nóng và làm nguội vô cùng chậm tức là ở trạng thái cân bằng 2.1.2. Cấu tạo của giản đồ trạng thái hại cấu tử Kim loại nguyên chất có kiểu giản đồ trạng thái đơn giản, chỉ có một trục nhiệt độ trong đó ghi nhiệt độ chảy và biến đổi hình thù. l'c + Fes (lptt) Fey(1, dt) 911 + Fua (ptt) 1004 B 20 - 40* B 40) XC 1904 B : b . Hình 2.1 a) Giãn đồ trạng thái một nguyên bộ Giãn đồ trạng thái hai nguyên Ở hợp kim hai cấu tử có thêm sự biến đổi của thành phần hoá học, 13 nên ngoài trục tung có thêm trục hoành biểu thị sự biến đổi của thành phần. Mỗi điểm trên đó biểu thị một hợp kim có thành phần nhất định, còn hai mút ứng với hai cầu từ nguyên chất. (100%A + 0%B và 100%B + 0%A). Đường thẳng bất kỳ ứng với sự biến đổi nhiệt độ của một hợp kim tương ứng trên hình vẽ là hợp kim 40%A + 60%B). 2.2. Giản đồ trạng thái sắt - cacbon Cơ sở nghiên cứu nhiệt luyện thép và tìm hiểu các tính chất của thép, gang là giản đồ trạng thái Fe-C. Có thể nói hiểu và nắm vững (bao gồm nhở, phân tích các chuyển biến) giản đồ trạng thái Fe-C là cơ sở quan trọng nhất để nghiên cứu các nội dung tiếp theo. Do tầm quan trọng như vậy nên việc xác lập và hoàn thiện các in đỗ trạng thái Fe-C vẫn là nhiệm vụ quan trọng của kim loại học. | Dạng của giản đồ t, 'C 1600 A 1400 NOWY Y+L T 1200 1147 1147 L+ Xe, IHIR 1000 * + Xem + (1 +Xe } * +Xe } + Xe +PP+ } + Xe HUHE FILHIHI YIHUPII 200 727 c ++ i+ K 600 eclit PIPPIHII+ H 1t Ledeburit 400 Q +p I P+XCEL PPET HIIHIILIH FIFPIH P+Xem +Le(P+Xe) uWPIHIHI LP+Xe) + Xe I+II+ 201 + 111 IL 0.006 0.9 2.14 4.3 6.67%C 100% Fe,c Fe Hình 2.2: Giao đồ trang thái F-C Đáng lẽ theo như tên gọi, giản đồ trạng thái Fe-C, phải được trình bày 100% Fe đến 100%C, song do không dùng các hợp kim Fe-C với lượng cacbon nhiều hơn 5% nên chỉ trình bày đến 6,67% C tức ứng với hợp chất hoá học xệmentit như phần giản đồ với lượng cacbon lớn hơn 6,67% khá phức tạp và cho đến nay vẫn chưa xác định được chính xác. Trên giản đồ, đường ABCD là đường lỏng, AHJECF là đường đặc. Hợp kim lỏng (L) của cacbon trong sắt, tồn tại ở phía trên đường lỏng ABCD. Các toạ độ (nhiệt độ và thành phần cacbon) được trình bày ở bảng 2.1. Điểm Nhiệt | %C | Điểm | Nhiệt | %C | Điểm | Nhiệt | %C 1 độ độ C độ C oc TZ A 1539 0,00 E B 1499 0,51 C | H 1499 0,10 | F J | 1499 0,16 D IN 1392 0,00 G | 1147 2,14 P T 727 0,020 1147 4,30 S | 727 0,800 | | 1147 6,67 K | 727 6,670 | 1220 6,67 | Q 0 0,006 911 0,00 LT0 | 6,67 | 2.3. Cấu trúc và tính chất các pha trong hợp kim 2.3.1. Các tổ chức một pha a.Xements (Xe hay Fe,C) Là hợp chất hoá học của sắt-cacbon Fe,C, ứng với đường thẳng đứng DFKL. Trong giản đồ cần phân biệt ba dạng của Xementit. Xementit một (Xe ) là loại kết tinh từ hợp kim lỏng, nó được tạo thành trong các hợp kim chứa nhiều hơn 4,3%C và trong khoảng nhiệt độ 1600 -1147 °C (theo đường DC). Do tạo nên từ pha lỏng và nhiệt độ cao nên xementit có tổ chức rất thô to. Xementit hai Xe được tiết ra từ dung dịch rắn Ostenit ở khoảng nhiệt độ 1147 - 727 °C (theo đường ES) khi đ hoà tan giới hạn của cacbon trong pha này giảm từ 2,14 xuống còn 0,8%, Xe có trong hợp kim với C> 0,8%. Do tạo từ pha rắn ở nhiệt độ không cao lắm nên Xementit II có 15 tổ chức nhỏ hơn, cũng do tiết ra từ Ostenit ở vùng nhiệt độ thấp Xe có dạng lưới hoặc hạt nhỏ. Xementit ba (Xe ga) là loại được tiết ra từ dung dịch rắn ferit ở trong khoảng nhiệt độ thấp hơn 727 °C (theo đường PQ) khi độ hoà tan giới hạn của cacbon trong ferit giảm từ 0,02 xuống 0,006%. Xe 4 có ở trong mọi hợp kim có c > 0,006% nhưng với lượng rất ít và không lúc nào cũng phát hiện được trên tổ chức tế vi. Có thể thấy được