Giáo trình Hàn thép hợp kim và kim loại màu (Nghề: Công nghệ ô tô - Trung cấp): Phần 1 - Trường CĐ Công nghiệp Hải Phòng

Chia sẻ: Cuchoami2510 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:49

Thêm vào BST

Báo xấu

41
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình được biên soạn theo hướng tích hợp lý thuyết và thực hành, giúp cho người học vận dụng ngay kiến thức lý thuyết đã học vào thực tiễn, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo. Nội dung giáo trình gồm những kiến thức cơ bản về hàn thép hợp kim và kim loại màu và các kỹ thuật cần thiết để thực hiện hàn thép hợp kim và kim loại màu ở các vị trí giáp mối, góc trong không gian bằng phương pháp hàn TIG. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 giáo trình dưới đây.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Hàn thép hợp kim và kim loại màu (Nghề: Công nghệ ô tô - Trung cấp): Phần 1 - Trường CĐ Công nghiệp Hải Phòng

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HẢI PHÒNG GIÁO TRÌNH HÀN THÉP HỢP KIM VÀ KIM LOẠI MÀU NGHỀ: CÔNG NGHỆ Ô TÔ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Hải Phòng, năm 2019
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 1
LỜI NÓI ĐẦU Thực hiện chỉ đạo của Ban Giám hiệu Nhà trường về việc biên soạn, chỉnh sửa chương trình, giáo trình theo Luật Giáo dục nghề nghiệp năm 2014 và Thông tư hướng dẫn thực hiện số: 03/2017/TT-BLĐTBXH. Khoa Cơ khí đã tiến hành biên soạn lại toàn bộ chương trình và giáo trình môn học, mô đun của các nghề Hàn; Cắt gọt kim loại, Nguội sửa chữa máy công cụ và Nguội lắp ráp cơ khí. Giáo trình “Mô đun Hàn thép hợp kim và kim loại màu” được biên soạn nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy và học tập nghề hàn trình độ Cao đẳng hoặc dùng làm nguồn tài liệu tham khảo cho những người làm việc trong lĩnh vực liên quan. Giáo trình được biên soạn theo hướng tích hợp lý thuyết và thực hành, giúp cho người học vận dụng ngay kiến thức lý thuyết đã học vào thực tiễn, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo. Nội dung giáo trình gồm những kiến thức cơ bản về hàn thép hợp kim và kim loại màu và các kỹ thuật cần thiết để thực hiện hàn thép hợp kim và kim loại màu ở các vị trí giáp mối, góc trong không gian bằng phương pháp hàn TIG. Cuối mỗi bài học sẽ có câu hỏi ôn tập lại kiến thức lý thuyết và quy trình hướng dẫn thực hiện một bài thực hành cụ thể tương ứng với các kiến thức đã học. Với cấu trúc của giáo trình như vậy sẽ giúp người học dễ dàng hình thành những kỹ năng hàn thép hợp kim và kim loại màu đáp ứng thực tiễn sản xuất sau khi ra trường. Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình biên soạn, song chắc chắn không thể tránh được những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của bạn đọc để giáo trình xuất bản lần sau được hoàn thiện hơn. Hải Phòng, ngày tháng năm 2019 Tổ bộ môn 2
MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN ..................................................................................... 1 LỜI NÓI ĐẦU ......................................................................................................... 2 MỤC LỤC ................................................................................................................ 3 CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN ................................................................................. 8 BÀI 1. NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN KHI HÀN THÉP HỢP KIM VÀ KIM LOẠI MÀU ..................................................................................................... 9 Mã bài: MĐ28 - 01 .................................................................................................. 9 1. Những kiến thức cơ bản khi hàn thép hợp kim ................................................ 9 1.1. Thực chất, đặc điểm, phân loại thép hợp kim................................................... 9 1.2. Tính hàn của thép hợp kim ............................................................................. 12 1.3. Công nghệ hàn thép hợp kim .......................................................................... 14 1.4. Thép hợp kim cao chống ăn mòn (Thép không gỉ) ......................................... 16 1.5. Các loại độ bóng bề mặt khi gia công thép hợp kim cao chống ăn mòn........ 21 2. Những kiến thức cơ bản khi hàn kim loại màu .............................................. 21 2.1. Nhôm và hợp kim của nhôm ........................................................................... 21 2.2. Đồng và hợp kim của đồng ............................................................................. 24 3. Bài tập................................................................................................................. 28 3.1. Kiến thức ......................................................................................................... 28 3.2. Đánh giá kết quả............................................................................................. 28 BÀI 2. HÀN KIM LOẠI MÀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ................................. 30 HÀN TIG VỊ TRÍ 1G ............................................................................................ 30 Mã bài: MĐ28-02 .................................................................................................. 30 1. Chuẩn bị dụng, thiết bị, vật liệu....................................................................... 30 1.1. Dụng cụ: ......................................................................................................... 