intTypePromotion=1

Bài giảng: Vật liệu cơ khí

Chia sẻ: Lương Duyên Hải | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:58

0
805
lượt xem
280
download

Bài giảng: Vật liệu cơ khí

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng : Vật Liệu cơ khí Bài mở đầu : TẦM QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM * Để xây dựng và phát triển nền kinh tế quốc dân vững mạnh cần phải phát triển công nghiệp nặng . Đây là một phần của máy hoặc bộ phận máy có nhiệm vụ nhất định trong máy. Ví dụ: đĩa, xích, líp của xe đạp tạo thành cơ cấu chuyển động xích trong xe đạp. Một cơ cấu máy có thể là một bộ phận máy, nhưng các chi tiết trong một cơ cấu có thể nằm...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng: Vật liệu cơ khí

  1. Bài giảng : Vật Liệu cơ khí Bài mở đầu : TẦM QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM * Để xây dựng và phát triển nền kinh tế quốc dân vững mạnh cần phải phát triển công nghiệp nặng , trong đó ngành chế tạo cơ khí là quan trọng nhất . - Để chế tao các loại máy móc thiết bị cơ khí phải có vật liệu , trong đó kim loại là vật liêu chủ yếu . Sở dĩ kim loại là vật liệu được sử dụng chủ yếu của ngành chế tạo cơ khí bởi nó có nhiều tính chất và ưu điểm quan trọng , ưu việt hơn hẳn so với các loại vật liệu khác . - Ngày nay , ngành công nghiệp vật liệu phát triển mạnh mẽ với nhiều loại vật liệu khác nhau như : Gỗ , thuỷ tinh , chất dẻo , ... Với các tính năng ngày càng tốt và sản lượng ngày càng cao , nhưng vẫn không thay thế hoàn toàn được cho kim loại và hợp kim . - Do đó , bên cạnh việc nghiên cứu thay thế các kim loại và hợp kim bằng các vật liệu phi kim loại có tính năng thích ứng , người ta vẫn tiếp tục nghiên cứu để tìm ra những kim loại và hợp kim có những tính năng ưu việt như : Nhẹ , bền , chịu ăn mòn , chịu nhiệt , chịu va đập , ... * Việc nghiên cứu và sản xuất các loại gang , thép vẫn là tr ọng tâm c ủa công nghiệp vật liệu nói riêng và của nền kinh tế quốc dân nói chung đối với tất cả các nước có nền công nghiệp phát triển . PHẦN I VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ HỢP KIM CHƯƠNG I NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM I.1: CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI I.1.1: Khái niệm về kim loại . Kim loại là vật liệu sáng dẻo có thẻ rèn được , có tính dẫn điện , nhiệt cao . Phương diện hóa học kim loại là nguyên tố dễ nhường điện tử trong các phản ứng hóa học . I.1.2: Đặc điểm cấu tạo nguyên tử kim loại . Trạng thái (e) trong nguyên tử được xác định bởi 4 số lượng tử : n - Số lượng tử chính l - Số lượng tử quỹ đạo Biên Soạn : GV Lương Duyên Hải Trang 1
  2. Bài giảng : Vật Liệu cơ khí m - Số lượng tử tử ms - Số lượng tử Spin Các (e) chuyển động trong nguyên tử giới hạn , trong những lớp xác định tương ứng với số lượng tử chính . n = 1 , 2 , 3 , ... K , L , M , ... Trong các lớp này được chia làm nhiều lớp con , tương ứng với số lượng tử quỹ đạo. l = 0 , 1 , 2 , 3 , ... , (n-1) được ký hiệu bởi các lớp : s , p , d , f , ... Mỗi một trạng thái (e) trong nguyên tử tương ứng với một năng lượng xác định . Theo cơ học lượng tử thì cấu hình (e) trong nguyên tử được cấu tạo như sau : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 ... Phân lớp con : s - Tối đa 2(e) p - Tối đa 6(e) d - Tối đa 10(e) f - Tối đa 14(e) Al13 : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 VD : Fe 26 : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 C6 : 1s2 2s2 2p2 Từ cấu hình trên ta rút ra là các lớp ngoài cùng có liên kết yếu nên dể gây ra phản ứng hóa học . I.1.3: Liên kết kim loại . Kim loại có cấu tao mạng tinh thể liên kết ở trong kim loại được gọi là liên kết kim loại . Liên kết kim loại được mô tả như sau : Ở các nút lưới là cá ion (+) , kim loại trong khoảng không giữa nút lưới là các (e) tự do tao thành khí điện tử . Liên kết kim loại tạo thành do lực hút giữa màng các ion (+) với khí (e) . Do vậy mà kim lo ại có tính dẻo . I.1.4: Cấu tạo mạng tinh thể kim loại . a - Mạng tinh thể và ô cơ bản . Biên Soạn : GV Lương Duyên Hải Trang 2