Xe , ở trong hợp kim có ít hơn 0,1% C. Do tạo nên từ pha rắn và nhiệt độ thấp, khả năng khuếch tán của nguyên tử rất kém nên Xe , thường ở dạng mạng hay hạt rất nhỏ bên cạnh ferit. Do quá ít nên có thể bỏ qua lượng Xe ai trong tổ chức của các hợp kim Fe-C. . Các mạng Xementit trên không khác nhau về bản chất pha, chi khác nhau về kích thước và sự phân bố do điều kiện tạo thành khác nhau. 6. Feri (ký hiệu F hay d) Ferit là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon trong Fe,, có mạng tinh thể LPTT. Vì lý do đó, khả năng hoà tan của cacbon trong Fe, không đáng kể, lớn nhất ở 727 °C với 0,02% c (điểm P) và nhỏ nhất ở nhiệt độ thường với 0,006% C (điểm Q) – nên có thể coi ferit trong hợp kim Fe-C là Hình 2.7. Tổ chức tế vi của ferit sắt nguyên chất kỹ thuật. Tuy nhiên, trong hợp kim Fe-C thực tế ferit có thể hoà tan bằng cách thay thế nhiều nguyên tố khác như Si, Cr, W, Mn. Trên giản đồ trạng thái Fe-C, ferit nằm ở giữa trong khu vực GPQ. Tổ chức tế vi của ferit giống sắt nguyên chất, có dạng hạt đa cạnh như ở H.2.7. Ferit rất dẻo và dai, nhưng khi các nguyên tố khác (đặt biệt là Si, Mn) hoà tan vào nỏ thì độ cứng tăng lên và độ dẻo, độ dai giảm đi đáng kể. Nó có tên gọi là ferit, chữ la tinh là ferrum (sắt) 16 c. Ostelit (ký hiệu Os hay y) Là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon ở trong Fer (chui vào lỗ hổng trong khối tám mặt), có mạng tinh thể lập phương diện tâm. Khả năng hoà tan cacbon của Fez khá lớn, lớn nhất ở 1.147 °C với 2,14% (điểm E) và nhỏ nhất ở 727 °C với 0,8% C (điểm S). Trong hợp kim Fe-C thông Hình 2.8. Tổ chức tế vị Ostenit | thường Ostenit có thể hoà tan Si và các nguyên tố kim loại Cr, Ni, Mn, W... bằng cách thay thế. Ostenit nằm ở khu vực NJESG, nó không tồn tại ở nhiệt độ thường. Tổ chức tế vị của nó gồm những hạt đa cạnh có song tinh (Hình 2.8). Ôstenit rất dẻo và dai. 2.3.2.Các tổ chức hai pha a. Peclit (ký hiệu P{ + Xe!) | Peclit là hỗn hợp cơ học cùng tích của ferit và xementit [F + Xe} tạo thành ở 721 °C từ dung dịch rắn Ostenit chứa 0,8%C. Trong peclit có 88% ferit và 12% xementit. Trong quá trình làm nguội, thành phần cacbon của Ostenit biến đổi và khi đến 727 °C có 0,8%C, (các hợp kim với lượng C < 0,8% thành phần cacbon của Ôstenit biến đổi theo đường GS tiết ra ferit làm tăng cacbon, các hợp kim với lượng c > 0,8% thành phần cacbon của Ostenit biến đổi theo đường ES, tiết ra xementit làm giảm cacbon, cả hai trường hợp đều đưa đến lượng cacbon trong Ostenit là 0,8%C (ở 727 °c điểm S). Lúc đó Ostenit có 0,8%C sẽ chuyển biến thành hỗn hợp cùng tích của ferit và xementit. Tuỳ theo dạng xementit, chia làm hai giai nen va petit hạt. 17 22 P FIA 7. 47 . h IN 29T DUT L ". V P THE 21 W ht PUWI . FELGI * 2 " WA Nr 1 Hat Hình 2.9. Tổ chức tế vị của peclit tấm và peclit hạt Trong peclit tấm, xementit ở dạng tấm, phiến (mà ở trên tổ chức tế vị thấy trong dạng các đường tối) nổi lên nền ferit sáng. Trong ferit hạt, xementit ở dạng hạt sáng nổi lên trên nền ferit cũng có màu sáng với các đường ranh giới giữa chúng màu tối. Peclit thường gặp là peclit tấm. Peclit là hỗn hợp cơ học nên tính chất của chúng là trung gian, kết hợp giữa tính dẻo, dai của ferit và cứng, giòn của xementit. Nói chung tổ chức này có độ cứng, độ bền cao, tính dẻo dai thấp. Tuy nhiên có tính của peclit có thể thay đổi theo phạm vi khá rộng phụ thuộc vào dạng peclit và độ nhỏ mịn của xementit ở trong nó. VT Hình 2.10. Tế vi Ledeburit | + Peelit tấm cứng, bền nhưng kém đèo so với peclit hạt. Ví dụ: độ cứng của peclit tấm khoảng 200–220 HB, peclit hạt 180-200 HB. Do vậy, đối với thép cacbon