1
Chương 5: Vật liệu kỹ thuật
5.1 Giới thiệu về thép
5.2. Thép xây dựng
5.3.Thép chế tạo máy
5.4. Thép dụng cụ
5.5. Thép đặc biệt
5.6. Gang
5.7. Hợp kim phi sắt
5.8. Vật liệu polyme
1
Thành phần hóa học
Hàm lượng C 2,14
Tạp chất: Mn (< 0,8%), Si (< 0,4%) + P, S (< 0,05%)
Tạp chất khác: H, O, N, (Cr, Ni, Cu 0,3%), (W, Mo, Ti 0,05%)
Tạp chất có lợi
(tư quặng sắt, fero
khư oxy)
Hóa bền ferit
Tạp chất có hại
(tư quặng sắt,
than coke)
- S: bơ nóng
- P: bơ nguội
Ảnh hưởng của C đến tô chức tê vi
C 0,05%: thuần Ferit
C = 0,1 0,7%: Ferit + Peclit (thép trước ct) %C %Peclit
C 0,8%: Peclit (thép cùng tích)
C = 0,9 2,14%: Peclit + XeII (thép sau ct) %C %XeII
1 2
3 4
2
Ảnh hưởng của C đến cơ tính
%C HB
%C % va %
(do lượng XeII cứng
va giòn tăng lên)
%C b tăng đến
b max rồi lại giảm (do
lượng XeII tăng lên)
δ%
σ
b
HB
%Peclit
%Ferit
%Xementit
%C
MPa
%
Vai tro của C đến công dụng của thép:
Thép C thấp (%C < 0,25%): va ak (cao), H va (thấp) chủ
yếu dùng trong kết cấu xây dựng. Có thể sử dụng để chế tạo một số
chi tiết máy sau thấm C. Hiệu quả tôi+ram không cao cần thấm
C trước khi tôi+ram thấp
Thép C trung bình (0,3-0,5%C): H, , va ak (đều cao)
thuờng dùng chế tạo các chi tiết chịu tải trọng tĩnh và va đập cao
Thép C khá cao (0,55-0,65%C): H va (cao), va ak (không quá
thấp), giới hạn đàn hồi cao nhất thuờng dùng chế tạo các chi tiết
cần có tính đàn hồi tốt
Thép C cao (%C > 0,7%): H va (cao nhất) thường dùng chế
tạo các chi tiết làm dụng cụ cắt, khuôn dập, dụng cụ đo
Theo đô sạch tạp chất có hại (P va S)
Chất lượng thường
Chất lượng tốt
Chất lượng cao
Chất lượng rất cao
Theo phương pháp khư oxy
Thép sôi
Thép lặng
Thép nửa lặng
Theo công dụng:
Thép kết cấu
Thép dụng cụ
Phân loại thép cacbon theo đô sạch tạp chất có hại (P va S):
Chất lượng thuờng: %P < 0,05% và %S < 0,05%
(lò L-D)
Chất lượng tốt: %P < 0,04% và %S < 0,04% (lò
hồ quang)
Chất lượng cao: %P < 0,03% và %S < 0,03% (lò
hồ quang + chất khư mạnh, tuyển chọn nguyên
liệu đầu vào)
Chất lượng rất cao: %P < 0,02% và %S < 0,02%
(lò hồ quang + điện xỉ..)