  3. Bài giảng : Vật Liệu cơ khí - Trong kim loại các kim loại được sắp xếp một cách trật tự tuần hoàn trong không gian . - Các nguyên tử trong kim loại được sắp xếp một cách có trật tự các nguyên tử đều nằm trên mặt phẳng song song cách đều gọi là mặt tinh thể , tập hợp vô số nh ững mặt tinh thể như thế nó lập thành mạng tinh thể . - Toàn bộ mạng không gian có thể xem như được tạo thành những hình khối nhỏ nhất đơn giản giống nhau mà cách sắp xếp các phân tử là đại diện chung cho toàn mạng những ô như vậy gọi là ô cơ bản . b - Các kiều mạng tinh thể thường gặp . * Lập phương thể tâm . a Cấu tạo : Trong các ô cơ bản kiểu mạng này có các nguyên tử nằm ở các nút (đỉnh) của hình lập phương và ở giữa mỗi hình lập phương có một nguyên tử . - Khoảng cách a giữa tâm các nguyên tử kề nhau của ô cơ bản mạng tinh thể , gọi là thông số mạng . Độ lớn đo bằng A o ( Ángtrong ) 1Ao = 10-8 cm . - Các kim loại có kiểu mạng này : Fe , Cr , Mo , W , ... * Lục phương dày đặc . Cấu tạo : Trong các ô cơ bản kiểu mạng này có các nguyên tử nằm ở các nút (đỉnh) của hình lục lăng hai nguyên tử nằm ở trung tâm hai mặt đáy và ba nguyên tử nằm ở trung tâm của ba khối lăng trụ tam giác . - Các kim loại có kiểu mạng này : Zn , Cu , Mg , ... * Sự biến đổi mạng tinh thể của kim loại . Ở trạng thái rắn khi điều kiện ngoài trời thay đổi ( áp suất , nhiệt đ ộ .v.v..) t ổ chức kim loại thay đổi theo . Nghĩa là dạng ô cơ bản thay đổi hoặc thông số mạng có giá trị thay đổi người ta gọi đó là sự biến đổi mạng tinh thể . Biên Soạn : GV Lương Duyên Hải Trang 3
  4. Bài giảng : Vật Liệu cơ khí Ví dụ : Sự chuyển biến thù hình của sắt . ToC 1539o 1600 Loí g n Feδ LPTT K häng coïtætê h ìn o 1539o o 1392 1392 − 1400 LPDT Feγ o 910 - 1392o o 910 1000 CẤU TẠO I.2: o CỦA HỢP KIM 768 800 thực tế Trong LPTT loại kim nguyên Fe α 500 o 0 o− 910 Coïtætê h chất rất ít dùng , độ ìn bền thấp khả năng ứng dụng không cao . phải dùng tới Nên t ( thåì gian ) i thép hợp kim . Så âäö n âäømaûg tinh thãø a sàõ( Fe ) biãú i n cuí t niệm I.2.1: Khái chung . a - Định nghĩa . Hợp kim là một dạng vật chất có tính kim loại nhận biết đ ược bằng cách n ấu chảy hay liên kết một kim loại với một hay nhiều các nguyên tố khác . Thành phần của hợp kim được biểu diễn bằng o/o trọng lượng . b - Pha , hệ thống (hệ) , nguyên . * Pha : Là một tổ phần đồng nhất của hợp kim hệ thống chúng có thành phần đồng nhất cùng trạng thái như : lỏng cùng lỏng , rắn cùng rắn , ... nhưng phải cùng kiểu mảng . Chúng ngăn cách nhau bằng bề mặt phân chia . * Hệ thống (hệ) : Tập hợp các pha ở trạng thái cân bằng . * Nguyên : Là những thành phần độc lập tạo nên các pha của (Hệ) . I.2.2: Cấu tạo của hợp kim . a - Dung dịch đặc . Hợp kim có cấu tạo là dung dịch đặc khi nguyên tử của các nguyên tố thành phần có kích thước gần giống nhau . Khi kết tinh , các hợp kim này tạo thành các mạng tinh thể trong đó có nguyên tử của các nguyên tố thành phần . Biên Soạn : GV Lương Duyên Hải Trang 4
  5. Bài giảng : Vật Liệu cơ khí a c b a - Mạng tinh thể của sắt thay thế b - Mạng tinh thể của dung dịch đặc thay thế c - Mạng tinh thể của dung dịch đặc xen kẽ Có hai loại dung dịch đặc : * Dung dịch đặc thay thế : ( Hb ) Ví dụ : Cu và Ni : Nguyên tử Ni đẩy một số nguyên tử Cu ra khỏi nút mạng tinh thể và thay thế vào vị trí đó . * Dung dịch đặc xen kẽ : ( Hc ) Nguyên tử của các nguyên tố hoà tan . Ví dụ : C , O2 , Bo , ... Nằm giữa xen kẽ vào những lỗ hổng của giữa các nút mạng tinh thể của nguyên tố kim loại cơ bản (dung môi) . b - Hợp chất hóa học . Hợp chất có cấu tạo là hợp chất hóa học , khi nguyên tử của các nguyên tố khác nhau , tác dụng hóa học với nhau theo tỉ lệ chính xác giữa các nguyên tử có kiểu mạng nhất định và có thành phần hóa học xác định biểu diễn bằng một công thức hóa học . Ví dụ : Hợp chất của Fe và C : Fe3 C ( Cacbit sắt ) c - Hỗn hợp cơ học . Hợp kim có cấu tạo là hỗn hợp cơ học khi nguyên tử của các nguyên tố thành phần khác nhau về kích thước và mạng tinh thể . I.3: TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM I.3.1: Tính chất vật lý . a. Vẻ sáng mặt ngoài : Chia ra làm 2 loại : Kim loại màu và kim loại đen - Kim loại màu và hợp kim đen : Là Fe và hợp kim của Fe với C ( thép , gang ). - Kim loại màu và hợp kim màu : Là tất cả các kim loại và hợp kim còn lại. b. Khối lượng riêng : Là số đo khối lượng vật chất chứa trong một đơn vị thể tích của vật thể . m γ= (Kg/m 3 ) V m - Khối lượng của vật thể ( Kg ) Trong đó : V - Thể tích của vật thể ( m3 ) Biên Soạn : GV Lương Duyên Hải Trang 5