cao để cải thiện tinh gia công cắt phải nhiệt luyện () biến đổi peclit tấm thành peclit hạt. 18 + Trong từng loại peclit, xementit càng nhỏ mịn độ cứng, độ bền càng cao, độ dẻo, đai càng thấp. | b. Leđeburit (ký hiệu Lê (y+ Xe) hay ( + Xe}} | Leđeburit là hỗn hợp cơ học cùng tinh, kết tinh từ pha lỏng có nồng độ 4,3%C ở 1147 °C. Lúc đầu mới tạo thành ở trên 727 °C) nó gồm Ostenit và xementit (Y + Xe) trong khoảng 1147-727 °C Ostenit chuyển biến thành peclit do vậy leđeburit là hỗn hợp cơ học của peclit và xementit (P+Xe). Trên tổ chức tế vị thấy những hạt peclit nhỏ màu tối nổi đều trên nền sáng là xementit. Như vậy, cuối cùng leđeburit có hai loại pha là ferit và xementit, trong đó xementit chiếm tỷ lệ gần 2/3. Do chứa nhiều xementit, leCeburit rất cứng (khoảng 600HB) và giòn. 2.4. Quan hệ giữa giản đồ phá và tính chất vật liệu 2.4.1. Sơ lược về thép và gang Thép là hợp kim Fe-C có C < 2,14%, là vật liệu dẻo, có thể gia công bằng cách biến dạng nguội, nóng. Trong công nghiệp, thép được cung cấp ở dưới dạng các bạn thành phẩm cán như tấm, ống, thanh tròn và các loại thép hình khác nhau rất tiện lợi cho sử dụng. Gang là loại hợp kim Fe-C với cacbon > 2,14%, là vật liệu giòn và tạo hình sản phẩm bằng cách đúc. Trong công nghiệp, gang được cung cấp ở dưới dạng các thỏi để nấu chảy lại và đúc thành các sản phẩm, Vậy 2,14%C (điểm E) là giới hạn chủ yếu để phân biệt thép và gang, thực tế có thể thay đổi, hơn nữa vùng hợp kim có thành phần dưới 2,14%C (khoảng 2,0 – 2,2%C) có tính chất trung gian, khó phân loại. Do đó, có những trường hợp cá biệt với thành phần cacbon trong khoảng đó có mác được gọi là gang, có mác lại được gọi là thép. Theo tổ chức tế vi và hàm lượng C có ba loại thép Thép trước cùng tich, có C < 0,8%, với tổ chức ferit và peclit. Thép cùng tích, có C= 0,8%, với tổ chức peclit. Thép sau cùng tích, có C > 0,8% với tổ chức peclit và xementit II. Gang có tổ chức ứng với giản đồ Fe-C được gọi là gang trắng.Gang trắng trước cùng tinh có C < 4,3%, với tổ chức peclit + xementit II + leđeburit. Gang trắng cùng tinh có C= 4,3% với tổ chức 19 Leđeburit. Gang trắng sau cùng tinh có C >4,3%, với tổ chức Legeburit + xementit I. 2.4.2. Các điểm tới hạn của thép Các điểm chuyển biến ở trạng thải rắn của hợp kim Fe-C được gọi là các điểm tới hạn và được ký hiệu bằng chữ A với các số tiếp theo chỉ thứ tự: 0, 1, 2... A1: (727 °C) là điểm(tức nhiệt độ) chuyển biến cùng tích (đường PSK) Ôs- [F+Xe] khi làm nguội và [F+ Xe] - Ôs khi nung nóng. A3: (727 - 911 °C) là điểm (tức nhiệt độ) chuyển biến, bắt đầu tiết ra ferit từ Ostenit khi làm nguội, kết thúc hoà tan ferit vào Ostenit khi nung nóng, với đường GS. | Am; (727- 1147 °C) là điểm (tức nhiệt độ) chuyển biến, bắt đầu tiết ra xementit II từ Ostenit khi làm nguội, kết thúc hoà tan xễmentit II vào Ostenit khi nung nóng, ứng với đường ES. Ký hiệu là "cm" ở đây là xementit (Cementite) Đối với nhiệt luyện thép chỉ sử dụng đến các điểm tới hạn A , A, và 4 , trong đó A, là nhiệt độ không đổi (727 °C), còn A, (thép trước cũng tích), A. (thép sau cùng tích). Trong nhiệt luyện thép, phải biết các nhiệt độ A , A, và 4 ứng với thành phần cacbon đã cho. A, A1, Ac tính theo giản đồ Fe-C, chỉ đứng trong khi nung nóng và làm nguội vô cùng chậm. Thực tế khi nung nóng, nhiệt độ chuyển biến bao giờ cũng cao hơn và khi làm nguội bao giờ cũng thấp hơn các giá trị tính theo giản đồ. Vì vậy, người ta phân biệt các điểm tới hạn khi nung nóng Act, Ac,, Ac = và các điểm tới hạn khi làm nguội An, , Arn, Ar.. 20 Churong 3 GANG 3.1 Đặt tính cơ bản của gang 3.1.1. Thành phần hoá học Theo