Giáo trình các kim loại thiết bị nhiệt

Chia sẻ: 123859674 123859674 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:50

Thêm vào BST

Báo xấu

132
lượt xem 41
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Kim loại màu và hợp kim màu là kim loại mà hầu như không có chứa sắt. Kim loại màu thường có các tính chất đặc biệt và ưu việt hơn kim loại đen : tính dẻo cao, cơ tính khá cao, có khả năng chống ăn mòn, chống mài mòn, có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt. Các kim loại màu thông dụng là nhôm, đồng, titan, manhê, thiếc, vàng bạc và các hợp kim của chúng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình các kim loại thiết bị nhiệt

§¹i häc ®μ n½ng - Tr−êng §¹i häc kü thuËt TS. §inh Minh DiÖm Gi¸o tr×nh Kim lo¹i thiÕt bÞ nhiÖt §μ n½ng, 2003
§¹i häc ®μ n½ng - Tr−êng §¹i häc kü thuËt TS. §inh Minh DiÖm Tãm t¾t bμi gi¶ng PhÇn 2 §óc kim lo¹i §μ n½ng, 2003
§¹i häc ®μ n½ng - Tr−êng §¹i häc kü thuËt TS. §inh Minh DiÖm Tãm t¾t bμi gi¶ng Ch−¬ng 4 Gia c«ng c¾t gät kim lo¹i §μ n½ng, 2003
§¹i häc ®μ n½ng - Tr−êng §¹i häc kü thuËt TS. §inh Minh DiÖm Tãm t¾t bμi gi¶ng Kü thuËt c¬ khÝ §μ n½ng, 2003
Ch−¬ng 1: vËt liÖu kim lo¹i 1.1. TÝnh chÊt cña kim lo¹i 1.1.1 TÝnh chÊt ho¸ häc • Kim lo¹i lµ c¸c nguyªn tè ho¸ häc ë phÝa tr¸i b¶ng tuÇn hoµn Men®eleÐp. • Kim lo¹i tham gia c¸c ph¶n øng víi ¸ kim; • CÊu t¹o nguyªn tö: líp ®iÖn tö ngoµi cïng dÔ t¸ch khái h¹t nh©n trë thµnh ®iÖn tö tù do vµ nguyªn tö trë thµnh ion d−¬ng. • Ngoµi ra trong thùc tÕ chÕ t¹o c¸c chi tiÕt m¸y ta cÇn kÓ ®Õn tÝnh chÞu ¨n mßn, tÝnh chÞu nhiÖt , tÝnh chÞu a xÝt, . . . cña kim lo¹i vµ hîp kim cña chóng. 1.1. 2 TÝnh chÊt vËt lý • Kim lo¹i lµ vËt liÖu cã ¸nh kim; • HÖ sè gi·n në nhiÖt kh¸c nhau; • Cã tÝnh dÉn ®iÖn, dÉn nhiÖt tèt; • Khèi l−îng riªng (γ) vµ nhiÖt ®é nãng ch¶y ( Tonc ) kh¸c nhau; • Kim lo¹i cã cÊu tróc m¹ng tinh thÓ ; 1.1. 3 TÝnh c«ng nghÖ Kim lo¹i cã ®é bÒn, ®é dÎo cao, cã kh¶ n¨ng gia c«ng nãng hoÆc gia c«ng nguéi,... §Æc tr−ng cho tÝnh c«ng nghÖ cña vËt liÖu lµ : tÝnh ®óc, tÝnh rÌn, tÝnh hµn vµ tÝnh gia c«ng c¾t gät vµ nhiÖt luyÖn (gia c«ng xö lý nhiÖt). a. TÝnh ®óc • TÝnh ch¶y lo·ng cao (nªn kh¶ n¨ng ®iÒn ®Çy lßng khu«n tèt); • Cã tÝnh co ngãt khi kÕt tinh (®«ng ®Æc). • TÝnh thiªn tÝch: Sù kh«ng ®ång nhÊt vÒ thµnh phÇn ho¸ häc cña kim lo¹i trong vËt ®óc. • TÝnh hoµ tan khÝ b. TÝnh rÌn Kh¶ n¨ng biÕn d¹ng vÜnh cöu cña kim lo¹i khi chÞu t¸c dông cña ngo¹i lùc ®Ó t¹o nªn h×nh d¸ng nhÊt ®Þnh mµ kh«ng bÞ ph¸ huû. c. TÝnh hµn Kh¶ n¨ng t¹o nªn mèi liªn kÕt kh«ng thÓ th¸o rêi ®−îc gäi lµ mèi hµn. d. TÝnh c¾t gät Kh¶ n¨ng cho phÐp gia c«ng trªn c¸c m¸y c¾t gät nh−: tiÖn, phay, bµo, khoan, mµi ... TÝnh c¾t gät phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè . VÝ dô : ThÐp Ýt c¸c bon dÔ c¾t gät h¬n thÐp c¸c bon cao; Gang x¸m dÔ gia c«ng c¾t gät h¬n gang tr¾ng). e. TÝnh NhiÖt luyÖn : Kh¶ n¨ng cho phÐp thay ®æi c¬ tÝnh vµ mét sè tÝnh chÊt cña vËt liÖu nhê qu¸ tr×nh xö lý nhiÖt. 1. 2 Ph©n lo¹i vËt liÖu kim lo¹i (®¬n chÊt) Theo mµu s¾c Kim lo¹i ®en : Fe; theo [12] cßn cã Co, Ni, Mn,... ( mµu ®en x¸m) Kim lo¹i mµu : Al, Cu, Pt, Au, .... 1
