Bài giảng Thép và hợp kim đặc biệt

Chia sẻ: Sdfv Sdfv | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

263
lượt xem 51
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Thép và hợp kim đặc biệt là các thép và hợp kim có tính chất vật lý, hóa học, cơ học đặc biệt. Tuy dùng với số lượng không nhiều, nhưng không thể thay thế được trong một số lĩnh vực.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thép và hợp kim đặc biệt

THÉP VÀ HỢP KIM ĐẶC BIỆT
Khái niệm Là các thép và hợp kim có tính chất vật lý, hóa học, cơ học đặc biệt. Tuy dùng với số lượng không nhiều, nhưng không thể thay thế được trong một số lĩnh vực. Đặc điểm : • %C : rất thấp (< 0.1-0.15%) hoặc rất cao (> 1%). • NTHK : rất cao (>10%), nhưng chỉ dùng loại một ( Cr, Mn, Si) hay hai (Cr-Ni) NTHK chính. • Tổ chức : thường là ôs, F hay M ở trạng thái cung cấp. • Các nhóm thép chủ yếu: - Có tính chống mài mòn cao - Có tính chống ăn mòn cao - Có tính chất điện hay từ đặc biệt - Làm việc ở nhiệt độ cao - Có tính giãn nở, đàn hồi đặc biệt
1. Thép và hợp kim có tính chịu mài mòn cao Phân loại : Có 4 loại chính : • Thép có độ cứng cao, không có điểm mềm, như thép DC, thép ổ lăn,… • Thép có độ cứng không cao, nhưng có thể tự biến cứng lớp bề mặt khi làm việc, thép hadfield • Thép có độ cứng thấp, nhưng có thể tự bôi trơn,thép graphit • Hợp kim trên cơ sở cacbit đúc hay thiêu kết
Thép Hadfield • Thành phần hóa học : 1.3%C và 13%Mn (%Mn/%C = 10), ký hiệu (TCVN-130MnĐ).(JIS-SCMnHx Thép Mn cao.ppt), (ASTM-Ằ128) (GOST-Г13Л) • Tổ chức tế vi : ôstenit, độ cứng thấp, 200HB. • Cơ chế hóa bền : khi làm việc bị ma sát dưới áp lực lớn và chịu tải trọng va đập, lớp bề mặt thép bị biến dạng dẻo, xảy ra hai quá trình sau : - Hóa bền biến cứng do biến dạng nguội - Chuyển biến máctenxit , do ôs chứa C cao nên mactenxit biến dạng có độ cứng rất cao, 600HB, trong khi lõi thì vẫn có độ dẻo dai cao. Khi làm việc, Lớp bề mặt biến cứng bị mài mòn và liên tục được tạo thành dưới tác động của tải trọng, vì vậy, nó tốt hơn là hóa nhiệt luyện. Chú ý : - Sau khi đúc, cần tôi để tạo ra tổ chức hoàn toàn ôs - Không thể gia công cắt, → đúc chính xác
Thép graphit hóa • Thành phần hóa học : có thể dùng thép C cao hoặc trung bình, nhưng cần có %Si cao (1-2%) và Mn thấp • Tổ chức tế vi : có nền giống như thép thông dụng, nhưng còn thêm graphit tự do, kết hợp được giữa độ bền, độ cứng của thép và khả năng chịu mài mòn do giảm ma sát của graphit • Công dụng : làm khuôn kéo, khuôn dập nguội có tuổi thọ cao hơn 210Cr12 từ 2-3 lần. Thay bạc trượt bằng đồng và chi tiết khác trong điều kiện ma sát khô Thép graphit hóa.ppt
Hợp kim các bit đúc Pha cácbit rất cứng, có khả năng nâng cao độ chống mài mòn. Có thể chế tạo theo phương pháp luyện kim bột ( thiêu kết) hoặc nấu chảy (đúc) Hợp kim các bit đúc dựa trên nền sắt, chứa lượng lớn C (