30 1.2. Thiết bị hàn ..................................................................................................... 30 1.3. Vật liệu hàn ..................................................................................................... 30 2. Chuẩn bị và gá đính phôi.................................................................................. 32 2.1. Chuẩn bị phôi ................................................................................................. 32 2.2. Gá đính phôi ................................................................................................... 32 3. Chế độ hàn ......................................................................................................... 32 4. Kỹ thuật hàn kim loại màu vị trí hàn 1G ........................................................ 34 4.1. Các phương pháp dao động mỏ hàn............................................................... 34 4.2. Góc nghiêng mỏ hàn và que hàn phụ ............................................................. 34 3
4.3. Kỹ thuật bắt đầu, nối mối hàn và kết thúc mối hàn ........................................ 34 5. Trình tự thực hiện ............................................................................................. 35 6. Các khuyết tật khi hàn kim loại màu bằng phương pháp hàn TIG vị trí 1G ................................................................................................................................. 35 6.1. Mối hàn cháy cạnh ......................................................................................... 35 6.2. Mối hàn bị nứt ................................................................................................ 36 6.3. Mối hàn rỗ khí ................................................................................................ 36 7. An toàn lao động khi hàn 1G............................................................................ 36 8. Bài tập thực hành .............................................................................................. 36 8.1. Kiến thức ......................................................................................................... 36 8.2. Kỹ năng ........................................................................................................... 37 9. Đánh giá kết quả học tập .................................................................................. 38 BÀI 3. HÀN KIM LOẠI MÀU............................................................................. 40 BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN TIG VỊ TRÍ 2F ................................................. 40 Mã bài: MĐ28-03 .................................................................................................. 40 1. Chuẩn bị dụng, thiết bị, vật liệu....................................................................... 40 1.1. Dụng cụ ........................................................................................................... 40 1.2. Thiết bị hàn ..................................................................................................... 40 1.3. Vật liệu hàn ..................................................................................................... 40 2. Chuẩn bị và gá đính phôi.................................................................................. 40 2.1. Chuẩn bị phôi ................................................................................................. 40 2.2. Gá đính phôi ................................................................................................... 41 3. Chế độ hàn ......................................................................................................... 41 4. Kỹ thuật hàn hàn kim loại màu bằng phương pháp hàn TIG vị trí 2F ....... 41 4.1. Góc độ mỏ hàn ................................................................................................ 41 4.2. Các phương pháp dao động mỏ hàn............................................................... 42 4.3. Tiến hành hàn ................................................................................................. 42 5. Trình tự thực hiện ............................................................................................. 42 6. Các khuyết tật khi hàn kim loại màu bằng phương pháp hàn TIG vị trí hàn 2F............................................................................................................................. 43 6.1. Mối hàn không ngấu ....................................................................................... 43 6.2. Mối hàn cháy cạnh, chảy xệ ........................................................................... 43 6.3. Mối hàn bị nứt ................................................................................................ 43 6.4. Mối hàn rỗ khí (lẫn khí) .................................................................................. 43 4