Theo nhiÖt ®é nãng ch¶y NhiÖt ®é Khèi l−îng riªng nãng ch¶y oC g/cm3 Cu : 1083 8,93 Ni : 1450 8,90 Kim lo¹i khã ch¶y T nc Fe : 1539 7,87 Ti : 1668 4,51 Pt : 1769 21,45 Zr : 1855 6,51 Cr : 1875 7,19 V : 1950 6,02 Nb : 2468 8,57 Mo : 2620 10,2 Ta : 2996 16,65 W : 3395 19,35 Kim lo¹i dÔ ch¶y Zn : 419 7,11 Sn : 232 7,29 Bi : 271,3 9,80 Pb : 327 11,34 Kim lo¹i nhÑ Be : 1284 1,85 Mg : 650 1,74 Al : 660 2,72 Kim lo¹i quý Au : 1063 19,32 Ag : 960 10,5 Pt : 1769 21,45 Kim lo¹i phãng x¹ U : 1133 19,0 Ra (radi), Th (th«ry) Pu (plutoni), Co,... Kim lo¹i hiÕm La, Cs (Xªzi), Nd (Nª«dim), Pr (Prasc«®im) ... 1.3 kim lo¹i mμu : Kim lo¹i mµu vµ hîp kim mµu lµ kim lo¹i mµ hÇu nh− kh«ng cã chøa s¾t. Kim lo¹i mµu th−êng cã c¸c tÝnh chÊt ®Æc biÖt vµ −u viÖt h¬n kim lo¹i ®en : tÝnh dÎo cao, c¬ tÝnh kh¸ cao, cã kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn, chèng mµi mßn, cã tÝnh dÉn ®iÖn, dÉn nhiÖt tèt. C¸c kim lo¹i mµu th«ng dông lµ nh«m, ®ång, titan, manhª, thiÕc, vµng b¹c vµ c¸c hîp kim cña chóng. Kim lo¹i mµu cã thÓ ph©n lo¹i theo mét sè ®Æc ®iÓm sau : 1.3.1 Kim lo¹i nÆng (cã khèi l−îng riªng γ >= 5 g/ cm3) γ W = 19,35 g/ cm3 VÝ dô : γ cu = 8,94 g/ cm3 γ Ni = 8,92 g/ cm3 γ Sn = 7,30 g/ cm3 γ Zn = 7,14 g/ cm3 1.3.2 Nhãm kim lo¹i nhÑ γ
γ Al = 2,70 g/ cm3 γ Be = 1,85 g/ cm3 γ Mg = 1,74 g/ cm3 1.3.3 Nhãm kim lo¹i quý : Au, Ag, Pt vµ kim lo¹i thuéc nhãm platin 1.3.4 Kim lo¹i hiÕm : Titan (Ti), Ga, W, Li, Mo, 1.3.5 Kim lo¹i b¸n dÉn : Se len (Se), As, Si, Ge , ... 1.3.6 Nh«m vμ hîp kim nh«m Nh«m thuéc nhãm kim lo¹i nhÑ (kim lo¹i bay) cã khèi l−îng riªng nhá (2,7 3 g/cm ), cã tÝnh dÉn ®iÖn dÉn nhiÖt tèt, cã kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cao vµ cã tû bÒn cao vµ tÝnh dÎo cao. Nh«m nguyªn chÊt : TCVN 1859-75 ký hiÖu : TCVN TC Liªn x« Al 99,60 (99,60%Al) A999 (99,999%Al) ... Al 99,00 (99%Al) A0 (99,00%Al) Hîp kim cña nh«m : Al - Mg Al - Cu, Al - Cu - Mg (§ua - ra dïng lµm vµnh xe ®¹p,...) Al - Cu - Li; Al - Mg - Li (RÊt nhÑ dïng trong ngµnh hµng kh«ng) Hîp kim nh«m cã 2 lo¹i : nh«m biÕn d¹ng vµ nh«m ®óc. 1.3.7 §ång vμ hîp kim cña ®ång §ång nguyªn chÊt : TCVN 1659-75 ký hiÖu : VN Liªn x« Cu99,99 ( 99,99%Cu) M00 (99,99%Cu) Cu99,90 (99,90%Cu) M1 (99,90%Cu) Hîp kim cña ®ång cã : Br«ng (®ång thanh lµ hîp kim cña Cu víi Sn hoÆc c¸c nguyªn tè kh¸c trõ kÏm (Zn) : TCVN TCLX БpA5 5%Al BCuSn5P0,5 Lat«ng (®ång thau lµ hîp kim cña Cu + Zn) л70 70%Cu cßn l¹i lµ Zn LCuZn30 (Zn=30%) Trªn ®©y lµ b¶ng ph©n lo¹i cã tÝnh t−¬ng ®èi. VÝ dô Li cã thÓ lµ kim lo¹i nhÑ nh−ng còng cã thÓ lµ kim lo¹i b¸n dÉn. Nãi chung c¸c kim lo¹i b¸n dÉn lµ kim lo¹i hiÕm. Gi¸ c¶ so s¸nh t−¬ng ®èi : Fe =1 W = 75 lÇn Au = 11.000 lÇn Ni = 17 lÇn Pt = 27.000 lÇn Ag = 290 lÇn Rh = 45.000 lÇn ( R« ®i) 1 . 4 C¬ tÝnh cña kim lo¹i 1. 4.1 §é bÒn 3
