Giáo trình vật liệu 2 part 8

Chia sẻ: Asdhdk Dalkjsdhak | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

126
lượt xem 16
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Những vật liệu compozit đơn giản đã có từ rất xa xưa. Khoảng 5000 năm trước công nguyên con người đã biết trộn những viên đá nhỏ vào đất trước khi làm gạch để tránh bị cong vênh khi phơi nắng. Và điền hình về compozit chính là hợp chất được dùng để ướp xác của người Ai Cập. Chính thiên nhiên đã tạo ra cấu trúc composite trước tiên, đó là thân cây gỗ, có cấu trúc composite, gồm nhiều sợi xenlulo dài được kết nối với nhau bằng licnin. Kết quả của sự liên kết hài hoà ấy là...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình vật liệu 2 part 8

91 C¸c lo¹i dông cô ®o sö dông trong C¬ khÝ : palme, th−íc cÆp, th−íc ®o ®é dµi, ®o gãc, d−ìng, calip..., dÔ bÞ mßn, biÕn d¹ng, lµm sai lÖch kÕt qu¶ ®o. §Ó b¶o ®¶m ®é chÝ nh x¸c, c¸c dông cô ®o ph¶i ®¹t c¸c yªu cÇu sau: 1) §é cøng vµ tÝ nh chèng mµi mßn cao: ®é cøng HRC yªu cÇu lµ 63 ÷ 65. 2) æn ®Þnh kÝ ch th−íc: trong suèt ®êi lµm viÖc (hµng chôc n¨m hay h¬n), nhê 2 chØ tiªu sau: - hÖ sè gi·n në v× nhiÖt nhá vµ sù æn ®Þnh cña tæ chøc ®¹t ®−îc trong thêi gian dµi. 3) §é nh½n bãng bÒ mÆt cao: cÊp 14, khi mµi vµ Ý t bÞ biÕn d¹ng khi nhiÖt luyÖn. §é cøng vµ tÝ nh chèng mµi mßn cao nh− dao c¾t song kh«ng yªu cÇu tÝ nh cøng nãng nªn kh«ng cÇn lµm b»ng thÐp giã. b. ThÐp lµm dông cô ®o cÊp chÝ nh x¸c cao Nguyªn tè hîp kim vµ nhiÖt luyÖn thÝ ch hîp: - Hîp kim hãa Cr-Mn: (1% mçi nguyªn tè), ®Ó n©ng cao ®é thÊm t«i (t«i thÊu khi t«i dÇu), Ý t biÕn d¹ng; riªng Mn cã t¸c dông lµm t¨ng γ d− ®Õn møc thÝ ch hîp lµm cho kÝ ch th−íc hÇu nh− kh«ng thay ®æi khi t«i. - Hãa giµ ®Ó æn ®Þnh kÝ ch th−íc: (nhiÖt ®é hãa giµ d−íi ram thÊp, < 150oC). §Ó vÉn lµ tæ chøc M (t«i) chø kh«ng ph¶i lµ M ram, v× M (t«i) cã nh÷ng −u ®iÓm sau: + ®é cøng vµ tÝ nh chèng mµi mßn cao, do ®ã + b¶o ®¶m ®é nh½n bãng cao khi mµi, vµ ®Æc biÖt lµ + cã hÖ sè gi∙n në v× nhiÖt rÊt nhá, chØ kho¶ng 10-5 ÷ 10-6/oC. Ph¶i ho¸ giµ v× : M (t«i) vµ γ d− kh«ng æn ®Þnh, ®Ó æn ®Þnh M (t«i) vµ γ d− ph¶i xö lý thÐp t«i ë 120 ÷ 140oC trong 1 ÷ 2 ngµy. C¸c thÐp th−êng dïng: lµ c¸c m¸c 100Cr, 100CrWMn (TCVN 1823 - 76) vµ m¸c 140CrMn (m¸c XΓ cña Nga) trong ®ã 140CrMn ®−îc dïng nhiÒu h¬n c¶. c. ThÐp lµm dông cô ®o cÊp chÝ nh x¸c thÊp Lo¹i nµy chØ yªu cÇu cøng vµ chèng mµi mßn lµ ®ñ, do ®ã kh«ng cÇn dïng c¸c m¸c thÐp hîp kim cïng víi t«i + hãa giµ nh− trªn mµ chØ dïng c¸c m¸c thÐp:C15, C20 thÊm C, t«i + ram thÊp C45, C50, C55 qua t«i bÒ mÆt + ram thÊp, thÐp dông cô: CD80, CD120,.. t«i+ram thÊp 5.4.4. ThÐp lµm dông cô biÕn d¹ng nguéi BiÕn d¹ng dÎo thÐp ë nhiÖt ®é th−êng - biÕn d¹ng nguéi - lµ h× nh thøc gia c«ng phæ biÕn trong chÕ t¹o c¬ khÝ víi n¨ng suÊt cao. Dông cô ®Ó biÕn d¹ng nh− trôc c¸n, khu«n dËp, ®ét... cã ý nghÜa quan träng quyÕt ®Þnh n¨ng suÊt vµ chÊt l−îng s¶n phÈm. a. §iÒu kiÖn lµm viÖc vµ yªu cÇu: 1) §é cøng ®ñ cao: HRC 58 ÷ 62 (thÊp h¬n dao c¾t) phô thuéc vµo lo¹i khu«n, chiÒu dµy vµ ®é cøng cña thÐp l¸ ®em dËp, biÕn d¹ng: t«n silic dµy ph¶i yªu, HRC tíi trªn 60 ®Õn 62; 2) TÝ nh chèng mµi mßn cao: b¶o ®¶m hµng v¹n - hµng chôc v¹n lÇn dËp vÉn chÝ nh x¸c. 3) §é bÒn vµ ®é dai cao: chÞu ®−îc t¶i träng lín vµ chÞu va ®Ëp, khu«n dËp lín cÇn cã thªm yªu cÇu vÒ ®é thÊm t«i vµ Ý t thay ®æi thÓ tÝ ch khi t«i. b. §Æc ®iÓm cña thÐp lµm dông cô biÕn d¹ng nguéi:
92 - %C cao: ~ 1%, b¶o ®¶m ®é cøng, tÝ nh chèng mµi mßn sau khi t«i, song cã mét sè tr−êng hîp ngo¹i lÖ: + khi chÞu va ®Ëp m¹nh, l−îng cacbon gi¶m ®i, cßn 0,40 ÷ 0,60%, + khi chÞu mµi mßn rÊt cao, %C ®Õn 1,50 ÷ 2,00% hay h¬n. - Hîp kim ho¸: phô thuéc vµo h× nh d¹ng, kÝ ch th−íc khu«n vµ tÝ nh chèng mµi mßn yªu cÇu do t¸c dông n©ng cao ®é thÊm t«i vµ t¹o ra cacbit cøng. §Ó lµm t¨ng ®é thÊm t«i: Cr, Mn, Si, W víi l−îng Ý t (~ 1% mçi lo¹i). §Ó n©ng cao tÝ nh chèng mµi mßn: Cr (~ 12%) vµ %C =1,50 ÷ 2,00% hay h¬n. - NhiÖt luyÖn kÕt thóc: t«i + ram thÊp ®Ó ®¹t ®é cøng cao, song còng cã ®Æc ®iÓm riªng. • §Ó b¶o ®¶m ®é bÒn vµ do kÝ ch th−íc lín nªn nhiÖt ®é t«i cao h¬n 20÷40oC ®Ó γ ®−îc ®ång nhÊt h¬n, n©ng cao ®é thÊm t«i, cã khi ph¶i th−êng hãa tr−íc ®Ó h¹t nhá Ý t biÕn d¹ng, nøt khi t«i • NhiÖt ®é ram lÊy cao h¬n (song vÉn lµ ram thÊp) v× yªu cÇu ®é cøng thÊp h¬n chót Ý t. Chó ý do ram thÊp ph¶i tr¸nh gißn ram lo¹i I. c. ThÐp lµm khu«n bÐ Khu«n nhá, h× nh d¹ng ®¬n gi¶n, chÞu t¶i nhá: CD100, CD120, t«i trong n−íc, tuy ®é thÊm t«i cña thÐp C thÊp song cã ®é cøng bÒ mÆt ®ñ b¶o ®¶m ®iÒu kiÖn lµm viÖc, lâi cã thÓ kh«ng t«i thÊu nh−ng ph¶i ®¶m b¶o kh«ng bÞ lón lµ ®−îc. d. ThÐp lµm khu«n trung b× nh KÝ ch th−íc khu«n trung b× nh (75 -100mm), hoÆc lo¹i bÐ nh−ng cã h× nh d¹ng phøc t¹p, chÞu t¶i träng lín: dïng thÐp 1%C cã hîp kim Cr, W, Mn, Si (~ 1% mçi nguyªn tè) ®Ó n©ng cao ®é thÊm t«i: 110Cr, 100CrWMn, 100CrWSiMn. Trong c¸c m¸c ®ã 100CrWMn lµ ®iÓn h× nh h¬n c¶. §Æc ®iÓm cña thÐp: - Do cã Mn nªn sau khi t«i cã l−îng γ d− nhÊt ®Þnh nªn biÕn d¹ng nhá. - Cã thÓ dïng c¸ch t«i ph©n cÊp (nÕu lµ khu«n nhá) vµ t«i trong hai m«i tr−êng (nÕu lµ khu«n trung b× nh) ®Ó gi¶m ®é biÕn d¹ng mµ vÉn ®¹t ®é cøng cao. - Thiªn tÝ ch cacbit lín, khi cacbit lín thÐp dÔ bÞ nøt khi t«i, do ®ã ph¶i kiÓm tra cÊp cacbit, nÕu thÊy lín ph«i thÐp ph¶i qua rÌn. e. ThÐp lµm khu«n lín vµ cã tÝ nh chèng mµi mßn rÊt cao: KÝ ch th−íc (200 ÷ 300mm), chÞu t¶i träng nÆng vµ bÞ mµi mßn rÊt m¹nh ph¶i dïng thÐp %Cr cao tíi 12% vµ %C rÊt cao, 1,50 ÷ 2,20% víi c¸c m¸c: Cr12 (210Cr12), Cr12Mo (160Cr12Mo) vµ Cr12V1 (130Cr12V1). §Æc ®iÓm næi bËt cña thÐp: - TÝ nh chèng mµi mßn rÊt cao: 30% cacbit cr«m nªn b¶o ®¶m tuæi bÒn lµm viÖc rÊt cao. - §é thÊm t«i cao: t«i thÊu d=150x200mm trong dÇu, b¶o ®¶m ®é bÒn, ®é cøng khi khu«n lín. - Cã nhiÒu chÕ ®é t«i + ram kh¸c nhau: thay ®æi nhiÖt ®é t«i dÉn ®Õn møc ®é hßa tan cacbit kh¸c nhau lµm biÕn ®æi thµnh phÇn cña γ, v× thÕ lµm thay ®æi tû lÖ cña c¸c tæ chøc t¹o thµnh do ®ã ¶nh h−ëng ®Õn ®é cøng vµ kÝ ch th−íc khu«n:
93 + T«i nhiÖt ®é thÊp: 1050 ÷ 1075 C, Ý t γ d−, ®é cøng HRC ®¹t 64 ÷ 65, nh−ng o tÝ nh cøng nãng thÊp (c¸ch t«i nµy gäi lµ t«i ra ®é cøng thø nhÊt). Sau khi t«i ram ë 150 ÷ 200oC. + T«i nhiÖt ®é cao: 1125 ÷ 1150oC, γ ®−îc hîp kim hãa cao → M t¹o thµnh cã tÝ nh cøng nãng cao, nh−ng ®é cøng ®¹t thÊp, HRC 54 ÷ 56 v× cã nhiÒu γ d− (~ 60%). Gièng