7. An toàn lao động khi hàn kim loại màu vị trí 2F ........................................... 43 8. Bài tập thực hành .............................................................................................. 44 8.1. Kiến thức ......................................................................................................... 44 8.2. Kỹ năng 1: Hàn nhôm và hợp kim nhôm bằng phương pháp hàn TIG .......... 44 8.3. Bài tập ứng dụng 2: Hàn đồng và hợp kim đồng bằng phương pháp hàn TIG ............................................................................................................................... 45 9. Đánh giá kết quả học tập .................................................................................. 47 BÀI 4. HÀN KIM LOẠI MÀU............................................................................. 49 BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN TIG VỊ TRÍ 2G ................................................ 49 Mã bài: MĐ28-04 .................................................................................................. 49 1. Chuẩn bị dụng, thiết bị, vật liệu....................................................................... 49 1.1. Dụng cụ ........................................................................................................... 49 1.2. Thiết bị hàn ..................................................................................................... 49 1.3. Vật liệu hàn ..................................................................................................... 49 2. Chuẩn bị và gá đính phôi.................................................................................. 50 2.1. Chuẩn bị phôi ................................................................................................. 50 2.2. Gá đính phôi ................................................................................................... 50 3. Chế độ hàn ......................................................................................................... 50 4. Kỹ thuật hàn hàn kim loại màu bằng phương pháp hàn TIG vị trí 2G....... 50 4.1. Góc độ mỏ hàn ................................................................................................ 50 4.2. Các phương pháp dao động mỏ hàn............................................................... 51 4.3. Tiến hành hàn ................................................................................................. 51 5. Trình tự thực hiện ............................................................................................. 51 6. Các khuyết tật khi hàn kim loại màu bằng phương pháp hàn TIG vị trí hàn 2G ............................................................................................................................ 52 6.1. Mối hàn cháy cạnh, chảy xệ ........................................................................... 52 6.2. Mối hàn bị nứt ................................................................................................ 52 6.3. Mối hàn rỗ khí (lẫn khí) .................................................................................. 52 7. An toàn lao động khi hàn kim loại màu vị trí 2G........................................... 52 8. Bài tập thực hành .............................................................................................. 53 8.1. Kiến thức ......................................................................................................... 53 8.2. Kỹ năng: Hàn nhôm và hợp kim nhôm bằng phương pháp hàn TIG ............. 53 9. Đánh giá kết quả học tập .................................................................................. 54 BÀI 5. HÀN THÉP HỢP KIM BẰNG ................................................................ 56 5
PHƯƠNG PHÁP HÀN TIG VỊ TRÍ 1G ............................................................. 56 Mã bài: MĐ28-05 .................................................................................................. 56 1. Chuẩn bị dụng, thiết bị, vật liệu....................................................................... 56 1.1. Dụng cụ: ......................................................................................................... 56 1.2. Thiết bị hàn ..................................................................................................... 56 1.3. Vật liệu hàn ..................................................................................................... 56 2. Chuẩn bị và gá đính phôi.................................................................................. 57 3. Chế độ hàn ......................................................................................................... 57 4. Kỹ thuật hàn hàn thép hợp kim bằng phương pháp hàn TIG 1G ............... 57 4.1. Góc độ mỏ hàn ................................................................................................ 57 4.2. Các phương pháp dao động mỏ hàn............................................................... 57 4.3. Tiến hành hàn ................................................................................................. 58 5. Trình tự thực hiện ............................................................................................. 58 6. Các khuyết tật khi hàn thép hợp kim bằng phương pháp hàn TIG vị trí hàn 1G ............................................................................................................................ 59 6.1. Mối hàn cháy cạnh ......................................................................................... 59 6.2. Mối hàn bị nứt ................................................................................................ 59 6.3. Mối hàn rỗ khí ................................................................................................ 