Lµ kh¶ n¨ng cña vËt liÖu chÞu t¸c dông cña ngo¹i lùc mµ kh«ng bÞ ph¸ huû. §ã lµ tËp hîp c¸c ®Æc tr−ng c¬ häc ph¶n ¸nh søc chÞu ®ùng t¶i träng c¬ häc tÜnh cña vËt liÖu. Chóng ®−îc x¸c ®Þnh b»ng øng suÊt cña t¶i träng g©y ra. øng suÊt ®−îc ký hiÖu lµ σ; Giíi h¹n bÒn lµ øng suÊt cao nhÊt mµ mÉu chÞu ®ùng ®−îc tr−íc khi ph¸ huû vµ ®−îc ký hiÖu σB . Tuú theo d¹ng lùc t¸c dông mµ ta cã Cã c¸c kh¸i niÖm : ®é bÒn kÐo (σk) ; ®é bÒn uèn (σu) ; ®é bÒn nÐn (σn) ... Giíi h¹n bÒn kÐo ®−îc tÝnh theo c«ng thøc : σB = Pmax/ Fo; T−¬ng tù ta cã thÓ tÝnh giíi h¹n bÒn uèn, giíi h¹n bÒn nÐn. N/mm2; KN/m2; MN/m2. §¬n vÞ tÝnh lµ : 1 KG/mm2 = 9,8 . 106 Pa BiÕn d¹ng ®µn håi lµ biÕn d¹ng mµ khi khö bá lùc t¸c dông nã vÉn trë vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu víi h×nh d¹ng, kÝch th−íc kh«ng bÞ thay ®æi (tøc lµ ch−a x¶y ra biÕn d¹ng dÎo hay l−îng biÕn d¹ng kh«ng ®¸ng kÓ kho¶ng 0,001 - 0,005 % ). Giíi h¹n ch¶y quy −íc lµ σ0,2 - lµ øng suÊt t¹i thêi ®iÓm mµ mÉu bÞ biÕn d¹ng d− lµ 0,2 % so víi chiÒu dµi ban ®Çu. 1. 4. 2 §Æc tr−ng cho tÝnh dÎo cña vËt liÖu : • §é gi¶n dµi t−¬ng ®èi δ = [(l1 - lo) / lo] . 100 % • §é co th¾t mÈu ψk = [(Fo - F1) / Fo] . 100 % Trong ®ã : lo, l1 - ®é dµi cña mÉu thö tr−íc vµ sau khi kÐo (mm) Fo, F1 - DiÖn tÝch tiÕt diÖn cña mÉu tr−íc vµ sau khi kÐo (mm2) 1. 4. 3 §é dai va ®Ëp Lµ c«ng tiªu phÝ ®Ó ph¸ huû mét ®¬n vÞ diÖn tÝch tiÕt diÖn ngang khi cã lùc t¸c dông ®ét ngét víi gia tèc lín. ak = A / F ; KG.m/cm2 hay KJ/m2. F - DiÖn tÝch tiÕt diÖn ngang t¹i vÞ trÝ c¾t r·nh; A - C«ng sinh ra ®Ó ph¸ huû mÈu thö; ( KG.m) S¬ ®å thö mÈu va ®Ëp nh− h×nh 1-1 L1 Lo ho h1 H×nh 1-1 S¬ ®å x¸c ®Þnh ®é dai va ®Ëp A1 = m ho A2 = m h1 l1 = lo.Cosβ Ak = A1 - A2 = m (ho - h1) ho = lo - l1 m - Khèi l−îng con l¾c kg 1. 4. 4 §é cøng : 4
Lµ kh¶ n¨ng chèng l¹i biÕn d¹ng dÎo côc bé cña kim lo¹i vµ hîp kim d−íi t¸c dông cña t¶i träng ngoµi. §é cøng ®Æc tr−ng cho tÝnh chÞu mµi mßn, kh¶ n¨ng gia c«ng c¾t, kh¶ n¨ng mµi bãng cña vËt liÖu. a. §é cøng Brinen ( HB) §Çu ®o lµ mét viªn bi thÐp ®· nhiÖt luyÖn. DiÖn tÝch vÕt lâm cña bÒ mÆt viªn bi t¸c dông lªn bÒ mÆt vËt liÖu ®Æc tr−ng cho ®é cøng cña vËt liÖu. DiÖn tÝch nµy cµng nhá th× vËt liÖu cµng cøng vµ ng−îc l¹i. HB ∼ P/S;(KG/mm2) S - DiÖn tÝch bÒ mÆt chám cÇu (mm2) cã ®−êng kÝnh d (mm); P D d H×nh 1-2 H×nh d¸ng mòi ®©m khi ®o ®é cøng Brinel P - Lùc t¸c dông lªn viªn bi KG; D - §−êng kÝnh viªn bi (mm) ; d ®−êng kÝnh vÕt lâm (mm) §−êng kÝnh viªn bi cã thÓ lµ: D = 10mm; 5mm; 2,5 mm; 2 mm vµ 1 mm §é cøng Brinel ®−îc tÝnh theo c«ng thøc : HB = P/F F - diÖn tÝch mÆt chám cÇu cña vÕt lâm viªn bi khi ®o (mm2) πD 2 πD F= − D −d 2 2 2 2 §é bÒn cña vËt liÖu cã thÓ tÝnh gÇn ®óng theo c«ng thøc [12] σB = a . HB a = 0,33 - 0,36;( HB ≈ 3σB ) §èi víi thÐp : ®ång : a = 0,48 - 0,53; ®ua ra : a = 0,37; P P HB = = πD S .( D − D 2 − d 2 ) 2 §èi víi thÐp vµ gang th× th−êng dïng : P = 3000 KG, D = 10mm §¬n vÞ tÝnh : KG/mm2. b . §é cøng Rokwell (Rèc ven) ( HRA, HRB, HRC) H×nh nãn H×nh 1-3 H×nh d¸ng mòi ®©m khi ®o ®é cøng Roocwell Mòi ®©m ®−îc lµm b»ng kim c−¬ng cã d¹ng h×nh nãn, gãc ë ®Ønh lµ 120o, Khi ®o HRA, HRC b¸n kÝnh r = 0,2 mm, b¸n kÝnh r ≈ 1,588 mm. Khi ®o HRB §é cøng tû lÖ víi chiÒu s©u lón cña mòi ®©m ( 1/h ); Tuú thuéc vµo lùc t¸c dông P ta cã 3 thang ®o ®é cøng øng víi c¸c t¶i träng P nh− sau : 5