giản đồ trạng thái Fe-C, gang là hợp kim của sắt-cacbon với lượng cacbon lớn hơn 2,14%. Trong thực tế, lượng cacbon trong gang thường trong khoảng 2 – 4%, Nhiệt độ nóng chảy của gang thấp hơn thép, nấu chảy gang dễ thực hiện hơn. Mangan và Silic là hai nguyên tố quan trọng thường gặp trong gang với hàm lượng từ 0,5%42,5% mỗi nguyên tố. Chúng có tác dụng điều chỉnh sự tạo thành graphit, tổ chức và có tính của gang. Photpho và lưu huỳnh là hai tạp chất với lượng thấp (0,05%40,5%), trong đó lưu huỳnh là nguyên tố có hại với gang. | Ngoài ra, trong gang còn có một số nguyên tố khác như Cr, Ni, Mo, Mg, Cu... 3.1.2. Tổ chức tế vi Theo tổ chức tế vi, có thể phân gang thành các loại: trắng, xám, cầu và dẻo. | Gang trắng là gang tất cả cacbon nằm ở đạng liên kết hoá học Fe,C. Vì vậy gang trắng luôn chứa hỗn hợp cùng tinh Lefeburit. | Gang xám, cầu, dẻo là các loại gang trong đó phần lớn cacbon ở dạng tự do (graphit) với hình dạng khác nhau: tấm, cầu, cụm. 3.1.3. Cơ tinh và công nghệ Gang là vật liệu có độ bền kéo thấp, độ giòn cao. Gang trắng có độ bền kéo rất thấp và độ giòn rất cao, do chứa lượng xếmentit, Gang xám, dẻo, cầu tổ chức graphit do độ bền bằng không (0) nên coi như là các lỗ hỏng có sẵn trong gang, làm mất tính liên tục của nền gang, là nơi tập trung ứng suất lớn, làm gang kém bền. Mức độ tập trung ứng suất phụ thuộc vào hình dạng graphit, lớn nhất ở gang xám với graphit dạng tấm và bé nhất ở gang cầu với graphit dạng cầu tròn. Vì vậy gang cầu có độ bền cao nhất trong các loại gang. Graphit có ảnh hưởng tốt đến cơ tính như tăng khả năng chống mòn do ma sát, làm tắt rung động và dao động cộng hưởng. | Tính công nghệ, gang có tính đúc tốt do nhiệt độ nóng chảy thấp, độ chảy loãng cao và tính gia công cắt gọt tốt (ở gang xám, cầu, dẻo) do graphit trong gang làm phoi dễ gãy vụn. 3.1.4. Công dụng Các loại gang có graphit được dùng trong chế tạo cơ khí và trong các lĩnh vực khác. Ví dụ: Trong ô tô các chi tiết bằng gang có thể chiếm tới 50% khối lượng kim loại, trong các thiết bị và máy tính tại, tỉ lệ này là 50 – 80%. Nói chung, gang được dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng tĩnh và ít chịu va đập như bệ máy, vỏ, nắp các bộ phận tĩnh tại, các chi tiết chịu mài mòn, ma sát làm việc trong điều kiện khó khăn bôi trơn. 3.2. Các loại gang dùng trong ngành cơ khí 3.2.1.Gang xám a. Tổ chức tể vi Gang xem phần lớn cacbon của nó nằm ở dạng tự do (graphit). Rất ít hoặc không có cacbon ở dạng liên kết với sắt (Fe,C), lượng cacbon liên kết ở khoảng 041,0% C trong tổng lượng cacbon của gang (thường là 3-4%). | Do tổ chức chứa nhiều graphit, mặt gang có màu xám, tối (màu của graphit) nên có tên là gang xám. 1 T + 7 TH P1 - . Hình 3.1.Gang xám Graphit có dạng tâm cong, chỉ thấy được giao tuyến của các tấm graphit với bề mặt nhẵn làm ta chỉ thấy graphit dưới dạng vảy, vạch, đường cong nhọn hai đầu. Như vậy, có thể nói tổ chức tế vị của gang xám giống tổ chức tế vị của thép trước cùng tích và cùng tích, song có thêm các tấm graphit. Chỉnh đo điều này mà cơ tính của gang khác thép. b. Thành phần hoá học của gang xám | Cacbon: 2,8 43,5%, cacbon càng nhiều, khả năng tạo thành graphit càng mạnh, nhiệt độ chảy càng thấp, càng dễ đúc. Nhưng gang với cacbon quá cao, sẽ tạo thành nhiều graphit làm giảm cơ tính. Xu hướng hiện đại dùng gang với lượng cacbon càng thấp càng tốt. Silic: 1,543%, silic là nguyên tố thúc đẩy mạnh sự tạo thành graphit. Mangan; 0,541%, mangan cản trở sự hình thành graphít. Để bảo đảm yêu cầu tạo thành graphit, giữa Mn và Si cần phải có tỉ lệ tương ứng, 23 Mn cao thì Si cũng phải cao. - Photpho; 0,140,2%, không ảnh hưởng đến quá trình tạo thành graphit, một số trường hợp photpho có lợi do làm tăng độ chảy lõang của gang lỏng, tăng tính chống mài mòn. Trường hợp cần nâng cao tính chống mài mòn, P có thể đạt tới 0,5%. Tuy nhiên nâng cao P quá mức sẽ làm gang giòn. - Lưu huỳnh: <0 -="" .