59 7. An toàn lao động khi hàn thép hợp kim .......................................................... 59 8. Bài tập thực hành .............................................................................................. 60 8.1. Kiến thức ......................................................................................................... 60 8.2. Kỹ năng: Hàn thép hợp kim bằng phương pháp hàn TIG .............................. 60 9. Đánh giá kết quả học tập .................................................................................. 62 BÀI 6. HÀN THÉP HỢP KIM BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÀN TIG VỊ TRÍ 2F ................................................................................................................................. 63 Mã bài: MĐ28 - 06 ................................................................................................ 63 1. Chuẩn bị dụng, thiết bị, vật liệu....................................................................... 63 1.1. Dụng cụ ........................................................................................................... 63 1.2. Thiết bị hàn ..................................................................................................... 63 1.3. Vật liệu hàn ..................................................................................................... 63 2. Chuẩn bị và gá đính phôi.................................................................................. 63 3. Chế độ hàn ......................................................................................................... 64 4. Kỹ thuật hàn hàn vị trí 2F ................................................................................ 64 4.1. Góc độ mỏ hàn ................................................................................................ 64 6
4.2. Các phương pháp dao động mỏ hàn............................................................... 64 4.3. Tiến hành hàn ................................................................................................. 65 5. Trình tự thực hiện ............................................................................................. 65 6. Các khuyết tật khi hàn thép hợp kim vị trí hàn 2F ....................................... 65 6.1. Mối hàn không ngấu ....................................................................................... 65 6.2. Mối hàn cháy cạnh ......................................................................................... 66 6.3. Mối hàn bị nứt ................................................................................................ 66 6.4. Mối hàn rỗ khí (lẫn khí) .................................................................................. 66 7. An toàn lao động khi hàn thép hợp kim vị trí 2F ........................................... 66 8. Bài tập thực hành .............................................................................................. 67 8.1. Kiến thức ......................................................................................................... 67 8.2. Kỹ năng 1: Hàn thép không gỉ SUS 304 hoặc SUS 201 bằng phương pháp hàn TIG vị trí 2F .................................................................................................... 67 9. Đánh giá kết quả học tập .................................................................................. 68 CÂU HỎI ÔNG TẬP ............................................................................................ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 71 7
CHƯƠNG TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Hàn thép hợp kim và kim loại màu Mã số mô đun: MĐ 23 Thời gian thực hiện mô đun: 92 giờ ( Lý thuyết: 15 giờ; Thực hành: 70 giờ, kiểm tra: 7 giờ)  Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò mô đun/môn học: • Vị trí: Mô đun này được bố trí sau khi học xong hoặc học song song với các môn đun MĐ13- MĐ27 • Tính chất: Là mô đun chuyên ngành tự chọn • Ý nghĩa và vai trò của môn học/mô đun: Mô đun hàn thép hợp kim và kim loại màu là một trong những mô đun quan trọng thể hiện sự phát triển về công nghệ nhằm đào tạo ra nguồn nhân lực có khả năng hàn được các mối hàn chất lượng cao khi hàn thép hợp kim và kim loại màu trong thực tế sản xuất.  Mục tiêu mô đun: - Kiến thức: + Trình bày được những kiến thức cơ bản khi hàn thép hợp kim và kim loại màu; + Trình bày được kỹ thuật hàn thép hợp kim và kim loại màu bằng phương pháp hàn TIG; + Nêu được các dạng khuyết tật khi hàn thép hợp kim và kim loại màu, trình bày được nguyên nhân và cách khắc phục; - Kỹ năng: + Chuẩn bị được đầy đủ dụng cụ, thiết bị, vật liệu hàn; + Chuẩn bị và gá đính được phôi hàn thép hợp kim và kim loại màu đúng kích thước, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật; + Chọn được chế độ hàn phù hợp với chiều dày, tính chất vật liệu; + Hàn được các mối hàn thép hợp kim và kim loại màu bằng phương pháp hàn TIG đảm bảo yêu cầu kỹ thuật; + Kiểm tra đánh giá đúng chất lượng mối hàn; + Thực hiện tốt công tác an toàn lao động và làm sạch phân xưởng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Thực hiện bài tập đúng thời gian, đúng trình tự theo chỉ dẫn; + Có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, có tinh thần tránh nhiệm với công việc; + Thực hiện tốt công tác an toàn và làm sạch phân xưởng; + Cẩn thận, tỷ mỉ, chính xác, tiết kiệm nguyên vật liệu. 8