HRA: khi P = 60 KG HRB: khi P = 100 KG HRC: khi P = 150 KG c . §é cøng VÝc - Ker (HV) Mòi ®o b»ng kim c−¬ng d¹ng h×nh th¸p cã gãc ë gi÷a 2 mÆt ®èi xøng lµ 136o, ®¸y vu«ng, ®é cøng ®−îc ký hiÖu lµ = P/F = (2 P.Sin α/2)/d2 ≈ 1,8544 (P/d2) HV Trong ®ã P - Lùc t¸c dông lªn mòi ®o (KG) ; d - ChiÒu dµi ®−êng chÐo vÕt lâm (mm) H×nh th¸p H×nh 1-4 H×nh d¸ng mòi ®©m khi ®o ®é cøng Viker Ghi chó: §é cøng HRC - Th−êng dïng ®Ó ®o vËt cøng HB vµ HRB - Th−êng dïng ®Ó ®o vËt mÒm HV - Th−êng dïng ®Ó ®o vËt máng d. §é cøng KNOOP (®o vËt liÖu dßn nh− gèm sø) [2] T606) P P HK = = 14,2. 2 F L B L H×nh 1-4 H×nh d¸ng mòi ®©m khi ®o ®é cøng Knoop 1 . 5 gang vμ c¸c øng dông cña nã 6
S¶n phÈm chñ yÕu cña luyÖn kim ®en lµ gang vµ thÐp . ThÐp chiÕm kho¶ng 90% vµ gang kho¶ng 10%. Trong c¸c lo¹i thÐp cã kho¶ng 90 % thÐp c¸c bon vµ 10 % thÐp hîp kim . Gang Lµ hîp kim cña s¾t víi c¸c bon vµ 1 sè nguyªn tè kh¸c trong ®ã thµnh phÇn c¸c bon : 2,14% < C < 6,67 %. Thùc tÕ trong gang th−êng cã c¸c nguyªn tè kh¸c nh− : Si, Mn, ... P, S lµ c¸c t¹p chÊt . 1.5.1 §Æc ®iÓm chung cña gang • Gang cã tÝnh ®óc tèt ( tÝnh ch¶y lo·ng cao, kh¶ n¨ng ®iÒn ®Çy khu«n tèt); • Gang cã kh¶ n¨ng gi¶m chÊn tèt, chÞu xung nhiÖt tèt, chÞu mµi mßn trong ®iÒu kiÖn kh«ng b«i tr¬n ®Çy ®ñ. • Gi¸ thµnh rÎ h¬n thÐp; v× thÕ gang ®−îc sö dông nhiÒu trong viÖc chÕ t¹o m¸y vµ trong c«ng nghiÖp nãi chung. • Gang cã tÝnh dßn nªn hÇu nh− kh«ng cã kh¶ n¨ng biÕn d¹ng, tÝnh bÒn thÊp . 1.5.2 Ph©n lo¹i gang Dùa vµo tr¹ng th¸i c¸c bon ë trong gang ng−êi ta chia ra: a- Gang tr¾ng C¸c bon ë tr¹ng th¸i liªn kÕt ë d¹ng Fe3C, mÆt g·y cã mµu s¸ng tr¾ng lµ mÇu cña Fe3C. Gang tr¾ng th−êng chøa Ýt Si. Gang tr¾ng cã ®é cøng lín (450 - 650 HB). §Ó t¨ng tÝnh chÞu mµi mßn cã va ®Ëp, tÝnh chÞu nhiÖt, gang tr¾ng ®−îc cho thªm c¸c nguyªn tè hîp kim : Cr, Mo, Ni V× gang tr¾ng khã gia c«ng c¾t gät nªn nã Ýt ®−îc sö dông ®Ó chÕ t¹o c¸c chi tiÕt m¸y, mµ phÇn lín dïng ®Ó luyÖn thÐp, hoÆc dïng nã ®Ó ñ ra gang dÏo dïng trong ®óc c¸c chi tiÕt chÞu mµi mßn nh− bi nghiÒn xi m¨ng, ... b- Gang x¸m PhÇn lín hoÆc toµn bé c¸cbon ë tr¹ng th¸i tù do (grafit d¹ng tÊm); mÆt gÉy cã mµu x¸m (mµu cña grafit). Gang x¸m cã ®é bÒn thÊp, tÝnh dÎo kÐm, nh−ng cã ®é bÒn nÐn tèt, cã kh¶ n¨ng tù b«i tr¬n khi lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn chÞu mµi mßn kh«, cã tÝnh chÞu xung nhiÖt vµ tÝnh gi¶m chÊn tèt, gi¸ thµnh rÎ nªn ®−îc sö dông rÊt réng r·i trong viÖc chÕ t¹o th©n m¸y, bÖ m¸y, c¸c chi tiÕt chÞu lùc kh«ng lín, c¸c chi tiÕt cã tÝnh nghÖ thuËt,... Gang x¸m ®−îc ký