="" 0="" 1659-75="" 1="" 24="" 2="" 3.2.2.="" 3.2.gang="" 3="" 70490="" 8="" 9.9="" a.="" a="" b.="" b="" ba="" bao="" bi="" c.="" c="" cacbon.="" cacbon="" cao.="" cao="" ce="" ch="" chi="" chia="" cho="" chu="" cr="" cu="" d.="" d="" dai="" do="" e.="" ferit-="" ferit-pecit.="" ferit="" g="" gang.="" gang="" gc40-10="" gc="" gi="" gia="" graphit.="" graphit="" gx00="" gx12-28="" gx15-32="" gx21-40="" gx24-44="" gx32-52="" gx36-56="" gx40-60="" gx="" h="" hai="" hi="" ho="" hu="" i.="" i:="" i="" k="" kg="" kh="" khi="" khu="" kim="" l="" li="" lo="" luy="" m.="" m:="" m="" mg="" mm2="" mo="" mu="" n...="" n.="" n="" ng.="" ng="" ngo="" ngu="" nguy="" nh.="" nh:="" nh="" nhau.="" nhi="" ni="" o="" p.="" p="" pa="" peclit="" ph="" qu="" r="" ra="" s="" sau="" so="" song="" su="" t.="" t="" tcvn="" th="" theo="" thi="" thu="" thua="" ti="" tinh="" to="" tr="" tri="" trong="" trung="" u.="" u:="" u="" v="" va="" vi="" x="" y.="" y="">10% và độ cứng 1564197HB. Gang cầu peclit mác GC 60-2 có ở, (600 Mpa, 62% và độ cứng 1974269HB. Đặc biệt gang cầu sau khi tôi đẳng nhiệt ra tổ chức bainit, có thể đạt g=100041300 Mpa, =448% và độ cứng đạt 3024369HB. 26 Gang cầu được sử dụng để thay cho thép chế tạo các chi tiết chịu lực lớn và chịu tải trọng va đập, chịu mài mòn như trục khuỷu ô tô, cam, trục cán, thân tua bin hơi... : 3.2.3. Gang deo 4. Tổ chức tế vị Gang dẻo cũng giống gang xám và gang cầu, song khác ở hai điểm: -Graphit của nó ở dạng cụm -Graphit cụm tạo ra không phải khi đúc mà do ủ sau đúc Muốn được gang dẻo phải đúc thành gang trắng có tổ chức trước cùng tinh. Đúng thành phần hoá học làm nguội nhanh vật đúc, Từ gang trắng mới ủ được thành gang dẻo. . . . . b. Thành phần hóa học Các gang dẻo thông thường có thành phần khi đúc như sau: 2,242,8% C; 0,841,4% Si; [1% Mn; (0,1% S; (0,2% P. Tổng lượng C và Si không được quá nhiều để tránh xảy ra graphit hoá khi kết tinh vật đúc nhưng phải đủ để xảy ra graphit hoá khi ủ. Cacbon trong gang dẻo càng thấp thì tính dẻo của gang sau khi ủ càng cao. Thành phần cacbon của gang trắng để ủ ra gang dẻo thông thường là 2,242,8%. Si trong gang vừa đủ để tạo thành gang trắng khi đúc, vừa đủ để tạo thành graphit khi ủ, lượng Si trong gang thường khoảng 0,8-1,4%. Tổng C và Si trong gang dẻo tốt nhất là khoảng 3,5% 27 TE Hình 3.6.Gang dẻo ferit c. Cơ tính gang dẻo Do graphit ở dạng tương đối tập trung nên gang dẻo có độ bền kéo cao hơn gang xám nhưng kém gang cầu. Giới hạn bền kéo của gang dẻo trong khoản 3004600 N/mm2. Độ dẻo của gang dẻo khá cao:8 = 5410%, có trường hợp vượt quá độ dẻo của gang cầu. 4. Ký hiệu gang dẻo và công dụng Theo TCVN 1659-75, ký hiệu GZ với hai cặp chữ số chỉ giá trị tối thiểu của giới hạn bền kéo (KG/mm2) và độ dẻo (%). Gang dẻo có cơ tính tương đối cao, đặt biệt tính dẻo tốt, nhưng do giá thành chế tạo cao, gang dẻo chỉ được dùng cho các chi tiết có hình dạng phức tạp, thành mỏng, chịu va đập trong công nghiệp máy kéo, ô tô, máy dệt, máy nông nghiệp... 28 Chương 4 THÉP 1 4.1. Thép cacbon, thép hợp kim 4.1.1. Thép cacbon a. Thành phần hoá học: | Thép cacbon chỉ có sắt và cacbon (lượng C<2 -="" ...="" 0="" 4.1.2.="" 5.="" 9="" :="" a.="" a="" b.="" b="" bi="" c="" cabon="" cacbit="" cacbon:="" cacbon="" cao.