BÀI 1. NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN KHI HÀN THÉP HỢP KIM VÀ KIM LOẠI MÀU Mã bài: MĐ28 - 01 Giới thiệu: Hiện nay trong thực tế sản xuất, thép hợp kim và kim loại màu ngày càng được sử dụng phổ biến. Vì vậy, để người học có đầy đủ kiến thức cần thiết về vật liệu, tính hàn và công nghệ hàn thép hợp kim và kim loại màu. Bài 1 sẽ cung cấp kiến thức cập nhập mới nhất về thép hợp kim và kim loại màu giúp người học có cở sở nghiên cứu và rèn luyện kỹ năng hàn được hiệu quả hơn đáp ứng nhu cầu sản xuất trong thực tế. Mục tiêu của bài: • Trình bày được thực chất, đặc điểm và phạm vi ứng dụng hàn thép hợp kim và kim loại màu; • Nêu và giải thích được các loại vật liệu hàn (Thép hợp kim và kim loại màu); • Nêu được các thông số chế độ hàn khi hàn thép hợp kim và kim loại màu; • Trình bày được các biện pháp công nghệ cần thiết khi hàn thép hợp kim và kim loại màu; • Vận dụng được các kiến thức cơ bản khi hàn thép hợp kim và kim loại màu vào thực tế phân loại và lựa chọn vật liệu hàn; • Có ý thức tự giác, có tính kỷ luật cao, có tránh nhiệm với công việc. Nội dung chính: 1. Những kiến thức cơ bản khi hàn thép hợp kim 1.1. Thực chất, đặc điểm, phân loại thép hợp kim 1.1.1. Thực chất Thép hợp kim là loại thép chứa trong nó một lượng thành phần các nguyên tố hợp kim thích hợp. Người ta cố ý đưa vào các nguyên tố đặc biệt với một lượng nhất định để làm thay đổi tổ chức và tính chất của thép. Các nguyên tố đặc biệt được gọi là nguyên tố hợp kim: Cr, Ni, Mn, Si, W, V, Co, Mo, Ti, Cu. 1.1.2. Đặc điểm Thép hợp kim nói chung có những ưu điểm vượt trội so với thép cacbon như: • Về cơ tính: Thép hợp kim nói chung có độ bền có độ bền cao hơn hẳn so với thép cacbon. Điều này thể hiện đặc biệt rõ ràng sau khi nhiệt luyện tôi và ram. • Về tính chịu nhiệt độ cao: Thép hợp kim giữ được cơ tính cao của trạng thái tôi ở nhiệt độ cao hơn 2000C. Muốn đạt được điều này thì thép phải được hợp kim hóa bởi một số nguyên tố với hàm lượng tương đối cao. • Các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt như từ tính, tính giãn nở nhiệt, tính chống ăn mòn… 9
• So với các loại thép đã biết: Cần sử dụng các biện pháp công nghệ đặc biệt khi hàn. Lý do: Nồng độ cacbon và các nguyên tố hợp kim lớn hơn nhiều, vùng ảnh hưởng nhiệt rất nhạy cảm với chu trình nhiệt hàn. Để giảm tốc độ nguội của vùng ảnh hưởng nhiệt, cần sử dụng các biện pháp công nghệ đặc biệt khi hàn. 1.1.3. Phân loại thép hợp kim a. Phân loại theo nồng độ hợp kim trong thép • Thép hợp kim thấp: Có tổng lượng các nguyên tố hợp kim đưa vào < 2,5%; • Thép hợp kim trung bình: Có tổng lượng các nguyên tố hợp kim đưa vào từ 2,5 ÷ 10%; • Thép hợp kim cao: Có tổng lượng các nguyên tố hợp kim đưa vào > 10%. b. Phân loại theo nguyên tố hợp kim Cách phân loại này dựa vào tên của các nguyên tố hợp kim chính của thép. Ví dụ như thép có chứa crôm gọi là thép crôm, thép mangan, thép niken … c. Phân loại theo công dụng • Thép hợp kim kết cấu: Là loại thép trên cơ sở thép kết cấu cho thêm vào các nguyên tố hợp kim. Loại này có hàm lượng cacbon khoảng 0,1÷0,85% và lượng phần trăm của nguyên tố hợp kim thấp. Loại thép này được dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng cao, cần độ cứng, độ chịu mài mòn, hoặc cần tính đàn hồi cao. Theo TCVN thì thép hợp kim được ký hiệu như sau: Số đầu tiên chỉ hàm lượng C theo phần vạn, sau đó là ký hiệu hóa học của các nguyên tố hợp kim, ngay sau mỗi ký hiệu hóa học của các nguyên tố hợp kim là hàm lượng % của từng nguyên tố. Trường hợp hàm lượng % của các nguyên tố hợp kim gần bằng 1% thì không cần ghi thêm chỉ số. Chữ A (nếu có) nằm ở cuối ký hiệu để chỉ thép hợp kim loại tốt. Ngày nay trên thế giới đều có các nhóm thép hợp kim thấp với độ bền cao (so với thép cacbon). Thép này được hợp kim hóa với lượng hợp kim thấp và được gọi theo chữ viết tắt là SVLA (Hight Strength Low Alloy Steel). Nó được dùng nhiều trong các ngành công nghiệp. Đặc điểm chung của loại thép hợp kim này là có độ bền cao, có tính chống ăn mòn tốt, tính hàn tốt và giá thành rẻ. + Mỹ (AISI/ SAE): Ký hiệu bằng 4 số xxxx, trong đó 2 số đầu chỉ nguyên tố hợp kim chính, 2 số cuối chỉ hàm lượng cacbon theo phần vạn như bảng sau: Bảng 1.1. Ký hiệu thép hợp kim kết cấu theo chuẩn AISI/SAE Tên gọi Ký hiệu Tên gọi Ký hiệu Thép cacbon 10xx Thép niken-crôm- 43xx, 43BVxx, 47xx, 81xx, môlipđen (11 loại) 86xx, 87xx, 88xx, 93xx, 94xx, 97xx, 98xx Thép dễ cắt (2 loại) 11xx, Thép niken-môlipđen 46xx, 48xx 10
12xx (2 loại) Thép mangan (1 - 13xx Thép crôm (2 loại) 50xx, 51xx 1,765%) Thép cacbon có hàm 15xx Thép crôm với 0,5- 501xx, 511xx, 521xx lượng Mn cao (1,75%) 1,5%C (3 loại) Thép niken (2 loại) 23xx, Thép vonfram-crôm 72xx 25xx Thép niken-crôm (4 loại) 31xx, Thép silic-mangan 92xx 32xx, 33xx, 34xx Thép môlipđen (2 loại) 40xx, Thép bo xxBxx 44xx Thép crôm-môlipđen 41xx Thép crôm-vanađi 61xx Ví dụ: Mác 5140 là thép crôm có 0,4%C tương ứng với mác 40Cr của Việt Nam. + Nhật (JIS): Ký hiệu bắt đầu bằng chữ S, tiếp theo là các chữ cái biểu thị loại thép hợp kim và cuối cùng là ba số xxx (trong đó hai số cuối chỉ phần vạn cacbon trung bình). Ví dụ: SCr440 là thép crôm có 0,4%C tương đương với mác 40Cr của Việt Nam. • Thép hợp kim dụng cụ: Là thép có độ cứng cao sau khi nhiệt luyện, độ chịu nhiệt và độ chịu mài mòn cao. Hàm lượng cacbon trong hợp kim dụng cụ từ 0,7÷ 1,4%, các nguyên tố hợp kim cho vào là Cr, W, Si, Mn. Thép hợp kim dụng cụ có tính nhiệt luyện tốt. Sau khi nhiệt luyện có độ cứng đạt 60 ÷ 62 HRC. Những mác thép thường gặp là 90CrSi, 100CrWMn, 100Cr12 và OL100Cr1,5 (thép ổ lăn). Thép hợp kim dụng cụ dùng làm các dụng cụ cắt gọt, khuôn dập nguội hoặc nóng. Ký hiệu theo tiêu chuẩn của các nước: + Nga (ГOCT): Tương tự như TCVN. + Mỹ (AISI): Ký hiệu một chữ cái chỉ nhóm thép và số thứ tự như sau: Bảng 1.2. Kí hiệu các loại thép hợp kim Kí hiệu Loại thép M Thép gió molipden T Thép gió vonfram (Tungsten) H Thép làm khuôn dập nóng (Hot word) A Thép làm khuôn dập nguội hợp kim trung bình tự tôi, tôi trong không khí D Thép làm khuôn dập nguội, crom và các bon cao O Thép làm khuôn dập nguội tôi dầu (oil – hardening) S Thép làm dụng cụ chịu va đập (Shock – resisting) L Thép dụng cụ có công dụng riêng hợp kim thấp (low – alloy) P Thép làm khuôn ép nhựa có các bon thấp W Thép dụng cụ các bon tôi trong nước (Water – hardening) Ví dụ: D3 là thép hợp kim dụng cụ làm khuôn dập nguội có hàm lượng crôm và cacbon cao, tương đương với mác 210Cr12 của Việt Nam. 11
+ Nhật (JIS): Ký hiệu SKSx, SKDx, SKTx trong đó x là số thứ tự. Ví dụ: SKD1 là thép hợp kim dụng cụ tương đương với mác 210Cr12 của Việt Nam. • Thép gió: Là một dạng thép hợp kim đặc biệt để làm dụng cụ cắt gọt và các chi tiết máy có yêu cầu cao. Trong tổ chức của thép gió có các nguyên tố sắt, cacbon, crom, vonfram, coban, vanadi. Thép gió có độ cứng cao, bền, chịu mài mòn và chịu nhiệt đến 6500C. Trong thép gió có hàm lượng các nguyên tố hợp kim như sau: 8,5 - 19% W, 0,7 - 1,4% C, 3,8 - 4,4% Cr, 1 - 2,6% V và một lượng nhỏ Mo hay Co. Những mác thép gió thường dùng theo TCVN có 90W9V2, 75W18V, 140W9V5, 90W18V2. Ký hiệu theo tiêu chuẩn của các nước: + Nga (ГOCT): tương tự như TCVN. + Mỹ (AISI): Ký hiệu một chữ cái M (thép gió môlipđen) hoặc T (thép gió vonfram) và số thứ tự theo sau. Ví dụ: T1 là thép gió vonfram tương đương với mác 80W18Cr4V của Việt Nam. + Nhật (JIS): Ký hiệu SKHx, trong đó x là số thứ tự. Ví dụ: SKH2 là thép gió vonfram tương đương với mác 80W18Cr4V của Việt Nam. • Thép hợp kim cao chống ăn mòn (Thép không gỉ): Là loại thép có khả năng chống ăn mòn tốt. Trong thép không gỉ, hàm lượng Crom khá cao (>12%). Theo tổ chức tế vi, thép không gỉ được chia thành bốn loại là austenit, ferit, austenit-ferit, martensit. Tùy theo mức độ chống gỉ mà chúng được sử dụng trong các môi trường khác nhau như nước biển, hóa chất. Một số mác thép không gỉ ký hiệu theo TCVN 12Cr13, 20Cr13, 30Cr13, 12Cr18Ni9. Ký hiệu theo tiêu chuẩn của các nước: + Nga (ГOCT): tương tự như TCVN. + Mỹ (AISI): ký hiệu gồm 3 số xxx, trong đó 2xx và 3xx là thép austenit, 4xx là thép ferit, 4xx và 5xx là thép martensit. + Ví dụ: 304 là thép không gỉ tương đương với mác 8Cr18Ni10 của Việt Nam. + Nhật (JIS): ký hiệu SUSxxx, trong đó xxx lấy theo AISI. 1.2. Tính hàn của thép hợp kim 1.2.1. Đặc điểm Từ thành phần hoá học của thép mà cấu trúc và tính chất lý học của nó sẽ thay đổi theo sự ảnh hưởng của quá trình đốt nóng và làm nguội sau khi hàn, trong thép những nguyên tố gây ảnh hưởng và có tính chất quyết định đến tính hàn của nó là 12
cacbon và các nguyên tố hợp kim. Vì vậy, để xác định tính hàn của thép người ta phải tính lượng các bon tương đương. Tức là lấy sự ảnh hưởng của các bon đến tính hàn của thép làm đơn vị và quy sự ảnh hưởng của các nguyên tố khác dẫn đến tính hàn của thép theo đơn vị các bon: Ctđ = C + Mn  Cr  Mo  V  Ni  Cu 6 3 15 1.2.2. Phân loại tính hàn Dựa vào công thức trên qua quá trình thực hiện, người ta đã phân được tính hàn của thép ra 4 nhóm như sau: • Nhóm có tính hàn tốt: Là những thép mà có hàm lượng các bon tương đương nhỏ hơn hoặc bằng 0,25 ( Ctđ  0,25). Những loại thép này cho chúng ta được chất lượng mối hàn tốt bằng các phương pháp hàn thông thường, ở điều kiện môi trường khác nhau mà không cần phải nung nóng sơ bộ hoặc nhiệt luyện trước và sau khi hàn. • Nhóm có tính hàn trung bình: Là những thép có hàm lượng Ctđ = ( 0,25÷0,35) . Những loại thép này cho chúng ta được mối hàn không bị nứt trong những điều kiện sản xuất bình thường nhiệt độ môi trường lớn hơn 0oC, không có gió thổi. Những loại thép này đôi khi cần phải nung nóng sơ bộ nhất là khi nhiệt độ môi trường dưới 00C • Nhóm có tính hàn hạn chế: Là những loại thép có hàm lượng các bon tương đương Ctđ = (0,35 ÷ 0,45). Những loại thép này khi hàn ở nhiệt độ bình thường mối hàn dễ bị nứt, vì vậy khi hàn những loại thép này cần phải nung nóng sơ bộ hoặc áp dụng các phương pháp nhiệt luyện trước và sau khi hàn. • Nhóm có tính hàn xấu: Là những loại thép có hàm lượng Ctđ > 0,45. Hầu hết những loại thép này khi hàn ở nhiệt độ bình thường mối hàn đều có vết nứt. Vì vậy nó phải có chế độ nhiệt luyện phù hợp trước và trong khi hàn. Dựa vào hàm lượng các bon tương đương mà quy định nhiệt độ nung nóng sơ bộ vật hàn. Được chọn theo bảng sau: Bảng 1.3. Nhiệt độ nung nóng sơ bộ thép với hàm lượng các bon tương đương Ctđ 0.58 0.6 0.62 0.75 0.85 toC 100 125 150 175 200 * Nung nóng sơ bộ trước và làm nguội chậm sau khi hàn nhằm mục đích tránh xảy ra vết nứt nguội. • Phân loại: + AISI: Thép hợp kim thấp ≤ 8 % nguyên tố hợp kim; 13