  6. Bài giảng : Vật Liệu cơ khí c. Trọng lượng riêng : Là trọng lượng của một đơn vị thể tích của vật thể. P d= ( KG/mm3 hoặc N/mm3 ) V Trong đó : P - Trọng lượng của vật ( KG, 1KG ~ 10N ) d. Tính nóng chảy : Là tính chất của kim loại sẽ chảy loãng khi nung nóng và khi làm nguội. e. Tính dẫn điện : Là khả năng dẫn điện của kim loại và hợp kim f. Tính truyền nhiệt : Là khả năng truyền nhiệt của kim loại và hợp kim khi đốt nóng và khi làn nguội. g. Tính nhiệt nung : Là nhiệt lượng cần thiết để làm tăng nhiệt độ của kim loại 0 lên 1 C. I.3.2: Tính chất hóa học . a. Khái niệm : Tính chất hoá học là khả năng của kim loại và hợp kim chống lại tác dụng hóa học của môi trường xung quanh. b. Các đặc trưng : Tính chất hóa học của kim loại và hợp kim biểu hiện ở hai dạng chủ yếu sau : - Tính chống ăn mòn : Là khả năng chống lại sự ăn mòn của H 2O và O2 của không khí ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao . - Tính chịu axít : Là khả năng chống lại tác dụng của môi trường axít . I.3.3: Tính cơ học . a. Khái niệm : Tính cơ học của kim loại hay còn gọi là cơ tính là khả năng chống lại tác dung của lực bên ngoài lên kim loại. b. Các đặc trưng cơ bản của cơ tính : - Độ dẻo : Là khả năng thay đổi được hình dáng của kim loại và hợp kim mà không bị phá huỷ dưới tác dụng của ngoại lực. - Đô bền : Là khả năng của kim loại và hợp kim chống lại sự phá huỷ khi có ngoại lực tác dụng. - Độ cứng : Là khả năng của kim loại và hợp kim chống lại sự biến dạng dẻo cục bộ của kim loại và hợp kim dưới tác dụng của tải trọng bên ngoài tại chổ ta ấn vào đó một vật cứng hơn. - Độ đàn hồi : Là khả năng của kim loại và hợp kim có thể trở lại hình dáng hoặc trạng thái ban đầu sau khi bỏ lực tác dụng. I.3.4: Tính công nghệ . a. Khái niệm : Tính công nghệ của kim loại và hợp kim là khả năng mà chúng có thể thực hiện được các phương pháp công nghệ để sản xuất các sản phẩm khác nhau. b. Các đặc trưng : Tính đúc , tính hàn , tính gia công cắt gọt , gia công áp lực , tính nhiệt luyện. Biên Soạn : GV Lương Duyên Hải Trang 6
  7. Bài giảng : Vật Liệu cơ khí Một kim loại hay hợp kim nào đó mặc dù có những tính chất rất quan tr ọng nhưng tính công nghệ kém thì cũng rất khó được sử dụng rộng rãi vì khó chế tạo thành phẩm. Cơ tính của kim loại và hợp kim có thể xác định được bằng cách thí nghi ệm các mẫu vật trên các thiết bị chuyên dùng như : Máy thử kéo nén, máy thử độ cứng. I.4: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỬ KIM LOẠI VÀ HỢP KIM I.4.1: Thử kéo . Thử kéo là qúa trình thử quan trọng để xác định cơ tính của kim loại . Khi thử kéo ta có thể xác định được độ bền , độ đàn hồi , độ dẻo của kim loại và hợp kim . a - Độ bền . Là khả năng của kim loại chống lại lực tác dung của lực bên ngoài mà không bị phá hỏng . Dạng phá hỏng của kim loại là kéo đứt . - Mẩu thử : Có tiết diện tròn , chiều dài L = 10 x Φ L - Để xác định độ bền của một vật liệu , ta tiến hành thử trên máy thử kéo v ới mẩu thử . - Để đánh giá tính chịu lực của các kim loại vật liệu khác nhau , ta dùng khái niệm ứng suất là tải trọng tác dụng lên một đơn vị diện tích của mẫu thử . - Để xác định quan hệ của lực kéo và biến dạng của mẫu kéo ta quan sát trên sơ đồ sau : Khi lực kéo tăng dần thì kéo theo chiều dài mẫu thử cũng tăng theo , ti ết di ện ngang mẫu giảm dần , đến điểm D mẫu bị thắt và cũng ứng với l ực kéo lớn nhất t ừ đấy lực trên máy không tăng nhưng mẫu vẫn dài thêm đến điểm M thì bị đứt . Vậy : Độ bền của vật liệu được xác định δ theo công thức : D P δ= ( N/mm2 ) Fo M C Trong đó : B P - Lực kéo lớn nhất ứng với mẫu bị thắt A (N) F0 - Diện tích tiết diện tại chỗ thắt (mm2 ) δ H δCH δTL α δB δâ δTL - Giới hạn tỉ lệ Biên Soạn : GV Lương Duyên Hải Trang 7