2. Thép không gỉ Khái niệm : Là họ thép HK trên cơ sở sắt, bền ăn mòn trong các môi trường khác nhau. Mỗi loại chỉ có tính chống ăn mòn cao trong một số môi trường nhất định, ngay trong môi trường đó, nó vẫn bị ăn mòn với tốc độ thấp và được coi là không gỉ. Trong môi trường ăn mòn yếu : - v < 0.01 mm/năm : coi là hoàn toàn không gỉ - v < 0.1 mm/năm : coi là không gỉ - v > 0.1 mm/năm : coi là bị gỉ Trong môi trường ăn mòn mạnh : - v < 0.1 mm/năm : chịu axit, muối tốt - v < 1 mm/năm : coi là không gỉ - v > 1 mm/năm : coi là bị gỉ
Về vai trò của crôm trong thép không gỉ Crôm là NTHK có vai trò quyết định đến tính không gỉ của thép. Có hai cách giải thích : - Khi lượng Cr >12%, thép tạo ra lớp màng đặc chắc, làm thụ động hóa bề mặt thép. - Khi hòa tan vào F, nó làm điện thế điện cực của F nâng lên bằng Xe (hay K nói chung)
Sơ lược về các loại thép không gỉ : • Thép không gỉ M : Cr < 17%, C tới 1.1% • Thép không gỉ F : Cr 12-30%, C < 0.08% • Thép không gỉ Ôs : chứa Ni là nguyên tố mở rộng ôstenit • Thép không gỉ F-Ôs • Thép không gỉ hóa cứng tiết pha • Ảnh hưởng của NTHK trong thép không gỉ.ppt • Khái niệm và Phân loại thép không gỉ.ppt • Để xác định tổ chức của thép không gỉ khi biết thành phần hóa học, người ta dùng giản đồ Schaffler.Giản đồ Schaffler.ppt
Thép không gỉ mactenxit  Thành phần hóa học: Lượng Cr 12-17%, - Nếu %Cr nằm ở giới hạn dưới (12.5-13%) thì %C < 0.4% để tránh tạo K, làm nghèo Cr, thuộc họ 12Cr13, 20Cr13, 30Cr13, 40Cr13 - Nếu %Cr nằm ở giới hạn trên (17%), thì %C có thể tăng 0.9- 1.1%, độ cứng tăng mạnh. Thành phần hóa học thép không gỉ M.ppt  Môi trường sử dụng : không khí, nước sông, nước máy, axit HNO3, bị ăn mòn trong các môi trường axit khác.  Nhiệt luyện : tôi (950-11000C ) và ram tùy yêu cầu cụ thể, ( tránh giòn ram loại II ở 350-5750C bằng nguội nhanh trong dầu)  Công dụng : • Loại ít C : làm đồ trang sức, ốc vít, cánh tua bin,.. • Loại C trung bình : làm lò so, dụng cụ đo,.. • Loại C cao : dụng cụ mổ, chi tiết chịu mài mòn như supap xả, ổ lăn,..
Thép không gỉ ferrit Phụ thuộc vào %Cr, chúng được chia làm 3 nhóm : • Nhóm chứa 13%Cr và rất ít C (0.08%), (ký hiệu 405),(08Cr13), thêm 0.2%Al, nguyên tố mở rộng α, ngăn cản tạo ôs khi nung, có tính hàn tốt, dùng trong CN dầu mỏ • Nhóm chứa 17%Cr, (ký hiệu 430),(12Cr17), phổ biến nhất, có thể thay thế thép họ ôs và rẻ tiền do không chứa Ni,dùng nhiều trong công nghiệp sản xuất axit HNO3,hóa thực phẩm, kiến trúc,…Nhược điểm khó hàn và bị ăn mòn tinh giới • Nhóm chứa 20-30%Cr (ký hiệu 446), (15Cr25Ti), có tính chống ôxy hóa cao (đến 800-9000C) • Đặc tính chung : giới hạn đàn hồi cao hơn loại ôs, nhưng mức độ hóa bền biến cứng thấp hơn, thích hợp cho gia công biến dạng nguội. Có thể sử dụng ở vùng biển, nước biển, môi trường axit • Thành phần hóa học thép không gỉ họ F.ppt
Thép không gỉ ôstenit Thường chứa Ni là nguyên tố mở rộng vùng γ.Thành phần hóa học thép không gỉ họ ôstenit.ppt Đặc điểm : • Tính chống ăn mòn cao, hoàn toàn ổn định trong nước sông, nước biển, trong hơi nước bão hòa và quá nhiệt, trong các dung dịch muối. Ổn định trong HNO3 với mọi nồng độ và nhiệt độ,trong H2SO4 nguội, trong HCl loãng, nguội, chịu nhiệt độ tới 900-10000C,.. • Độ dẻo cao (40-60%), dễ biến dạng nguội • Có cơ tính bảo đảm, không hóa bền bằng nhiệt luyện được, nhưng lại hóa bền biến dạng nguội rất mạnh.