+ LB Nga: Thép hợp kim thấp 4÷5 %; thép hợp kim trung bình 8÷9 % nguyên tố hợp kim. 1.3. Công nghệ hàn thép hợp kim • Biện pháp công nghệ đặc biệt nhằm khống chế tốc độ nguội của kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt và của cả kim loại mối hàn. • Không cần nhiệt luyện bổ xung sau khi hàn, trừ khi thật cần thiết ram khử ứng suất dư. 1.3.1. Thép hợp kim thấp a. Đặc điểm của thép hợp kim thấp Với mỗi loại thép hợp kim thấp, có một dải tốc độ nguội tối ưu ∆ wopt (từ w1 đến w2), trong đó không xuất hiện nứt vùng ảnh hưởng nhiệt và cơ tính được coi là đạt yêu cầu. • Giá trị ∆wopt thường được áp dụng cho 500 ÷ 6000C (Vùng ít ổn định nhất của austenit). + Khi w > w2: Vùng ảnh hưởng nhiệt bị tôi mạnh, tính dẻo giảm. + Khi w < w1: xảy ra hiện tượng tăng kích thước hạt vùng ảnh hưởng nhiệt, tính dẻo và độ dai va đập của nó bị suy giảm. Biện pháp thường dùng nhất để bảo đảm ∆wopt là nung nóng sơ bộ. b. Công nghệ hàn Biện pháp công nghệ đặc biệt nhằm khống chế tốc độ nguội của kim loại vùng ảnh hưởng nhiệt và của cả kim loại mối hàn. • Nung nóng sơ bộ (Gia nhiệt trước khi hàn): + Giảm co ngót đúc của kim loại mối hàn (giống tác dụng của ủ ) nên giảm được ứng suất do quá trình hàn gây nên. + Tăng độ dẻo trong vùng ảnh hưởng nhiệt của mối hàn (Cũng giống như ủ: Khử được lớp biến cứng của kim loại và tăng độ dẻo cao) sẽ chống nứt. + Tăng cường sự thoát khí H2 từ kim loại mối hàn làm giảm khả năng rỗ khí H2 và nứt chân mối hàn. + Mối hàn được hình thành dễ dàng, làm chậm thời gian nguội, xỉ hàn dễ dàng nổi lên trên bề mặt mối hàn tránh được khuyết tật ngậm xỉ, nứt… + Giảm được cường độ dòng hàn trong quá trình hàn mà vẫn đảm bảo được độ ngấu của mối hàn hay giữa các đường hàn, lớp hàn với nhau. + Tác dụng khử được độ ẩm ướt, dầu mỡ của chi tiết hàn có tác dụng xấu đến chất lượng mối hàn. Gia nhiệt trước khi hàn: Là biện pháp hữu hiệu để bảo vệ cho kim loại nền khỏi nứt, nó không làm thay đổi tính chất của kim loại, vừa có tác dụng khử độ ẩm, tránh được ứng suất dư sinh ra trong quá trình hàn, làm chậm thời gian nguội để tránh được vết nứt, lỗ khí, ngậm xỉ… 14
• Nhiệt luyện sau khi hàn (PWHT). Trong các phương pháp nhiệt luyện được thực hiện sau khi hàn thì nhiệt luyện khử ứng suất dư là rất quan trọng. Nhiệt luyện làm giảm ứng suất thường gọi là SR (Khử ứng suất) hoặc PWHT nhiệt luyện sau khi hàn. • Các quy định cho nhiệt luyện sau khi hàn (Khi hàn hai vật liệu khác nhau về nhóm ( P- No ) việc xử lý nhiệt sau khi hàn sẽ được xác định theo yêu cầu về nhiệt luyện vật liệu cao hơn. Yêu cầu về nhiệt luyện phụ thuộc vào: + Nhóm vật liệu; + Chiều dày chi tiết; + Theo các tiêu chuẩn khác nhau cũng có yêu cầu khác nhau; + Khi nhiệt luyện cần phải kiềm soát:  Tốc độ nung nóng;  Nhiệt độ nung nóng lưu giữ;  Thời gian giữ nhiệt;  Tốc độ làm nguội. • Các thiết bị nhiệt luyện: Hình 1.1. Máy gia Hình 1.2. Bộ gia Hình 1.3. Bảo ôn Hình 1.4.Tấm gia nhiệt nhiệt điện hồng cách nhiệt nhiệt ngoại • Các bước nhiệt luyện sau khi hàn: Bước 1: Tất cả các điểm dầu mỡ, các chất bẩn hoặc han gỉ phải được làm sạch trước khi xử lý nhiệt. Xử lý nhiệt sau khi hàn được thực hiện sau khi sửa chữa các khuyết tật mối hàn (có thể kiểm tra mối hàn bằng các phương pháp không phá huỷ) và trước khi thử thuỷ tĩnh. Bước 2: Tiến hành sử dụng thiết bị hàn cặp nhiệt để hàn dây cặp nhiệt tiếp xúc với bề mặt phôi hàn bằng cách phóng điện. Bước 3: Chọn các tấm lưỡng nhiệt (bằng gốm FCP – Alumina ). Trong thực tế để đảm bào an toàn: Các thiết bị gia nhiệt có lượng tiêu hao điện áp thấp: 30V, 40V, 60V và 80V. Nguồn điện áp vào thiết bị; máy gia nhiệt 220÷240 vôn. 15
Hình 1.5. Tấm gốm gia nhiệt Bước 4: Bọc tấm bảo ôn cách nhiệt – Nối các đầu phân phối bộ gia nhiệt. Hình 1.6. Bọc tấm bảo ôn trước khi hàn Bước 5: Lập trình chế độ nhiệt luyện: Căn cứ vào các yếu tố sau + Nhóm vật liệu; + Chiều dày chi tiết; + Theo tiêu chuẩn; + Nhiệt độ ban đầu; + Thời gian nung; + Thời gian Ủ; + Thời gian làm nguội. 1.4. Thép hợp kim cao chống ăn mòn (Thép không gỉ) 1.4.1. Thực chất Trong ngành luyện kim, thuật ngữ thép hợp kim cao chống ăn mòn được dùng để chỉ một dạng hợp kim sắt chứa khoảng 10.5% Crom (Cr). Tên gọi là "Thép hợp kim cao chống ăn mòn" nhưng thật ra nó chỉ là hợp kim thép không bị biến màu hay bị ăn mòn dễ dàng như là các loại thép thông thường khác. Vật liệu này cũng có thể gọi là thép chống ăn mòn. 1.4.2. Đặc điểm thép hợp kim cao chống ăn mòn • Tốc độ hóa bền rèn cao; • Độ dẻo cao hơn; • Độ cứng và độ bền cao hơn; • Độ bền nóng cao hơn; 16
• Chống chịu ăn mòn cao hơn; • Độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp tốt hơn; • Phản ứng từ kém hơn (chỉ với thép austenit); • Các cơ tính đó thực ra đúng cho họ thép austenit và có thể thay đổi khá nhiều đối với các mác thép và họ thép khác. • Các cơ tính đó liên quan đến các lĩnh vực ứng dụng thép hợp kim cao chống ăn mòn, nhưng cũng chịu ảnh hưởng của thiết bị và phương pháp chế tạo. Bảng 1.4. So sánh tính chất của họ thép hợp kim cao chống ăn mòn Nhóm hợp kim Từ tính (1) Tốc độ hoá bền rèn Chịu ăn mòn (2) Khả năng hoá bền Austenit Không Rất cao Cao Rèn nguội Duplex Có Trung bình Rất cao Không Ferrit Có Trung bình Trung bình Không Martensit Có Trung bình Trung bình Tôi và Ram Hoá bền tiết pha Có Trung bình Trung bình Hoá già (1) Sức hút của nam châm đối với thép. Chú ý: một số mác thép bị nam châm hút khi đã qua rèn nguội. (2) Biến động đáng kể giữa các mác thép trong mỗi nhóm. Ví dụ: các mác không gia nhiệt được có tính chịu ăn mòn thấp hơn và khi có Mo cao hơn sẽ có tính kháng cao hơn. Bảng 1.5. So sánh cơ tính của họ thép hợp kim cao chống ăn mòn Nhóm hợp kim Tính dẻo Làm việc ở Làm việc ở nhiệt Tính hàn nhiệt độ cao độ thấp (3) Austenit Rất cao Rất cao Rât tốt Rất cao Duplex Trung bình Thấp Trung bình Cao Ferrit Trung bình Cao Thấp Thấp Martensit Thấp Thấp Thấp Thấp Hoá bền tiết pha Trung bình Thấp Thấp Cao (3) Đo bằng độ dẻo dai hoặc độ dẻo ở gần 0°C. Thép hợp kim cao chống ăn mòn Austenit giữ được độ dẻo ở nhiệt độ thấp. • Tác dụng của Crom: Khả năng chống lại sự oxi hoá từ không khí xung quanh ở nhiệt độ thông thường của thép hợp kim cao chống ăn mòn có được nhờ vào tỷ lệ Crom có trong hợp kim (nhỏ nhất là 10,5% và có thể lên đến 26% trong trường hợp làm việc trong môi trường làm việc khắc nghiệt). Trạng thái bị oxi hoá của Crom thường là Crom III oxit. Khi Crom trong hợp kim thép tiếp xúc với không khí thì một lớp Crom III oxit rất mỏng xuất hiện trên bề mặt vật liệu. Lớp này mỏng đến mức không thể thấy bằng mắt thường, có nghĩa là bề mặt kim loại vẫn sáng bóng. Tuy nhiên, chúng lại hoàn toàn không tác dụng với nước và không khí 17