  8. Bài giảng : Vật Liệu cơ khí δĐH - Giới hạn đàn hồi δCH - Giới hạn chảy δB - Giới hạn bền δđ - Giới hạn đứt b - Độ đàn hồi . Độ đàn hồi là khả năng của kim loại có thể thay đổi hình dạng dưới tác dung của lực bên ngoài rồi trở lại ban đầu khi bỏ lực tác dụng . Độ đàn hồi đ ược xác đ ịnh b ằng quá trình thử kéo . Xác định bằng cách : Gọi Pe là lực làm cho mẫu thử không hoàn toàn trở lại như chiều dài ban đầu ( Biến dạng này không lớn hơn 0.005% chiều dài , biến dạng dư ). Pe δp = ( N/mm2 ) Fo c - Độ dẻo . Độ dẻo của kim loại là khả năng biến dạng của kim loại dưới tác dụng của lực bên ngoài mà không bị phá hỏng , đồng thời vẫn giữ được sự biến dạng đó khi bỏ l ực tác dụng bên ngoài . Độ dẻo được đánh giá bằng độ dãn dài tương đối và độ thắt tỉ đối . l1 − lo δs = × 100 0 0 - Độ dãn dài tương đối : lo Fo − F1 × 100 0 0 Ψ= - Độ thắt tỉ đối : Fo Trong đó : l0 , F0 - Chiều dài và biến dạng của mẫu trước khi kéo F1 - Tiết diện mẫu thử tại chỗ đứt I.4.2: Thử độ cứng . a - Khái niệm . Độ cứng của kim loại và hợp kim là khả năng chống lại sự lún của bề mặt tại chỗ ấn vào đó một vật cứng hơn . Khi kim loại càng khó lún thì độ cứng càng cao . * Việc thử độ cứng được áp dụng rộng rãi trong sản xuất vì nó đ ơn giản và nhanh , khi thử độ cứng bề mặt của kim loại phải nhẵn không có các vết nứt , xước , vẩy . Như vậy kết quả thử độ cứng mới chính xác . b - Phương pháp Brinen . P Người ta dùng tải trọng P của D máy ép thử độ cứng , ấn một viên bi bằng thép đã tôi cứng có đường kính D = ( 2,5; 5; 10mm) vào mặt vật liệu thử . h Biên Soạn : GV Lương Duyên Hải 73 Ø Trang 8 3 d
  9. Bài giảng : Vật Liệu cơ khí Giá trị của P chọn theo vật liệu và giá trị đường kính D . Thép cacbon thấp và gang : P = 30D2 Đồng và hợp kim đồng : P = 10D2 Độ cứng được tính theo công thức : P P = F ∏D HB = ( kG/mm2 ) 2 (D − D − d 2 ) 2 ( Thường phương pháp này đo vật có độ cứng dưới 450 HB ) Trong đó : D - đường kính viên bi (mm) d - đường kính vết lõm (mm) h - chiều sâu vết lõm (mm) * Từ độ cứng Brinen của vật thử ta có thể suy ra được giới hạn bền kéo của kim loại qua công thức . - Đối với thép cán và rèn : δb = ( 0,34 ÷ 0,36 ) HB δb = ( 0,3 ÷ 0,4 ) HB - Đối với thép đúc : δb = 0,12 HB - Đối với gang : c - Phương pháp Rocoen . Dùng một mũi đâm hình côn bằng kim có P góc 1200 hoặc viên bi bằng thép có 120 đường kính bằng 1,588mm dưới tác dụng của tải trọng P. Tuỳ theo mũi đâm và tải trọng P. HRC Kim cương : P = 150 kG h HRA Kim cương : P = 60 kG HRB dùng viên bi 1,588 (mm) , P = 100 kG giá trị độ cứng của phương pháp Rocoen có tính quy ước . Cứ mũi đâm sâu 0,002 mm thì độ cứng giảm đi một đơn vị. h − h0 HRC ( hoặc HRA ) = 100 − 0,002 h − h0 HRB = 130 − 0,002 Trong đó : h0 - tải trọng ban đầu I.5: HIỆN TƯỢNG BIẾN CỨNG BỀ MẶT KIM LOẠI I.5.1: Khái niệm. Hiện tượng biến cứng bề mặt kim loại là hiện tượng mà ở bề mặt của chi tiết có độ cứng cao hơn so với bên trong. I.5.2: Nguyên nhân. Biên Soạn : GV Lương Duyên Hải Trang 9
  10. Bài giảng : Vật Liệu cơ khí - Khi đúc, do bề mặt có tốc độ nguội nhanh nên trong tổ chức kim loại các bon tồn tại dưới dạng Xêmentít ( Fe3O ). - Do hiện tượng thoát các bon trên bề mặt phôi khi đúc hoặc rèn làm xuất hiện ứng suất dư. - Do khi rèn nhiệt độ rèn và phôi rèn còn thấp , quá nhiệt độ quy đ ịnh làm mạng tinh thể bị xô lệch quá giới hạn cho phép, lúc đó tạo ứng suất dư. - Do qúa trình nấu luyện hợp kim, lượng tạp chất trong thép hoặc gang không đúng tỷ lệ nhất định gây sự biến cứng thể tích trong vật liệu. Do vậy suất hiện ứng suất dư. I.5.3: Hậu quả của biến cứng. - Gây khó khăn trong quá trình cắt gọt, giảm năng suất và quá trình gia công. - Làm vỡ, mẻ dụng cụ cắt, gây rung động hệ thống công nghệ, làm giảm độ bền của máy, dao. I.5.4: Biện pháp ngăn ngừa và biện pháp khắc phục. - Ngăn ngừa : Thưc hiện đúng quy trình công nghệ khi đúc hoặc rèn. - Khắc phục : Nếu kim loại và hợp kim bị biến cứng bề mặt, cần tiến hành thường hóa hoặc ủ trước khi gia công cắt gọt. I.6: GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI SẮT VÀ CÁC BON ( Fe - C ) Biên Soạn : GV Lương Duyên Hải Trang 10