="" cao="" ch="" cho="" chung="" coi="" cr:="" cr="" cu:="" cu="" cung="" d="" do="" e.="" fe-c="" ferit="" g="" gi="" gia="" h="" hai="" hi="" ho="" hu="" hydro="" i.="" i="" k="" kh="" khi="" kim.="" kim="" l="" lo="" luy="" m="" mangan:="" mangan="" mn:="" mn="" mo:="" mo="" mu="" n...="" n.="" n:="" n="" nb="" ng.="" ng="" ngh="" ngo="" ngu="" nguy="" nh.="" nh:="" nh="" nhi="" ni="" nit="" o="" p.="" p="" ph="" pha="" photpho="" quan="" r="" ram.="" ranh="" s="" sau:="" sau="" si="" silic:="" silic="" so="" su="" t.="" t:="" t="" ta="" tan="" th="" thay="" theo="" ti="" tinh="" tr="" tri="" trong="" trung="" u="" v="" vi.="" vi="" w:="" w="" x="" xem="" xementit="" xy="" y="" zr=""> 2008. + Về các tính chất vật lý và hoá học đặt biệt: Nhờ hợp kim hoá, người ta có thể tạo thép không gỉ, thép có tính giãn nở và đàn hồi đặt biệt, thép có từ tính cao, thép không có từ tính... c. Tác dụng của nguyên tố hợp kim | Mangan: làm tăng độ thấm tôi nhưng có một nhược điểm thúc đẩy hạt tinh thể lớn nhanh khi nung, tăng tính giòn, giảm độ dẻo, độ bền theo hướng vuông góc phương cán. | Niken: làm tăng độ bền và độ dai va đập. Thép trên 5% Ni giữ được độ dai rất tốt ngay cả khi ở nhiệt độ rất thấp. Thép có 9% Ni được dùng chế tạo các bình chứa trong các hệ thống làm lạnh. Ni còn có tác dụng giữ hạt nhỏ cho thép khi thấm cacbon. | Silic: tăng độ thấm tôi, tăng tính ổn định ram, nhưng không làm tăng tính giòn ram của thép. Silic làm tăng khả năng chống ôxy hoá của thép ở nhiệt độ cao và tăng độ bền chống dão. Cùng với Mn, Si có tác dụng tăng giới hạn đàn hồi, được ứng dụng để sản xuất lò so, nhíp... . Crôm: tăng độ thấm tôi khá cao, crôm có tác dụng cải thiện tính chống ram và giữ độ bền ở nhiệt độ cao, crôm đóng vai trò hàng đầu đối với độ bền chống mài mòn. | Môlipen: tăng độ thấm tối cao. Mo cải thiện tính chống ram do tạo ra độ cứng thứ hai khi ram và làm giảm đ nhạy đối với giòn ram. Vanadi: làm giảm độ thấm tôi và độ cứng của thép. Vanadi tăng tính chống ram và khả năng chống mài mòn của thép. 4. Phân loại thép hợp kim * Phân loại theo nguyên tố hợp kim: cách phân loại này dựa vào các nguyên tố hợp kim chính của thép. Với cách phân loại này có các loại thép Cr, thép Cr-Ni-Mo, thép Cr-Mn-Ti... . . * Phân loại theo tổng lượng các nguyên tố hợp kim: - Thép hợp kim thấp: tổng lượng các nguyên tố hợp kim nhỏ hơn 2,5% - Thép hợp kim trung bình: tổng lượng các nguyên tố hợp kim từ 2,5-10% - Thép hợp kim cao; tổng lượng các nguyên tố hợp kim cao hơn 10% *Phân loại theo công dụng: đây là cách phân loại phổ biến nhất. - Thép cán nóng thông dụng: dùng trong xây dựng và việc tương tự, không cần nhiệt luyện khi sử dụng. Thép kết cấu: chủ yếu để làm chi tiết máy, thường phải qua nhiệt luyện. Thép dụng cụ: làm dụng cụ cắt, khuôn, ... bắt buộc qua nhiệt luyện. | Thép hợp kim đặt biệt: là nhóm thép có tính chất cơ, lý, hoá đặt biệt. Ví dụ: thép không gỉ, thép chịu nhiệt, thép chống mài mòn cao, thép từ tính, ... e. Ký hiệu thép hợp kim Theo TCVN 1659-75, ký hiệu theohệ thống chữ và số: chữ ký hiệu các nguyên tố hợp kim bằng chính ký hiệu hoá học của nó, số đầu chỉ lượng cacbon trung bình theo phần vạn, sỗ đứng sau nguyên tố nào chỉ lượng trung bình của nguyên tố đó theo phần trăm, nếu lượng số nguyên tố hợp kim nào <1 -="" ...="" 0="" 115="" 14cmnsi="" 14mn2="" 15crsinicu="" 1765-75="" 17mnsi="" 19mn="" 1="" 25mn2si="" 2="" 30-42hrc="" 3104-79="" 33="" 34="" 35crsi="" 4.2.="" 4.3.1.="" 4.3.2.="" 4.3.="" 4.="" 41.="" 59-63="" 60si2crva="" a="" ath="" b.="" b="" bi="" c.="" c10="" c20="" c25="" c="" cacbon:="" cacbon="" cao.="" cao="" cbon="" ch="" chi="" cho="" con="" cr-ni="" cr="" ct33="" ct34="" ct38.