Nhược điểm : • Đắt tiền do chứa nhiều Ni, có thể giảm giá thành bằng thay thế một phần Mn • Khó gia công cắt • Tính chất của thép không gỉ.ppt • Bị ăn mòn trong một số trường hợp cụ thể như ăn mòn tinh giới khi hàn, phải cho thêm 2-4% Mo ( mác 316, 316L) để tăng khả năng làm việc trong môi trường có ion Cl-, hoặc giảm %C rất thấp. • Là thép dùng nhiều nhất (70%) trong họ thép không gỉ
Thép không gỉ hóa bền tiết pha Đặc điểm : • Gần giống họ thép ôs về thành phần,nhưng có lượng Cr và Ni thấp hơn (13-17%Cr và 4-7%Ni), thêm Al, Cu, Mo,..tổ chức ôs kém ổn định hơn. • Có tính công nghệ và cơ tính cao hơn: dễ biến dạng và cắt gọt và hóa bền bằng hóa già ở nhiệt độ thấp, tránh được biến dạng và ôxy hóa. Nhiệt luyện: • Ủ ở 10500C, nguội ngoài không khí, tổ chức là ôs dễ biến dạng dẻo và cắt gọt. • Nung 750-9500C, nguội ngoài không khí, tổ chức là ôs + K (ít). • Gia công lạnh 0÷ -750C, ôs→ M • Hóa già ở 5250C 1h, các pha hóa bền NiAl, Ni3Al, tiết ra dạng phân tán nhỏ mịn, làm tăng độ bền • Có tính chống ăn mòn tốt như họ 18-8 • Thép mactenxit hóa già (maraging steel).ppt
3. Thép bền nóng Là thép có khả năng chịu tải lâu dài ở > 5000C,ví dụ : lò nung, nồi hơi, tua bin khí,… Yêu cầu : • Có khả năng chống dão hay giới hạn dão cao, ví dụ б0.2/5000 =150MPa (bền nóng) • Có khả năng chống ôxy hóa ở nhiệt độ cao trong môi trường làm việc (ổn định nóng) Thành phần hóa học và tổ chức tế vi : • Bảo đảm tính bền nóng : cần Tnc cao và Tktl cao, tổ chức ôs có tính bền nóng cao hơn F vì có Tktl cao hơn. Hạt thô, tổng ranh giới thấp nên khả năng chống trượt tinh giới cao, tính bền nóng cao hơn. Các NTHK như Mo, W, Nb, Ti, Zr tao K mạnh, phân tán đều có tác dụng chống dão. Ni, Mn làm ổn định ôs, cũng nâng cao tính bền nóng. • Bảo đảm tính ổn định nóng : không phụ thuộc vào tổ chức mà chỉ phụ thuộc vào thành phần hóa học. Cr, Al, Si tạo màng ôxyt sít chặt, tạo màng bảo vệ cho thép. Al, Si khoảng 1-2% mỗi loại, riêng Cr, nhiệt độ làm việc càng cao, thì lượng Cr cần càng nhiều. Ví dụ Cr là 9% , 14% và 26% khi dùng thép ở 600-6500C, 8000C và 10000C tương ứng. • Thép chống dão.ppt
Thép làm supap xả : Supap xả làm có điều kiện việc rất năng nhọc, tải trọng cao, nhiệt độ 650-7000C, bị ăn mòn và mài mòn trong khí thải. Các động cơ nhỏ dùng thép Cr-Si, như 40Cr9Si2, 40Cr10Si2Mo, (là họ M), tôi ở 1000-10500C và ram 700-7500C, (nguội trong dầu để tránh giòn ram loại II). Các thép này có tác dụng chống ôxy hóa, chống ram và chống kết tụ K. HRC ~ 40. Các động cơ lớn hơn dùng 30Cr13Ni7Si2 hay 45Cr14Ni14W2Mo (thép ôs), do độ cứng không cao nên phần cần của supap thì thấm N, phần mũ thì hàn đắp Hk cứng nấu chảy stellite.