hiÖu lµ GX xx - yy víi 2 chØ sè gåm : xx Gi¸ trÞ tèi thiÓu cña ®é bÒn kÐo yy ®é bÒn uèn tèi thiÓu cña gang ( KG / mm2 ). VÝ dô : GX 12-28, GX15-32, GX 18-36, GX 21-40, GX 24-44, GX 28-48, GX 32-52, GX 36-56,... ) Trong thùc tÕ ta hay dïng c¸c ký hiÖu theo tiªu chuÈn cña Liªn x« (ΓOCT : Cч) vµ theo TCVN ®−îc ký hiÖu lµ : GX Trong thùc tÕ do c¸c ®iÒu kiÖn nÊu luyÖn kh¸c nhau cã thÓ cã d¹ng gang x¸m biÕn tr¾ng. Lo¹i gang nµy cã tæ chøc thay ®æi tõ ngoµi vµo trong: líp ngoµi cïng lµ gang tr¾ng, líp trung gian lµ gang hoa r©m ( chøa ledeburÝt vµ grafÝt tù do) vµ líp trong cïng lµ gang x¸m. Gang x¸m biÕn tr¾ng th−êng ®−îc dïng ®Ó ®óc trôc c¸n, b¸nh xe gßng, c¸c chi tiÕt cam, m¸ nghiÒn, ®Çu phun c¸t, ®Çu phun bi, ... 7
σ kÐo σ uèn δ HB [12] trang 217 Theo TCVN KG/mm2 KG/mm2 % GX 12 - 28 12 (120 Mpa)28 143 - 229 GX 15 - 32 15 32 163 - 229 GX 18 - 36 18 36 170 - 229 GX 21 - 40 21 40 170 - 241 GX 24 - 44 24 44 170 - 241 GX 28 - 48 28 48 170 - 241 GX 32 - 52 32 52 187 - 255 GX 35 - 56 35 56 197 - 269 GX 38 - 60 38 60 207 - 269 c . Gang bÒn cao (hay cßn gäi lµ gang cÇu) PhÇn lín hoÆc toµn bé c¸c - bon ë tr¹ng th¸i tù do grafit cã d¹ng h×nh cÇu; hîp kim lµm biÕn tÝnh gang lµ Mg hoÆc Ce (xezy) vµ c¸c nguyªn tè ®Êt hiÕm. : Bч Ký hiÖu theo Liªn x« Ký hiÖu theo ViÖt nam :GC vµ 2 chØ sè giíi h¹n bÒn kÐo vµ ®é d·n dµi t−¬ng ®èi cña gang δ5 (%) . VÝ dô GC 40-10 : cã σK ≥ 400 MPa , δ5 ≥ 10 % σK σ Ch δ HB 2 2 KG/mm KG/mm % GC 45 - 0 45 36 187 - 225 GC 50 - 1,5 50 38 1,5 187 - 255 GC 60 - 2 60 42 2,0 197 - 269 GC 45 - 5 45 33 5,0 170 - 207 GC 40 -10 40 30 10,0 156 - 197 d. Gang dÎo (cßn gäi lµ gang rÌn) §−îc chÕ t¹o tõ gang tr¾ng ( b»ng c¸ch ®em ñ gang tr¾ng, lóc ®ã c¸cbon trong gang tr¾ng sÏ chuyÔn sang d¹ng b«ng ) cã ®é bÒn cao vµ cã tÝnh chÞu mµi mßn tèt, cã tÝnh dÎo t−¬ng ®èi tèt nªn cã thÓ gia c«ng b»ng ¸p lùc. : Kч Ký hiÖu theo Liªn x« Ký hiÖu ViÖt nam: GZ + chØ sè giíi h¹n bÒn tèi thiÓu + ®é d·n dµi t−¬ng ®èi ( %) Do gi¸ thµnh ®¾t nªn gang dÏo th−êng ®−îc dïng ®Ó chÕ t¹o c¸c chi tiÕt nhá, thµnh máng, chÞu va ®Ëp trong c«ng nghiÖp ( guèc h·m xe löa, «t«, m¸y kÐo, m¸y dÖt, m¸y n«ng nghiÖp, ... Thµnh phÇn gang rÌn : C 2,4 - 2,8 Mn ≤ 1 % S ≤ 0,2 % Si 0,8 - 1,4 P ≤ 0,2% C¬ tÝnh cña gang rÌn : σ kÐo KG/mm2 δ% HB GZ 30 - 6 30 6.0 163 GZ 38 - 8 38 8.0 149 GZ 35 - 10 35 10.0 GZ 37 - 12 37 12.0 GZ 45 - 6 45 6 241 8
GZ 50 - 4 50 4 241 GZ 60 - 3 60 3 269 GZ 60 - 2 60 2 e. Gang biÕn tÝnh §−îc chÕ t¹o tõ gang x¸m b»ng c¸ch cho c¸c chÊt biÕn tÝnh vµo nh−: Si, Al, Ca, Fe-Si, Ca-Si,... øng dông gang biÕn tÝnh: ®óc c¸c chi tiÕt cã thµnh máng vµ phøc t¹p. f. Gang giun Lµ gang cã grafÝt d¹ng giun,. §©y lµ d¹ng trung gian gi÷a grafÝt d¹ng tÊm vµ d¹ng cÇu. Lo¹i gang nµy ®−îc chÕ t¹o b»ng c¸ch biÕn tÝnh gang láng b»ng phèi hîp c¸c nguyªn tè cÇu ho¸ grafÝt nh− Mg, Ce vµ c¸c nguyªn tè ®Êt hiÕm víi c¸c nguyªn tè khö cÇu nh− Ti, Al. §Ó chèng khuynh h−íng t¹o xªmentÝt tù do khi kÕt tinh, gang láng ®−îc biÕn tÝnh lÇn 2 b»ng c¸c chÊt grafÝt ho¸ nh− FeSi, CaSi, ... TÝnh chÊt cña gang giun n»m gi÷a gang x¸m vµ gang cÇu, nh−ng c¬ tÝnh gÇn gièng gang cÇu, cßn lý tÝnh vµ tÝnh ®óc th× gÇn gièng gang x¸m. g . C¸c lo¹i gang ®Æc biÖt kh¸c Gang chÞu ¨n mßn Lµ mét lo¹i gang hîp kim cao. C¸c nguyªn tè hîp kim cã thÓ lµ : Si, Cr, Ni . Chóng cã c¸c lo¹i gang sau : Gang silic cao ( Si = 12 - 17 % cã thÓ chÞu ®−îc m«i tr−êng HNO3, H2SO4, H3PO4 . Khi cho thªm Si ≈ 17 %, Mo ≈ 3,5 - 4 % th× gang cã thÓ lµm viÖc ®−îc trong HCl víi mäi nång ®é. Gang Cr«m cao (1,0 - 2,2 % C; 0,5 - 2,5 % Si, 0,3 - 1,0 % Mn, 20 - 26 % Cr ) Cã c¬ tÝnh kh¸ cao, ®é cøng cao nªn khã gia c«ng c¬; lµm viÖc tèt trong HNO3, H3PO4, trong dung dÞch muèi vµ trong chÊt h÷u c¬ kh«ng hoµn nguyªn. Gang ni ken cao (1,8 - 3,0)%C; (1,0 - 2,75)%Si; (0,4 - 1,5)% Mn; 14 - 30% Ni) Cã c¬ tÝnh kh¸, dÔ gia c«ng c¾t gät. Chóng lµm viÖc tèt trong H2SO4, HCl, trong a xÝt cã tÝnh « xy ho¸ yÕu, vµ kiÒm ë ®iÒu kiÖn chÞu ¨n mßn, mµi mßn vµ chÞu nãng. Gang chÞu nhiÖt Trong thµnh phÇn gang cã c¸c nguyªn tè hîp kim : Si, Cr, Al víi mét hµm l−îng x¸c ®Þnh , ®ñ ®Ó t¹o ra trªn bÒ mÆt gang mét líp «xÝd bÒn sÝt chÆt , lµm cho gang kh«ng bÞ « xy ho¸. C¸c lo¹i gang chÞu nhiÖt sau : * Gang hîp kim silic Thµnh phÇn :1,6 - 2,5%C, 4-6% Si, 0,4 - 0,8% Mn ) Cã thÓ lµm viÖc ë nhiÖt ®é 600 oC nÕu lµ gang x¸m; Cã thÓ lµm viÖc ë nhiÖt ®é 950 - 1000 oC nÕu lµ gang cÇu; * Gang Cr«m cao ( 2,4-3,6% C, 12-18% Cr). Lµm viÖc ë ®iÒu kiÖn chÞu mµi mßn vµ chÞu nhiÖt. Gang chøa: (2,5-2,9)%C, (25-29)% Cr lµm viÖc ®−îc ë nhiÖt ®é 900 oC. * Gang c¸c bon thÊp (1-2%C, 25-29%Cr) Lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn ¨n mßn vµ mµi mßn ®Õn nhiÖt ®é 1100 oC. 9
* Gang nh«m cao chøa l−îng nh«m kho¶ng > 7 %Al ( 1,3 -1,7 %C, 1,3-1,6 %Si, 0,4-1,0 %Mn, 18-25 %Al) . Lµm viÖc ®Õn nhiÖt ®é 900 oC. 1.6 ThÐp vμ c¸c øng dông cña nã ThÐp lµ hîp kim cña s¾t víi c¸c bon vµ 1 sè nguyªn tè kh¸c trong ®ã thµnh phÇn c¸c bon : C < 2,14%. Ngoµi ra cßn cã mét sè nguyªn tè kh¸c : Mn, Si,... c¸c t¹p chÊt: S, P, O2, N2, H2 1.6.1 ThÐp c¸c bon th«ng dông (hay cßn cã tªn gäi lµ thÐp c¸c bon chÊt l−îng th−êng). Chóng ®−îc chia thµnh 3 nhãm ( theo TCVN vµ tiªu chuÈn cña Liªn x« ) Nhãm A - §¶m b¶o vÒ c¬ tÝnh cña thÐp; Nhãm B - §¶m b¶o vÒ thµnh phÇn ho¸ häc (cho phÐp hµn) Nhãm C - §¶m b¶o c¬ tÝnh & thµnh phÇn ho¸ häc, dïng cho c¸c kÕt cÊu yªu cÇu vÒ chÊt l−îng cao nh− kÕt cÊu hµn;... Ký hiÖu theo TCVN 1765 - 75 ThÐp c¸c bon : ( ý nghÜa cña ký hiÖu : CT - C c¸c bon, T- thÐp ) 3 nhãm A, B, C Ký hiÖu theo %C %Mn T¹p chÊt TCVN 1675-75 S P TCLX Nhãm A CT31