  11. Bài giảng : Vật Liệu cơ khí I.6.1: Giản đồ trạng thái ( Fe - C ) . I1 I2 I3 I4 oC D 1600 A L+δ 1539 L t1 H B 1499 t2 δ J 1 L +XeII 1392 δ + Os N L + Os 2 A4 C E o Os 1147 : Chuyãø n biãú cuì g tinh nn F O s Le+XeIII + 3 L e+XeI 910 G A F-O s 3 t3 O s XeII + o A2 =768 - Ferê máútætê ( Fe - β ) t t ì nh t4 S 4 V o A1 =727 - Chuyãø biãú cuì g tê n n n ch F K 1000 L ã âã bu rê t P +XeII P + L e + XeIII L e +XeI F+XeIII 500 o Ao =210 - Xe máútætê t ì nh R Q 0,02 0,8 2,14 4,3 6,67% C I.6. 100%Fe 2: Tọa độ " nhiệt độ - thành phần C " của các điểm trên giản đồ . Thành Thành phần Nhiệt độ Nhiệt độ phần Điểm Điểm Cacbon % 0 0 C C Cacbon % A 1359 0,00 D 1600 6,67 H 1499 0,10 G 910 0,00 J 1499 0,16 V 727 0,02 B 1499 0,50 S 727 0,80 E 1147 2,14 K 727 6,67 C 1147 4,30 Q 0,00 0,006 F 1147 6,67 R 0,00 6,67 N 1392 0,00 Biên Soạn : GV Lương Duyên Hải Trang 11
  12. Bài giảng : Vật Liệu cơ khí I.6.3: Các đường quan trọng . ABCD - đường lỏng AHJECF - đường đặc ES - đường giới hạn sự hòa tan của C vào Feγ VQ - đường giới hạn sự hòa tan của C vào Feα HJB - đường bao tinh : Những hợp kim chứa C ( 0,1 ÷ 0,5 % ) khi nguội đến 1449 C thì xảy ta phản ứng bao tinh . 0 ECF - đường cùng tinh : Những hợp kim chứa C ( 2,14 ÷ 6,67 % ) khi nguội đến 1147 C thì xảy ra phản ứng cùng tinh . 0 VSK - đường cùng tích : Những hợp kim chứa C ( 0,02 ÷ 6,67 % ) khi nguội đến 727 C thì xảy ra phản ứng cùng tích . 0 I.6.4: Các tổ chức cơ bản . a - Loại một pha gồm có . - Pha lỏng , ký hiệu : L . Đó là dung dịch lỏng của Fe - C , chúng hoàn toàn tan lẫn vào nhau . - Pha rắn Ostenít : ký hiệu Os . Đó là dung dịch rắn xen kẽ của các bon trong Fe γ thông thường nó chỉ tồn tại ở nhiệt độ trên 7270C . - Pha ferít : ký hiệu F . Đó là dung dịch rắn xen kẽ của các bon trong Fe α thông thường nó tồn tại ở nhiệt độ ứng với đường GSK . - Pha rắn Xêmentít : ký hiệu Xe . Là hợp chất hóa học của Fe - C , công thức hóa học là Fe3C . b - Loại hai pha gồm có . - Péc lít : ký hiệu P . Đó là sản phẩm hỗn hợp cơ học c ủa F và Xe , ký hi ệu P = [F+Xe] tạo thành khi làm nguội đến nhiệt độ 7270C , lúc ấy Os có 0,8 % C và phản ứng cùng tích . [ F + Xe ] 7270C Os ( 0,8 % ) Như vậy , P có hàm lượng C là 0,8 % . Trong thực tế , có những trường do ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau mà P có chứa C cao hoặc thấp hơn 0,8 % , ta gọi là P giả . - Lê đê bu rít : ký hiệu Le . Đây là sản phẩm phản ứng cùng tinh xảy ra từ hợp kim Fe - C lỏng có hàm lượng các bon là 4,3% ở nhiệt độ 11470C . 11470C L ( Os + Xe ) Le Lêđêburít là hỗn hợp cơ học của hai pha Ostenít và Xêmentít hỗn hợp này tồn tại trong khoảng nhiệt độ từ 7270C ÷ 11470C khi hạ thấp nhiệt độ xuống dưới 7270C thì [ F + Xe ] , lúc ấy Lêđêburít là hỗn hợp của Péclít và Xêmentít . Xét về pha ở Os nhiệt độ thường , hợp kim Fe - C chỉ tồn tại hai pha cơ bản là ferít và Xêmentít . Khi thì Biên Soạn : GV Lương Duyên Hải Trang 12
  13. Bài giảng : Vật Liệu cơ khí chúng đứng riêng lẽ thành từng hạt tinh thể riêng biệt dể thấy , khi thì chúng tổ hợp với nhau tạo nên Péclít và Xêmentít . - Những ký hiệu XeI , XeII , XeIII , thực chất đó là các tinh thể Xêmentít ( Fe3C ) nhưng kích thước to nhỏ khác nhau , do nguồn gốc sinh ra chúng khác nhau . Pha lỏng sinh ra XeI , Pha rắn Ostenít sinh ra XeII , Pha rắn ferít sinh ra XeIII . - Các điểm nhiệt độ A0 , A1 , A2 , A3 , A4 được gọi là các điểm tới hạn , vì qua các nhiệt độ đó hợp kim thường có những chuyển biến rõ rệt ở bên trong kim loại . CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Nêu khái niệm , đặc điểm , liên kết của kim loại ? 2. Nêu cấu tạo của mạng tinh thể kmi loại ? 3. Nêu khái niệm chung của hợp kim ? 4. Nêu cấu tạo của hợp kim ? 5. Nêu tính chất chung của kim loại và hợp kim ? 6. Trình bày phương pháp thử kéo của kim loại và hợp kim ? 