Thép làm nồi hơi và tua bin hơi Các lò hơi của nhà máy nhiệt điện thông dụng hoạt động ở chế độ T=5400C và 250 at hoặc 5600C và 160 at.Nguyên nhân do không có thép bền nóng tương đối rẻ để bảo đảm nồi hơi làm việc lâu dài ở > 100.000h và áp suất hơi cao. Về công dụng, chúng được chia thành hai loại : thép nồi hơi và thép bắt chặt. • Thép nồi hơi : nồi hơi áp suất thấp và trung bình (
Hợp kim bền nóng (siêu HK) Thép bền nóng ôs tốt nhất, ở áp suất cao, cũng chỉ chịu được 780-8000C (do hạn chế bởi Tnc của Fe). Muốn có tính bền nóng cao hơn, phải dùng các HK nền Ni, Cr và HK hóa các KL có Tnc cao như W, Mo,.. Trên cơ sở Ni, có nicro6m và nimonic. Nicrom : HK của Ni và Cr, đôi khi có Fe, và %C rất nhỏ, tổ chức 1 pha. HK có độ bền thấp, nhưng chịu được nhiệt độ cao, dùng làm dây điện trở. Nimonic : Hk bền nóng tốt gồm 20%Cr, 1%Al, 2%Ti, còn lại Ni, ký hiệu Ni77Cr20Ti2Al, là HK hóa bền tiết pha phân tán. Tôi ở 1050-11500C, hóa già ở 700-7500C, tổ chức gồm γ và γ’ . γ là ddr của Ni hòa tan Cr, Ti, Al có mạng lptm, còn γ’ là các phần tử rắn siêu nhỏ được tiết ra khi hóa già làm hóa bền γ, (nếu tiếp tục nung lên 8500C thì γ’ sẽ chuyển thành б, công thức Ni3Ti và mất tác dụng hóa bền) Siêu hợp kim.ppt
Hợp kim có điện trở lớn • Fechral: Laø hôïp kim treân cô sôû Fe-Cr-Al, vôùi caùc maùc Ferl, Fe r17A 5. 82C 13A 4 7C • Chuùng coù löôïng cacbon thaáp (0,15%), toå chöùc laø dung dòch raén cuûa Fe hoøa tan Cr, Al vaø khoâng coù chuyeån bieán thuø hình khi nung. • Fechral coù tính oån dònh noùng cao, ñieän trôû suaát lôùn vaø reû, nhöng coù nhöôïc ñieåm laø ñoä deûo dai thaáp neân khoù caùn, keùo thaønh taám, daây. • Nicroâm: Laø hôïp kim cuûa Ni, Cr (vaø Fe) vôùi caùc maùc Ni80Cr20, Ni60Cr15Fe22. Tûoå chöùc cuûa chuùng laø dung dòch raén cuûa Ni hoøa tan Cr vaø Fe, coù maïng laäp phöông dieän taâm neân nicroâm raát deûo dai, deã caùn, keùo thaønh taám, daây. Chuùng ñöôïc duøng raát roäng raõi ñeå laøm daây ñieän trôû trong caùc loø nung, beáp ñieän, baøn laø .... Nicroâm ñaét tieàn vì chöùa nhieàu Ni. • Thành phần hợp kim điện trở lớn.ppt
Hợp kim có tính giãn nở nhiệt đặc biệt • Các hợp kim có tính giãn nở đặc biệt đều trên cơ sở Fe-Ni. Hệ số giãn nở nhiệt của các hợp kim hệ Fe-Ni biến đổi theo đường cong phức tạp Hệ số giản nở nhiệt của Fe.ppt. Từ giản đồ này ta thấy hệ số α của sắt là 11,6.10-6, nếu thêm vào 25%Ni, α tăng lên khoảng hai lần (α = 21.10–6), còn nếu thêm vào 36% Ni, α lại giảm đi khoảng tám lần (α = 1,5.10–6).