Nhãm B Cã thªm c¸c ch÷ c¸i B ®Ó chØ nhãm thÐp vµ c¸c ch÷ c¸i sau ®Ó chØ ph−¬ng ph¸p s¶n xuÊt ra lo¹i thÐp ®ã : M: S¶n xuÊt thÐp b»ng lß M¸c-Tanh VÝ dô : MCT0, MCT1, K: Lß chuyÓn , Б: Lß Besme VÝ dô : MCT33, MCT38, KCT34, KCT38 KΠ - ThÐp s«i ( thÐp kh«ng ®−îc khö « xy triÖt ®Ó) ký hiÖu ViÖt nam ( s) ΠC - ThÐp nöa l¾ng, ký hiÖu ViÖt nam (n) «xy ch−a ®−îc khö mét c¸ch triÖt ®Ó. C - ThÐp l¾ng ( l ) «xy ®−îc khö mét c¸ch triÖt ®Ó. ThÐp nhãm C th× cã ch÷ C tr−íc : CCT31, CCT38,... ThÐp c¸c bon cßn ®−îc ph©n lo¹i theo thµnh phÇn c¸c bon : • C¸c bon thÊp %C < 0,25; • C¸c bon trung b×nh %C = 0,26-0,45 % • C¸c bon cao %C > (0,46-0,75%). 1.6.2 ThÐp c¸c bon kÕt cÊu Dïng ®Ó chÕ t¹o c¸c chi tiÕt m¸y. C¸c lo¹i thÐp nµy cã ®é bÒn cao h¬n. Ký hiÖu t−¬ng tù Liªn x«, chØ thªm phÝa tr−íc ch÷ “ C ” ®Ó ph©n biÖt lµ thÐp c¸c bon : C10, C20... C80, C85 M¸c thÐp C Mn Si VN Ký hiÖu theo Liªn x« C10 10 0,07 - 0,13 0,35-0,65 0,17-0,37 C20 20 0,17 - 0,24 0,35-0,65 0,17-0,37 C40 40 0,37 - 0,44 0,50-0,80 0,17-0,37 C45 45 0,20 - 0,49 0,50-0,80 0,17-0,37 C¬ tÝnh cña mét sè thÐp trªn nh− sau : σ KG/mm2 δ (% ) αo (Gãc uèn) M¸c thÐp 10 40 35 70 15 43 32 65 20 47 30 60 40 58 19 45 61 16 1.6.3 ThÐp x©y dùng ( ΓOCT 380-71 ) Dïng ®Ó chÕ t¹o c¸c kÕt cÊu x©y dùng, cÇu, èng dÉn dÇu, dÇm , nåi h¬i, c¸c kÕt cÊu nµy th−êng chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p hµn. Thµnh phÇn : C < 0,22 - 0,25 nguyªn tè hîp kim gåm cã: Mn, Si ... VÝ dô: C¸c lo¹i thÐp th−êng sö dông [12] (trang 401) σb σch δ% C Si Mn CT38 0,2 0,2 0,5 45 25 30 11
CT38 c 0,2 0,1 0,5 45 25 30 CT38 s 0,2 0,05 0,5 45 25 30 17MnSi 0,2 0,5 1,2 55 35 25 ThÐp x©y dùng dïng trong bª t«ng cèt thÐp: thÐp tr¬n, thÐp cã khÝa ( hay thÐp r»n). TCVN 5709 - 93 ThÐp kÕt cÊu trong x©y dùng : XCT34, XCT38, XCT52, ... C¸c ch÷ sè kÌm theo lµ giíi h¹n bÒn kÐo tèi thiÓu ( KG/mm2 ). CT38, CT42 Dïng cho kÕt cÊu kh«ng yªu cÇu cao vÒ lùc; CT51,CT61, Dïng cho kÕt cÊu cã yªu cÇu cao vÒ lùc; cïng víi c¸c thÐp: 25Γ2C (25Mn2Si), 35ΓC (35MnSi), 45 C(45Si), ... [12](trang 403) 1.6.4 ThÐp c¸c bon dông cô Yªu cÇu s¾c, chÞu mµi mßn cã ®é cøng > 60 HRC. øng dông ®Ó chÕ t¹o dông cô c¾t gät, dông cô ®o, khu«n dËp vµ c¸c ®å nghÒ kh¸c ... Thµnh phÇn ho¸ häc : Ký hiÖu theo TCVN vµ ΓOCT Liªn x« Theo VN LX C Mn Cr CD70 Y7 0,65-0,74 0,2 - 0,4
Mn Cã t¸c dông khö «xy, khö FeO ( FeO lµ chÊt cã h¹i) Mn + FeO ----> MnO + Fe Mn t¨ng ®é bÒn cña thÐp Si Cã t¸c dông khö «xy Si + FeO ---> SiO2 + Fe NÕu SiO2 kh«ng tho¸t kÞp vµo xû th× thÐp sÏ ngËm xû lµm ¶nh h−ëng xÊu ®Õn c¬ tÝnh cña thÐp . : %P 0,07 - 0,12 ≈ %P P: Hµm l−îng P trong lß Besme trong gang. Trong lß M¸cTanh : %P 0,02 - 0,04 trong lß baz¬ Trong lß ®iÖn : %P 0,02 % NÕu hµm l−îng P t¨ng sÏ t¨ng sù dßn nguéi cho thÐp; S: Hµm l−îng l−u huúnh S trong lß Besme %S
Φ H Ni P C Pb K Si Mц Mn X Cr Ж Fe ¶nh h−ëng cña mét sè nguyªn tè hîp kim . 1. Cr«m : Cã t¸c dông t¨ng ®é cøng vµ t¨ng ®é bÒn cho thÐp; Cr cã lµm t¨ng tÝnh dÎo chót Ýt nh−ng cã kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cao. 2. Niken t¨ng ®é chÞu ¨n mßn, t¨ng ®é bÒn, ®é dÎo vµ ®é dai va ®Ëp. 3. V«nfram (W) t¹o nªn c¸c bÝt cøng , lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao. 4. M¨ng gan (Mn) t¨ng ®é cøng, ®é chÞu mµi mßn. 5. Silic (>1-1,5% ) sÏ lµm t¨ng ®é bÒn nh−ng tÝnh dÎo gi¶m,... 