nên bảo vệ được lớp thép bên dưới. Hiện tượng này gọi là sự oxi hoá chống gỉ bằng kỹ thuật vật liệu. Khi những vật thể làm bằng thép hợp kim cao chống ăn mòn được liên kết lại với nhau với lực tác dụng như bu-lông và đinh tán thì lớp oxit của chúng có thể bị bay mất ngay tại các vị trí mà chúng liên kết với nhau. Khi tháo rời chúng ra thì có thể thấy các vị trí đó bị ăn mòn. • Bên cạnh Crom, Nickel cũng như Molybđen và Nitrogen cũng có tính năng oxi hoá chống gỉ tương tự. Nickel (Ni) là thành phần thông dụng để tăng cường độ mềm dẻo, dễ uốn, tính tạo hình của thép hợp kim cao chống ăn mòn. Molybđen (Mo) làm cho thép hợp kim cao chống ăn mòn có khả năng chịu ăn mòn cao trong môi trường acid. Nitrogen (N) tạo ra sự ổn định cho thép hợp kim cao chống ăn mòn ở nhiệt độ âm (môi trường lạnh). Sự tham gia khác nhau của các thành phần Crom, Nickel, Molypđen, Nitrogen dẫn đến các cấu trúc tinh thể khác nhau tạo ra tính chất cơ lý khác nhau của thép hợp kim cao chống ăn mòn. Thép hợp kim cao chống ăn mòn có khả năng chống sự oxi hoá và ăn mòn rất cao, tuy nhiên sự lựa chọn đúng chủng loại và các thông số kỹ thuật của chúng để phù hợp vào từng trường hợp cụ thể là rất quan trọng. 1.4.3. Phân loại thép thép hợp kim cao chống ăn mòn Có bốn loại thép hợp kim cao chống ăn mòn chính: Austenitic - Ferritic - Austenitic Ferritic (Duplex) - Martensitic • Thép Austenitic Là loại thép hợp kim cao chống ăn mòn thông dụng nhất. Thuộc dòng này có thể kể ra các mác thép SUS 301, 304, 304L, 316, 316L, 321, 310s… Loại này có chứa tối thiểu 7% nickel, 16% Crom, Các bon 0.08% max. Thành phần như vậy tạo ra cho loại thép này có khả năng chịu ăn mòn cao trong phạm vi nhiệt độ khá rộng, không bị nhiễm từ, mềm dẻo, dễ uốn, dễ hàn. Loai thép này được sử dụng nhiều để làm đồ gia dụng, bình chứa, ống công nghiệp, tàu thuyền công nghiệp, vỏ ngoài kiến trúc, các công trình xây dựng khác. Hệ Austenite (SUS 304, SUS316, SUS301) thì gọi là hệ phi từ tính. Ở VN danh từ Inox thường dùng để chỉ cho thép hợp kim cao chống ăn mòn SUS304. Loại này bình thường nam châm không hút được. Tuy nhiên SUS304 hoặc SUS 301 nếu gia công với áp lực lớn ở nhiệt độ thường để định hình (Ví dụ như dập định hình làm bồn rửa chén chẳng hạn) thì một bộ phận tổ chức vật liệu biến đổi sang dạng Martensite, khi đó sẽ xuất hiện hiện tượng nhiễm từ (từ hóa). Hiện tượng này không xuất hiện ở vật liệu SUS316. Trong một số sản phẩm như dụng cụ y tế đòi hỏi không được để xảy ra hiện tượng từ hóa trên dụng cụ thì sau khi gia công xong phải xử lý nhiệt ở nhiệt độ 770 0C để làm mất từ tính. • Thép Ferritic 18
Là loại thép hợp kim cao chống ăn mòn có tính chất cơ lý tương tự thép mềm, nhưng có khả năng chịu ăn mòn cao hơn thép mềm (thép đen). Thuộc dòng này có thể kể ra các mác thép SUS 430, 410, 409,… Loại này có chứa khoảng 12% - 17% Crom. Loại có chứa khoảng 12% Crom thường được ứng dụng nhiều trong kiến trúc. Loại có chứa khoảng 17% Crom được sử dụng để làm đồ gia dụng, nồi hơi, máy giặt, các kiến trúc trong nhà … • Thép Austenitic-Ferritic (Duplex): Đây là loại thép có tính chất “ở giữa” loại Ferritic và Austenitic có tên gọi chung là DUPLEX. Thuộc dòng này có thể kể ra LDX 2101, SAF 2304, 2205, 253MA. Loại thép duplex có chứa thành phần Nickel ít hơn nhiều so với loại Austenitic. DUPLEX có đặc tính tiêu biểu là độ bền chịu lực cao và độ mềm dẻo.. được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp hoá dầu, sản xuất giấy, bột giấy, chế tạo tàu biển… Trong tình hình giá thép hợp kim cao chống ăn mòn leo thang do nickel khan hiếm thì dòng DUPLEX đang ngày càng được ứng dụng nhiều hơn để thay thế cho một số mác thép thuộc dòng thép Austenitic như SUS 304, 304L, 316, 316L, 310s… • Thép Martensitic: Loại này chứa khoảng 11% đến 13% Crom, có độ bền chịu lực và độ cứng tốt, chịu ăn mòn ở mức độ tương đối. Được sử dụng nhiều để chế tạo cánh tuabin, lưỡi dao. 1.4.4. Phân loại thép thép hợp kim cao chống ăn mòn theo chuẩn Có nhiều biến thể về thép hợp kim cao chống ăn mòn và học viện gang thép Mỹ (AISI) trước đây quy định thành phần một số mác theo chuẩn và vẫn tiếp tục được sử dụng rộng rãi như ngày nay. Ngày nay, SAE và ASTM dựa theo chuẩn của AISI để quy định các mác thép của mình, được đánh chỉ số UNS là 1 kí tự + năm chữ số đối với các mác thép mới. Phạm vi đánh giá chỉ đầy đủ nhất của những họ thép hợp kim cao chống ăn mòn được sử dụng trong hiệp hội gang thép (ISS), và sổ tay SEA/ASTM về hệ chỉ số hợp nhất. • Có 6 mác thép chính thường được sử dụng hiện nay: + Một là: Austennic, 200 series: 201, 201JTG/ J4/ 204(CU)/ JSLAUS, 202/ D7/ D9/ D10/ D11; + Hai là: Austennic, 300 series: 301/ 302HQ/ 303/ 304(L)/ 305/ 316(L)/ 309/ 310(S)/ 310(H)/ 321/ 347/ 253MA; + Ba là: Ferritic, 400 series, không cứng sau khi tôi: 405/ 409/ 429/ 430/ 430F/ 430JTL/ 430LX/ 434/ 436(JTL)/ 444/... 445/ 445NF/ 443CT/ 441U&A/... 19