="" ct38="" ct38s="" ct51.="" ct51="" ct="" cu="" d="" dai="" do="" g="" ghi="" gi="" gia="" gian="" giao="" h="" hi="" hrc="" huy="" i:="" i="" ii.="" k="" kh="" khi="" khu="" kim:="" kim="" kinh="" l="" lo="" luy="" m="" ma="" mang="" mn="" mo="" n.="" n:="" n="" ng.="" ng:="" ng="" ngh="" nghi="" nguy="" nh:="" nh="" nhi="" ni...="" ni="" o="" p.="" p="" ph="" qu="" quy="" r="" ram:c="" ram="" s="" sau="" si="" so="" t...="" t.="" t:="" t:t="" t="" tcvn="" th="" theo="" thi="" tho="" thu="" ti="" toa="" tr="" trong="" trung="" u="" v="" va="" vi="" w="" x="" xe="" xu="" y.="" y=""> 900°C vì dễ bị hạt lởm, sau khi thấm phải tôi hai lần và môi trường tôi là nước nên độ biến dạng lởm. 35 Cơ tính sau khi thấm cácbon, tôi và ram: độ cứng bề mặt (60HRC. 82. Nhóm thép crôm Mác 1SC, 20C, 15CV, dùng làm các chi tiết nhỏ đường kính dưới 30mm, yêu cầu chống mài mòn bề mặt cao, chịu tải trung bình như cốt piston, trục cam ô tô, trục giữa xe đạp, pêđan, bánh răng có môđun nhỏ ... có thể thấm ở nhiệt độ 900-920C, tôi trong dầu nên ít biến dạng. Cơ tím cacbon, tôi và ram thấp:độ cứng bề mặt ( 60HRC. Nhược điểm là khuynh hướng làm tăng nồng độ cacbon ở lớp bề mặt (crôm là nguyên tố tạo cacbit) tạo nên lưới cacbit làm lớp thấm có độ giòn và nhạy cảm với vết khía. 33. Nhóm thép crôm-niken Mac 20CrNi, 12CrNi1A, 12Cr2Ni4A, 18Cr2Ni4WA, 18Cr2Ni4MA. Trừ các mác đầu, các mác sau đều có £ượng Ni cao nên các mác này có độ thấm tôi rất cao. Độ bền và độ dai va đập cao, được dùng làm các chi tiết thấm cacbon có tiết diện lớn, chịu tải cao. Mác 18Cr2Ni4WA, 18C2Ni4Moi được dùng làm các chi tiết đặc biệt quan trọng (bánh răng, trục động cơ máy bay, tàu biển...) và có thể dùng cả ở trạng thái không thấm cacbon ( chỉ tôi và ram thấp) để làm các chi tiết chịu tải trọng cao nhưng không yêu cầu chống mài mòn hoặc có thể dùng ở trạng thái hoá tốt để làm các chi tiết chịu tải va đập cao. Cơ tính sau khi thấm cacbon, tôi và ram thấp: độ cứng bề mặt 60HRC. 14. Nhóm thép crôm- mangan- titan (hoặc molipden) Mác 18CrMnTi, 25CrMnTi, 30CrMnTi, 25CrMnMo. Trong đó Mn là nguyên tố thay cho Ni để làm tăng độ thấm tôi và giảm tập trung cacbon quá cao ở bề mặt, còn Ti và Mo làm nhỏ hạt (nên có thể thấm cacbon ở 920-950°C và nhờ thế rút ngắn thời gian thấm). Các mác này được dùng để sản xuất các chi tiết của ô tô máy kéo (bánh răng hộp số, bánh răng cầu sau, các trục quan trọng...). b. Thép hoá tốt - Thép hoá tốt: cacbon trung bình (0,3-0,5%). Để có cơ tính cao nhất phải qua nhiệt luyện hoá tốt (tôi + ram cao). Với các chi tiết yêu cầu độ cứng bề mặt cao (để chống mài mòn) thì sau nhiệt luyện hoả tốt, phải 36 qua tôi bề mặt và ram thấp. Dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng tĩnh và va đập cao, yêu cầu về độ bền và độ dai cao, Cơ tính tổng hợp của thép cao nhất đạt được bằng cách nhiệt luyện hoả tốt (tôi và ram cao), nên được gọi là thép hoá tốt. Các nguyên tố hợp kim: Cr, Ni, Mn, Si, với lượng mỗi nguyên tố trên dưới 1% để tăng độ thấm tôi. Để hạt nhỏ và tránh giòn ram dùng Ti (<0 -18="" -2="" -="" ...="" .="" 0.005="" 0="" 1-1="" 1-2="" 1.083="" 1000="" 100="" 100cm="" 100cr2="" 100crmn="" 100crmsin="" 100crwsien="" 100cwmn="" 100mm="" 10="" 110cr6wv="" 12="" 12s="" 130cr12v="" 130cr5="" 140crw5="" 14="" 14m="" 160cr12mo="" 1695-75="" 17="" 1859="" 18="" 18cr2ni4mka="" 18cr2ni4wa.="" 1="" 2.360="" 200="" 200n="" 20="" 20s="" 210cr12="" 250-350="" 250="" 250hb="" 25m="" 2608c.="" 29="" 2="" 3-8="" 300="" 30="" 30cr2w8v.="" 30cr2w8v="" 30crmnsi="" 30s="" 350="" 35="" 35c="" 35crmnsi="" 35m="" 38="" 38cn13mova="" 38cn43mua="" 39="" 3="" 4-10="" 4.3.3.th="" 4.4.1.