6. Molip®en (Mo) t¨ng tÝnh chÞu nhiÖt, bÒn nhiÖt, tÝnh ®µn håi 7. Coban t¨ng tÝnh chÞu nhiÖt, tõ tÝnh vµ ®é dai va ®Ëp. §å thÞ biÓu diÔn c¸c ¶nh h−ëng hµm l−îng cña c¸c nguyªn tè hîp kim ®Õn ®é dai va ®Ëp ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh H 1-6 §é dai va ®Ëp Ni 25 Cr 20 Mn 15 10 Mo 5 W Si 0 1 2 3 4 5 6 Thµnh phÇn nguyªn tè hîp kim H×nh 1-6 ¶nh h−ëng cña nguyªn tè hîp kim ®Õn ®é cøng cña hîp kim ferrit [12] trang 350 14
§é dai va ®Ëp Ni 25 Cr 20 Mn 15 10 Mo 5 W Si 0 1 2 3 4 5 6 Thµnh phÇn nguyªn tè hîp kim H×nh 1-7 ¶nh h−ëng cña nguyªn tè hîp kim ®Õn ®é dai va ®Ëp cña ferrit [12] trang 350 1.7.2 Ph©n lo¹i thÐp hîp kim Ph©n lo¹i theo thµnh phÇn hîp kim : • ThÐp hîp kim thÊp cã tæng hµm l−îng c¸c nguyªn tè 10%% Ph©n lo¹i theo thµnh phÇn ho¸ häc: ThÐp mangan, thÐp Ni ken, thÐp cr«m, ; thÐp Ni - Cr;.. Ph©n lo¹i theo c«ng dông: a . ThÐp vßng bi (thÐp æ l¨n) : Yªu cÇu ph¶i cøng vµ chÞu mµi mßn. C Mn Si Cr IIIX6 (LX) 1,05 - 1,15 0,2 - 0,4 0,17 - 0,37 0,4 - 0,7 (TCVN -OL100Cr0,6) IIIX9 1,05 - 1,10 0,2 - 0,4 0,90 - 1,2 (TCVN -OL100Cr0,9) IIIX15 0,95 - 1,05 -/- -/- 1,3 - 1,65 (TCVN -OL100Cr1,5) IIIX15CΓ 0,95 - 1,05 0,9 - 1,2 0,4 - 0,65 1,3 - 1,65 (TCVN -OL100Cr2SiMn) b. ThÐp hîp kim dông cô Cã c¸c lo¹i thÐp lµm dao c¾t, thÐp lµm khu«n dËp, thÐp æ l¨n,... Trong ®ã ng−êi ta cßn chia ra dùa vµo tÝnh t«i cña chóng. ThÐp dông cô cã tÝnh t«i thÊp: Dïng lµm ®ôc s¾t, bµn ren, khu«n ,... X05 1,25 - 1,4 0,2 - 0,4 0,4 - 0,6 15
X06 1,05 - 1,14 0,4 - 0,7 0,4 - 0,6 65XΦ 0,6 - 0,7 0,3 - 0,6 0,45 - 0,7 85XΦ 0,8 - 0,9 0,3 - 0,6 0,45 - 0,7 ThÐp dông cô cã tÝnh t«i cao: Nhãm 1 2 3 XΓ X 62HRC B1 62HRC XBΓ 9XC 62HRC XB5 XΓCBΦ ThÐp giã : Dïng ®Ó chÕ t¹o dao trong gia c«ng c¾t gät. C Cr W V Mo P9 0,85- 0,95 3,5 - 4,4 8,5 - 10 2,0 - 2,6 1,0 Theo TCVN : 90W9Cr3V2 P12 0,80- 0,90 3,4 - 3,6 12,0 - 13 1,5 - 1,9 0,5 Theo TCVN : 85W12Cr3V2Mo P18 0,7 - 0,8 3,8 - 4,4 17,0 - 18,5 1,0 - 1,4 1,0 Theo TCVN : 80W18Cr4VMo 1.8 hîp kim cøng C¸c hîp kim cã thÓ ®−îc chÕ t¹o tõ bét kim lo¹i b»ng ph−¬ng ph¸p nÊu ch¶y th«ng th−êng hoÆc kÕt hîp Ðp bét kim lo¹i víi thµnh phÇn c¸c nguyªn tè kh¸c : C, Al2O3, C¸c bÝt kim lo¹i, Ni trit, borit, ... Hîp kim cøng ®−îc chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p Ðp vµ thiªu kÕt víi ¸p lùc vµ nhiÖt ®é thÝch hîp. Hîp kim cøng cã hai lo¹i : ®Æc vµ xèp ( cã læ rçng). Chóng th−êng ®−îc øng dông ®Ó chÕ t¹o dông cô c¾t gät, vËt liÖu mò ®Ëy, vá bäc, ... NhiÖt ®é lµm viÖc cã thÓ ®¹t 1000 - 2000 oC trong lóc thÐp c¸c bon dông cô, thÐp giã, ... chØ cã thÓ lµm viÖc ®Õn nhiÖt ®é : 700 oC ... Hîp kim cøng cã nhiÒu lo¹i : ) • Hîp kim cøng mét c¸c bÝt WC • Hîp kim cøng 2 c¸c bÝt WC + TiC + Co • Hîp kim cøng 3 c¸c bÝt WC + TiC + TaC + Co B¶ng 1-1 [2,12,16] M¸c hîp kim Thµnh phÇn % σ γ ( g/cm3) Ký hiÖu theo LX vµ K¸c C¸c bÝt C¸cbÝt Co HRA KG/mm2 theo TCVN bÝt W Tantan Titan Coban >= Nhãm WC BK3M (WCCo3) 97 3 110 15-15,3 91,0 16