5 6
7 8
3
Phân loại thép cacbon theo phương pháp khư oxy:
Thép sôi (khử Oxy chưa triệt để): Khử bằng Fero Mncòn FeO
(FeO + C Fe + CO↑)
bề mặt “sôi”
Thép lặng (khử Oxy triệt để): thuờng khử bằng Fero Mn, Fero Si
va Al không còn FeO
bề mặt phẳng lặng
Thép nửa lặng (là dạng trung gian của 2 loại thép trên): thường
khử bằng Fero Mn va Al
Phân loại thép cacbon theo công dụng:
Thép kết cấu: cần vừa bền vừa dẻo dai (cơ tính tổng hợp)
- Thép xây dưng: cần cơ tính tổng hợp (song không cao)
- Thép chê tạo máy: cần cơ tính tổng hợp cao hơn
Thép dụng cụ: cần đô cứng vachống mài mòn
Ưu điểm của thép cacbon:
Rẻ, dễ kiếm do không đòi hỏi thành phần phức tạp
Có cơ tính phù hợp với một số trường hợp nhất dịnh
Có tính công nghệ tốt: dễ đúc, cán, rèn… so với thép hợp kim
Nhược điểm của thép cacbon:
Ðộ thấm tôi thấp hiệu quả hoá bền bằng NL không cao
Tính chịu nhiệt độ cao kém
Chống ăn mòn, tính cứng nóng… kém
9 10
11 12
4
Thành phần hóa học:
Là thép C + nguyên tố khác ngoài C (Ni, Cr, Ti…..) với lượng đủ lớn
làm thay đổi tổ chức cải thiện tính chất của vật liệu (NTHK)
Các đặc tính của thép hợp kim
Cơ tính:
Tính thấm tôi cao hơn thép C
Tăng bền nhưng giảm va ak
Dùng lượng hợp kim vừa đu (phu thuộc tiết diện chi tiết)
Tính công nghệ (đúc, cắt gọt, rèn, dập...) kém hơn thép C
Tính chịu nhiệt đô cao:
- Các ng.tô HK cản trơ sư khuếch tán của C Mactenxit kho phân
hủy bền ở nhiệt đô cao
T/c vật ly hóa học đặc biệt: không gi, tư tính, giãn nơ nhiệt đặc biệt
Tác dụng của nguyên tô hợp kim đến tô chức của thép ở trạng
thái cân bằng
a. Hòa tan vào sắt thành dung dịch rắn:
-Với lượng nhỏ: không làm thay đổi dạng GÐP Fe-C
-Với luợng lớn: làm thay đổi GÐP Fe-C. Điểm S va E thay đổi vị trí
Mn (Ni) mơ rộng vùng (thu hẹp
) hàm lượng 10 20 % thi
tô chức tồn tại ở cả To thường
thép austenit
Cr mơ rộng vùng (thu hẹp )
hàm lượng 20 % thi tô chức
không tồn tại ở cả To cao
thép ferit
Tô chức 1 pha không thê hóa bền bằng pp tôi
SS
13 14
15 16
5
b.Tạo thành Cacbit:
-Si, Ni, Al, Cu, Co: không tạo thành được cacbit trong thép (chỉ có
thê hòa tan vào Fe)
-Mn, Cr, Mo, W, V, Ti, Zr, Nb: vừa có thê tạo cacbit, vừa hòa tan
Tùy thuộc vào nguyên tô hợp kim trong thép
mà sẽ ưu tiên tạo cacbit mạnh trước
Các loại cacbit
-Xementit hợp kim (Fe, Me)3C:
•khi thép có lượng ít (12%) ng.tô Mn, Cr, Mo, W hòa tan thay
thê vào Fe tạo (Fe, Me)3C ổn định hơn Fe3C, Totôi
-Cacbit với kiểu mạng phức tạp:
•khi có lượng lớn (>10%) Cr hoặc Mn tạo cacbit phức tạp:
Cr7C3, Cr23C6, Mn3C… cứng hơn Xe, Tonc
1550
1850oC,
Totôi > 1000oC
•khi thép có Cr với W hoặc Mo tạo cacbit phức tạp: Me6C
Totôi
1200
1300oC
-Cacbit với kiểu mạng đơn giản:
•khi có các ng.tô hợp kim tạo cacbit rất mạnh (V, Ti, Zr, Nd)
tạo cacbit đơn giản: VC, TiC, ZrC, NdC cứng, ít giòn hơn
Xe, Tonc
3000oC
Vai tro của cacbit hợp kim:
-Tăng đô cứng, tính chống mài mòn: mạnh hơn Xe
-Nâng cao nhiệt đô tôi, giư cho hạt nho: do kho hòa tan vào
nâng cao đô dai va cơ tính
-Có tính cứng nóng, bền nóng: do khi ram cần nhiệt đô cao mới kết
tu lại được
Ảnh hưởng của nguyên tô hợp kim đến quá trình nhiệt luyện:
Ảnh hưởng đến chuyển biến khi nung tôi (Peclit ):
- Cacbit hòa tan vào ở To cao hơn va gn dài hơn:
•Thép cacbon (1,00%C): Fe3C →Totôi ~ 780oC
•Thép HK thấp (1,00%C + 1,50%Cr): (Fe,Cr)3C, →Totôi~
830oC
•Thép HK cao (1,00%C + 12,0%Cr): Cr23C6 →Totôi > 1000oC
- Cacbit kho hòa tan nằm ở biên giới hạt giư cho hạt nho:
•TiC, ZrC, NbC, VC: tác dụng mạnh
•WC, MoC: yếu hơn
•Mn: làm to hạt
•Cr, Ni, Si, Al: trung tính
17 18
19 20