7. Trình bày phương pháp thử độ cứng của kim loại và hợp kim ? CHƯƠNG II GANG II.1: KHÁI NIỆM VÀ ĐẶC ĐIỂM CHUNG II.1.1: Khái niệm . Gang là hợp kim của Fe - C , hàm lượng cácbon lớn hơn 2,14 % nhưng cao nhất cũng nhỏ hơn 6,67%C . Cũng như thép trong gang chứa tạp chất Si , Mn , S , P và các nguyên tố khác . II.1.2: Đặc điểm chung . Do có hàm lượng các con cao hơn nên hợp chất của gang ở nhiệt độ thường cũng như ở nhiệt độ cao hơn đều tồn tại lượng Xêmen tít cao . Đặc tính chung của gang là cứng và giòn , có nhiệt độ nóng chảy thấp dể đúc . Thành phần hợp chất trong gang gây ảnh hưởng khác với so với thép cácbon . Cùng với cacbon , nguyên tố Si thúc đẩy sự Graphít hóa , nghĩa là phân hủy Fe 3C thành Biên Soạn : GV Lương Duyên Hải Trang 13
  14. Bài giảng : Vật Liệu cơ khí Fe và cacbon tự do khi kết tinh . Ngược lại Mn cản trở sự Graphít hóa nhằm tạo ra Fe 3C của gang trắng . Lượng Si thay đổi trong gang ở giới hạn từ 1,5 ÷ 3,0% còn Mn thay đổi tương ứng với Si ở giới hạn 0,5 ÷ 1,0% . Tạp chất S và P làm hại đến cơ tính của gang . Nhưng nguyên tố P phần nào làm tăng tính chảy loãng , tăng tính chống mài mòn do đó có thể có hàm l ượng đ ến 0,1 ÷ 0,2% P . Cuối cùng là nguyên tố cacbon : Nguyên tố này tạo ra cùng với Fe các tổ chức trong gang . Cacbon càng nhiều thì Graphít hóa càng mạnh , nhiệt đ ộ chảy càng gi ảm (nhiệt độ nóng chảy hoàn toàn của gang thấp nhất khi C = 4,43 % ở nhiệt độ 11470C làm tính đúc càng tốt ) . Nhưng tăng hàm lượng cacbon sẽ làm giảm độ bền , tăng giòn . Vì vậy trong gang xám chẳng hạn , hàm lượng cacbon giới hạn từ 2,8 ÷ 3,5% . II.2: PHÂN LOẠI GANG II.2.1: Gang trắng . a - Khái niệm . Gang trắng là loại gang có màu trắng do có cacbon nằm ở dạng Xêmentít (Fe 3C) XeII . %C < 4,3 - Gang trắng trước cùng tinh P + Le + Xe Có %C = 4,3 - Gang trắng cung tinh Le ( P + XeI ) %C > 4,3 - Gang trắng sau cùng tinh Le + XeI Nhưng hầu hết người ta chỉ dùng gang trắng chứa khoảng 3,0 ÷ 3,5%C vì nhiều cacbon gang sẽ giòn . GT là gang mà chứa ít các nguyên tố thúc đẩy sự Graphít hóa . Trong thực tế gang chỉ chứa : 3,3 ÷ 3,4%C; 0,4 ÷ 1,2%Si; 0,25 ÷ 0,8%Mn; 0,06 ÷ 0,2%S; 0,5 ÷ 0,2%P . b - Tinh chất . Do cacbon ở dạng Xêmentít (Fe3C) nên gang trắng rất cứng và giòn . Thành phần C trong gang trắng càng lớn thì gang trắng càng lớn và giòn . Gang trắng rất cứng nên không thể gia công cơ khí được nên chỉ sử dung chi tiết bằng gang trắng ở dạng đúc . c - Công dụng . Do gang trắng rất cứng nên nó được làm các chi tiết yêu cầu có độ cứng cao , làm việc trong điều kiện chịu mài mòn như các bi nghiền ở trong các máy nghiền quả lô , máy lưỡi cày , vành bánh xe . Trong thực tế người ta sản xuất gang trắng để luyện thép và một phần để làm gang dẻo . II.2.2: Gang xám . a - Tổ chức tế vi . Biên Soạn : GV Lương Duyên Hải Trang 14
  15. Bài giảng : Vật Liệu cơ khí Gang xám là gang mà Graphít ở dạng tấm , về tổ chức tế vi gồm có các tấm Graphít phân bố trên nền kim loại . Tuỳ thuộc và mức độ Graphít hóa mà ta có mức đ ộ gang xám sau : - Gang xám Ferít là gang gồm các tấm Graphít phân bố trên nền Ferít . - Gang xám Ferít Péclít là gang gồm các tấm Graphít phân bố trên nền Ferít Péclít . - Gang xám Péclít là gang gồm các tấm Graphít phân bố trên nền Péclít . b - Thành phần . 3,0 ÷ 3,7%C ; 1,2 ÷ 2,5%Si ; 0,25 ÷ 1,0%Mn là nhân tố gây biến trắng Dễ tạo Xe . < 0,12%S ; 0,05 ÷ 1,0%P . c - Cơ tính . Cơ tính của gang xám được quyết định bởi số lượng kích thước và số lượng phân bố các tấm Graphít trong gang . Graphít có độ bền δb ≈ 0. Chỗ nào có Graphít thì giống như khuyết tật , lỗ hổng , vết cắt . Sự có mặt của Graphít làm giảm đi rất nhiều sức bền của gang . Trong thực tế δk = ( 1/2 ÷ 1/4 ) δthép . Gang xám có δb = 0 . d - Các số liệu của gang xám . * TCVN : ký hiệu . GX có hai chỉ tiêu δk + δu ( kG/ mm2 ) - GX Ferít : GX 12 - 28 ( gang xám có δk = 120 N/mm2 , δu = 280 N/mm2 ) ; GX 15 - 32 - GX Ferít Peclít : GX 18 - 36 * TC Nga : Γ0 CT . Cų ( δk + δb ) ( kG / mm2 ) Cų 12 - 28 ; Cų 21 - 40 ; Cų 15 - 32 * TC Nhật : JIS . FCxxx ( MPa ) e - Công dụng . Gang xám dễ chế tạo , tính đúc tốt , được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp . GX 21 - 40 ; GX 28 - 48 : δb Trung bình GX 33 - 38 ; GX 38 - 68 : δb tốt II.2.3: Gang cầu . a - Tổ chức tế vi . Gang cầu là gang Graphít dạng cầu tổ chức gồm những quả cầu phân bố trên nền kim loại . b - Thành phần . Thành phần hỗn hợp cũng giống như gang xám nhưng trong đó có chứa các nguyên tố để gây cầu hóa . Để nhận được gang dạng cầu người ta dùng chất biến tính để gây cầu hóa là Mg . Thành phần gang cầu giống như gang xám nhưng nó có thành phần Mg . 