="" 4.4.2.="" 4.4.3.="" 4.4.4.="" 4.4.="" 4.5.2.="" 4.5.="" 400="" 40="" 40c="" 40cr2w5mov="" 40cr5w2vsi="" 40cr="" 40crmn="" 40crmnb="" 40crmsi="" 40crni="" 40crnimo="" 40mns="" 45.1.th="" 450="" 45="" 45c="" 45crni="" 46="" 4="" 5-10="" 5-15="" 5-20="" 5.1.1.="" 5.1.2.="" 5.1.nh="" 5.2.1.="" 5.2.2.h="" 5.2.="" 5.="" 500="" 50="" 50c="" 50crmnmo="" 50crmnv="" 50crni="" 50crnimo="" 50crniw="" 50cv="" 51="" 520="" 52="" 540-560="" 550="" 55="" 55si2="" 560="" 56="" 5="" 6.="" 6.h="" 60-63hrc="" 600-700n="" 600="" 60csi="" 60mn="" 60mnsi="" 60s-2cra="" 60s2ni2a="" 60si2="" 61-64="" 62="" 630="" 63="" 640="" 660="" 67-="" 68hrc="" 6="" 700="" 70="" 70mn="" 750-800="" 75="" 7="" 85w12cr3vmo="" 85w6mo5cr4v2="" 8="" 90cr18="" 90crsi="" 90w9cr4v2mo="" 9="" :="" :cu="" a.="" a1-mg="" a1-mn="" a="" ac="" ag="" ah="" ai-mn="" ai="" al-cu-mc-zu:="" al-cu-mg="" al-cu="" al-mg.="" al-mg="" al-mn="" al-si="" al="" almn1="" alsi5="" ao="" as="" atm="" atmotphe.="" au="" axit="" b.="" b1.th="" b2.th="" b3="" b="" ba="" ban="" bao="" bay="" bcusn5znspb5="" be="" bi.="" bi="" bia="" bin="" blockquote="" br="" brass-="" bronze-="" bu="" bul="" c...="" c.="" c33="" c40="" c45.="" c45="" c50="" c65="" c70="" c="" ca="" cacbin="" cacbit="" cacbon.="" cacbon:="" cacbon="" cao.="" cao:="" cao="" cd100="" cd110="" cd120="" cd130="" cd70="" cd80="" cd90="" cd="" ch.="" ch:="" ch="" chi="" chia="" cho="" chu="" chuy="" cm="" co="" coi="" con="" cong="" cr="" cs="" cu-al="" cu-ph:="" cu-sn:="" cu="" cung="" d="" dai="" dao="" di="" do="" doa="" dung="" duralamin="" em="" en="" fe="" ferit="" g="" ga="" gang="" ge="" gi="" gia="" gian="" giao="" gl100cr2="" h2so="" h="" hai="" hay="" hf="" hg="" hi="" hno3="" ho="" hrc.="" hrc="" hu="" hydro.="" hydro="" i.="" i:="" i="" ilumin="" in="" ir="" k="" kh="" khan="" khi="" kho="" khoan="" khu="" khung="" khuynh="" ki="" kim.="" kim:="" kim="" l="" la="" lanh="" lantan="" lat="" lcuzn29sn1pb3="" lcuzn30="" li="" lipden="" lo="" lon="" lu="" luy="" ly="" m-mangan-silic="" m-mangan="" m-niken="" m....="" m.="" m:="" m="" ma="" magi="" mangan="" mg.="" mg="" mm2="" mm="" mn="" mo.="" mo="" n.="" n:="" n="" na.="" nay="" nb="" ng.="" ng:="" ng="" ngh="" nghi="" ngo="" ngu="" nguy="" nh.="" nh3...="" nh:="" nh="" nhau.="" nhau="" nhi="" ni...="" ni.="" ni="" niken="" nitrit.="" nng:="" nung="" o.="" o="" ol100c12simn="" ol100cr2="" ol="" os="" p...="" p.="" p:="" p="" pa="" pb...="" pb="" pd.="" ph.="" ph="" phay.="" phay="" phoi="" phun="" piston.="" platin:="" pt="" qu="" qua="" quan="" qui="" quy="" r4vmo="" r="" ra="" ram.="" ram="" rb="" re="" ren="" ri="" ru="" s.="" s60="" s:="" s="" sau:="" sau="" sb="" se="" si="" silic="" silumin.="" silumin="" sit="" sn.="" sn="" so="" song="" sr="" su="" supap="" t.="" t1="" t:="" t="" ta="" tan="" tar="" tay="" tcvn="" te="" th="" thanh.="" thanh="" thau="" thay="" theo="" thi="" tho="" thu="" ti.="" ti="" tin="" tinh="" to="" tr="" trang="" trao="" tri="" trong="" trung="" truy="" tu="" tua="" tuabin="" tuy="" u.="" u4="" u="" uara.="" uara:="" uara="" v="" va="" vai="" vanadi="" vi="" w...="" w="" wonfram="" x="" xe="" xen="" xi="" xit="" xo="" xu="" xupap="" xy="" y....="" y.="" y:="" y="" zn5="" zn="" zr="">
LINH TẢI:
Lưu ý: Bấm nút XEM để xem trước và nút TẢI VỀ để lưu về máy tính!
XEM VÀ TẢI VỀ:
[linkxem]https://drive.google.com/file/d/1KDRoSp6E-kBSB7SC-k0Tp7rf3ahBk4jB/preview[/linkxem][linktai]https://drive.google.com/file/d/1KDRoSp6E-kBSB7SC-k0Tp7rf3ahBk4jB/view[/linktai]