3,0 ÷ 3,7%C ; 1,8 ÷ 3,0%Si ; 0,5 ÷ 1,2%Mn ; 0,03 ÷ 0,1%Mg ; < 0,02%P ; < 0,04%S Biên Soạn : GV Lương Duyên Hải Trang 15
  16. Bài giảng : Vật Liệu cơ khí c - Cơ tính . Do Graphít dạng cầu là dạng thu gọn nhất nó ít làm chia cắt pha nền do vậy gang cầu là gang có độ bền cao nhất trong các loại gang . Nó có δdẻo = 5 ÷ 15% . d - Ký hiệu . * TCVN : GC Có hai chỉ tiêu δb + δđộ dãn dài ( δ % ) ( kG / mm2 ) GC 40 - 10 ; GC 45 - 5 ; GC 50 - 2 ; GC 60 - 2 . * TC Nga : Γ0 CT . Bų ( δk + δ % ) ( kG / mm2 ) Bų 38 - 17 ( gang cầu có δk = 380 N/mm2 , δ = 17% ; Bų 60 - 2 ; Bų 45 - 5. * TC Nhật : JIS , FCD + δb kéo (MPa ) e - Công dụng . Gang cầu là gang có cơ tính cao nhất , tính đúc tốt nên sử dụng rộng rãi . Dùng thay thế một số chi tiết máy bằng thép . II.2.4: Gang dẻo . a - Tổ chức tế vi . Gang dẻo là gang có tổ chức như gang xám và gang cầu nhưng Graphít có dạng cụm . b - Thành phần . Để nhận được gang dẻo thì trước hết phải đúc thành gang trắng . Sau đó dùng một quá trình ủ đặc biệt để biến gang trắng thành gang dẻo . Thành phần : 2,2 ÷ 2,8%C ; 0,8 ÷ 1,0%Si ; ≤ 1,0%Mn ; 0,1%S ; 0,2%P ; %C + %C = 3,5%C . Là phù hợp trong quá trình đúc và ủ . c - Cơ tính . Gang dẻo là gang trung gian thấp hơn gang cầu và cao hơn gang xám . δb : 30 ÷ 60 kG / mm2 δ : 5 ÷ 10 % d - Ký hiệu . * TCVN : GZ + δb + δ % Ferít : GZ 30 - 6 ; GZ 35 - 10 ; GZ 37 - 12 Peclít : GZ 45 - 7 ; GZ 50 - 5 ; GZ 60 - 3 * TC Nga : Γ0 CT . Kų + δb + δ % ( kG / mm2 ) Kų 30 - 6 ; Kų 35 - 10. * TC Nhật : FCMB + δb ( MPa ) e - Công dụng . Dùng đúc các chi tiết phức tạp chịu được va đập mạnh . * Quá trình ủ gang trắng Gang dẻo - Nguyên lý chung : Fe3C F+G Biên Soạn : GV Lương Duyên Hải Trang 16
  17. Bài giảng : Vật Liệu cơ khí Fe3C F+P+G Fe3C P+G - Thành phần : Nung đến nhiệt độ 10000C : Fe3C γ1,8 + G Hạ xuống 7000C ( 15h ) γ1,8 Fe3C + γ0,8 và giữ lâu Fe3C γ0.8 + G γ0.8 P + G ( P - F + Xe ) Giữ thêm 30h : Xe F +G II.3: ẢNH HƯỞNG CỦA CÁ NGUYÊN TỐ TẠP CHẤT ĐẾN TÍNH CHẤT CỦA GANG II.3.1: Cacbon (C ) . Nếu cacbon chứa trong gang ở dạng hợp chất hóa học Xêmentít (Fe 3C) thì gang đó gọi là gang trắng , nếu cacbon ở dạng tự do Graphít thỉ gang đó gọi là gang xám . Sự tạo thành các loại gang khác nhau phụ thuộc vào thành phần hóa học và tốc độ nguội của nó . II.3.2: Silíc (Si) . Si là nguyên tố ảnh hưởng rất nhiều đến cấu trúc tinh thể của gang , vì nó thúc đẩy sự tạo thành Graphít hóa do đó trong gang xám thành phần Si cao khoảng 1 ÷ 4,25 %. II.3.3: Mangan (Mn) . Mn trong gang thúc đẩy sự tạo thành gang trắng và ngăn cản sự Graphít hóa . Bởi vậy gang trắng thường chứa 2 ÷ 2,5 %Mn , trong gang xám lượng Mn < 1,3% . II.3.4: Phốt pho (P) . P là nguyên tố có hại trong gang nó làm giảm độ bền , tăng độ giòn của gang . Tuy nhiên P lại có tác dụng tăng tính chảy loãng , tác dụng này người ta dùng để đúc các tượng vad các chi tiết có hình thù phức tạp , nhưng không chịu va đ ập . ( P < 0,1 % đối với những chi tiết máy quan trọng ) . II.3.5: Lưu huỳnh (S) . S là nguyên tố có hại trong gang , nó làm giảm tính đúc và cơ tính trong gang . S làm giảm độ bền và tăng độ giòn , do đó trong gang S < 0,15% . CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Nêu khái niệm và đặc điểm chung của gang . 2. Nêu công dụng của các loại gang . Biên Soạn : GV Lương Duyên Hải Trang 17
  18. Bài giảng : Vật Liệu cơ khí 3. Nêu thành phần hóa học của các loại gang . 4. Cho biết các nguyên tố ảnh hưởng đến tính chất của gang . 5. Giải thích ký hiệu sau : Cų 12 ­ 28 , Kų 33 ­ 6 , Bų 80 ­ 3 , GC 42 - 15 , GX 24 - 44 , GZ 37 - 12. CHƯƠNG III THÉP III.1: KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI THÉP III.1.1: Khái niệm . Biên Soạn : GV Lương Duyên Hải Trang 18
  19. Bài giảng : Vật Liệu cơ khí Thép cacbon là hợp kim của Fe - C với hàm lượng cacbon nhỏ hơn 2,14% . Ngoài ra trong trong thép còn chứa một lượng tạp chất như : Si , Mn , S , P , ... III.1.2: Phân loại thép . Thép được phân thành hai loại chính đó là : - Thép cacbon : Dùng trong các ngành chế tạo máy nói chung và ngành xây dựng . - Thép hợp kim : Dùng chế tạo các dụng cụ cắt gọt , dụng cụ đo , cácchi tiết máy yêu cầu có độ bền , độ dẻo cao . Trong nhóm thép hợp kim có thép hợp kim đặc biệt , là các thép từ tính , thép không gỉ , thép chịu nhiệt ... Tuỳ theo lượng P , S ch ứa trong thép mà người ta chia thép thành các loại : + Thép có chất lượng thường : 0,06%S ; 0,08%P + Thép có chất lượng tốt : 0,04%S ; 0,04%P + Thép có chất lượng đặc biệt : 0,025%S ; 0,025%P III.2: THÉP CAC BON . III.2.1: Thành phần hóa học . Ngoài Fe - C do đặc điểm nấu luyện trong thép luôn có Mn , Si ngoài ra còn có các nguyên tố không khử hết P , S , các nguyên tố ngẫu nhiên Cr , Ni , ... Thành phần : < 2%C ; Mn ≤ 0,8 % ; Si ≤  0,5% ; P < 0,05% ; S < 0,02 % III.2.2: Phân loại thép cacbon . a - Phân loại theo chất lượng . Tuỳ theo mức độ chính xác thành phần hóa học , mức độ khử hóa chất , người ta phân ra 4 loại theo chất lượng sau : - Thép C chất lượng thường : ≈ 0,06 %S ; 0,07 %P - Thép C chất lượng tốt : 0,04 %S ; 0,035 %P - Thép C chất lượng cao : 0,025% S ; 0.025 %P - Thép C chất lượng đặc biệt : 0,015 %S ; 0,015 %P b - Phân loại theo công dụng . Thép xây dựng , thép kết cấu , thép dụng cụ . III.2.3: Các loại thép C và ký hiệu . a - Thép chất lượng thường : Gồm có 3 nhóm con . - Nhóm thứ nhất (nhóm A) : Ký hiệu . CT + δb min (kG / mm2) Ví dụ : CT 31 - Thép cacbon thường nhóm A , trị số bền giới hạn 31kG / mm 2 hay 310N/mm2 . CT 33 ; CT 34 ; CT 38 . Nhóm A chỉ quy định về cơ tính chứ không quy định về thành phần hóa học . - Nhóm thứ hai ( nhóm B) . Ký hiệu có thêm chữ B đứng đầu . Ví dụ : BCT 31 ; BCT 33 ; BCT 34 ; BCT 38 ... Nhóm B quy định thành hóa học . Biên Soạn : GV Lương Duyên Hải Trang 19
  20. Bài giảng : Vật Liệu cơ khí - Nhóm thứ ba ( nhóm C) . ký hiệu có thêm chữ C đứng đầu . Ví dụ : CCT 31 ; CCT 33 ; CCT 34 ; CCT 38 ... Nhóm C thép có cơ tính như nhóm A và thành phần hóa học thép như nhóm B . Thép cacbon thường , người ta dùng ở dạng đã qua cán nóng thành hình như : Dây , thanh , tấm , chữ U , I , V ,... So sánh với các loại thép khác thì thép cacbon có chất lượng thất hơn cả , tạp chất có hại nhiều hơn S < 0,06% ; P < 0,07% . * Ký hiệu . - TCVN : CT 31 ; CT 33 ; CT34 , ..... BCT31 ; BCT 33 ; BCT 34 , .... CCT 31 ; CCT 33 ; CCT 34 , ... - TC Nga : Γ0 CT CT + Số từ 0 ÷ 6 Ví dụ : CT 0 ; CT1 ; ... ; CT6 TC Nhật : JIS Ký hiệu : S Ví dụ : SS 330 ; SS 480 ; SS 540 ; ... ( MPa) Đơn vị đo độ bền của ứng suất : 1 kG / mm2 ≈ 10 MPa 1 kG / mm2 ≈ 1,45 kSi ≈ 6,9 MPa 1 kSi ≈ 0,1 kG / mm2 1 MPa ≈ 1000 PSi 1 kSi 1 Pa ≈ 10 -7 kG / mm2 1 μPa ≈ 106 Pa * Công dụng thép C thường . Thép các bon thường được dùng rất nhiều trong xây dựng như : Làm tấm đan , cốt bê tông , làm các công trình thép khác ... Thép nhóm A vì không quy đ ịnh rõ thành phần hoá học nên không gia công nóng , còn hai nhóm B và C có thể dùng làm một số ít các chi tiết máy quan trọng . b. Thép các bon kết cấu chất lượng tốt , cao . Thép các bon chất lượng tốt , cao được nhiệt luyện rất kỹ do đó hàm lượng P , S còn lại rất nhỏ ( P ≤ 0,035% ; S ≤ 0,04% ) . Thép này chủ yếu dùng làm kết cấu máy và thường phải nhiệt luyện để tăng độ bền chi tiết . * Ký hiệu : - TCVN : C + 1 con số chỉ phần vạn các bon VD : C10 - Thép các bon chất lượng tốt , cao có 0,1% C ; C15 ; C20 ; ... ; C80 ; C85 những con số chỉ phần vạn các bon trung bình trong mác thép . Γ0 CT - 10 , 15 , 20 , ... , 80 , 85 những con số chỉ phần vạn các bon - TC Nga : trung bình trong mác thép . Biên Soạn : GV Lương Duyên Hải Trang 20
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2