nh− thÐp giã, thÐp nµy sau khi ram nhiÒu lÇn ë 500 ÷ 530oC γ d− sÏ chuyÓn biÕn thµnh M vµ cã ®é cøng t¨ng lªn ®Õn HRC 58 ÷ 60 (c¸ch t«i nµy gäi lµ t«i ra ®é cøng thø hai). + T«i nhiÖt ®é trung b× nh: 1100 ÷ 1125oC, γ d− kh¸ lín (~ 40%) nªn kÝ ch th−íc hÇu nh− kh«ng thay ®æi, ®¹t ®é cøng HRC kho¶ng 58. Sau khi t«i, ram ë 150 ÷ 200oC (t«i æn ®Þnh kÝ ch th−íc). Khi ram, tr¸nh nhiÖt ®é gißn ram lo¹i I cña thÐp nµy lµ 300 ÷ 375oC. - Cã thÓ dËp víi tèc ®é cao: khu«n chÞu ®−îc nhiÖt ®é nung nãng tíi 200 ÷ 350oC. f. ThÐp lµm khu«n chÞu t¶i träng va ®Ëp Dông cô biÕn d¹ng nguéi chÞu va ®Ëp nh−: ®ôc, bóa h¬i, khu«n dËp c¾t thÐp tÊm dµy 3 ÷ 4mm trë lªn ph¶i lµm b»ng lo¹i thÐp hîp kim víi 3 ÷ 5% nguyªn tè hîp kim song cã l−îng cacbon thÊp h¬n, chØ 0,40 ÷ 0,60% ®Ó b¶o ®¶m ®é dai va ®Ëp nhÊt ®Þnh. Th−êng dïng c¸c m¸c sau: 40CrSi, 60CrSi, 40CrW2Si, 50CrW2Si, 60CrW2Si vµ 60CrWMn, cã 1%Cr, 1%Si vµ 1 ÷ 2%W. Sau khi t«i ph¶i ram cao h¬n c¸c khu«n dËp b× nh th−êng. Khi ram, tr¸nh gißn ram lo¹i I cña c¸c thÐp trªn ë 240 ÷ 270oC. HiÖn nay ®ang cã khuynh h−íng dïng hîp kim cøng lµm khu«n dËp nguéi, ®¹t hiÖu qu¶ rÊt cao. 5.4.5. ThÐp lµm dông cô biÕn d¹ng nãng RÌn, Ðp sö dông c¸c bé khu«n t−¬ng øng. a. §iÒu kiÖn lµm viÖc vµ yªu cÇu: - Dông cô (khu«n) bÞ nung nãng: ph«i ~1000oC, khu«n 500÷700oC song kh«ng liªn tôc - Ph«i thÐp ë nhiÖt ®é cao (γ) mÒm do ®ã khu«n kh«ng cÇn cøng nh− khu«n dËp nguéi - C¸c dông cô biÕn d¹ng nãng th−êng cã kÝ ch th−íc lín, chÞu t¶i träng lín, cã thÓ ®¹t tíi vµi tr¨m - vµi ngh× n tÊn. Yªu cÇu ®èi víi dông cô biÕn d¹ng nãng: 1) §é bÒn vµ ®é dai cao, ®é cøng võa ph¶i ®ång nhÊt trªn toµn tiÕt diÖn ®Ó cã thÓ chÞu ®−îc t¶i träng lín vµ va ®Ëp:®é cøng chØ HB 350 ÷ 450 (HRC 35 ÷ 46), cao qu¸ l¹i kh«ng b¶o ®¶m. 2) TÝ nh chèng mµi mßn cao b¶o ®¶m t¹o ra ®−îc hµng ngh× n ÷ hµng v¹n s¶n phÈm. NhiÖt ®é cao, lµm nhÞp ®é s¶n xuÊt chØ b»ng 1/10 khu«n biÕn d¹ng nguéi. 3) TÝ nh chÞu nhiÖt ®é cao, chèng mái nhiÖt ®Ó chÞu ®−îc tr¹ng th¸i nhiÖt ®é thay ®æi tuÇn hoµn dÔ g©y ra r¹n, nøt. Muèn vËy thÐp ph¶i cã tÝ nh chèng ram cao. b. §Æc ®iÓm cña thÐp lµm dông cô biÕn d¹ng nãng: - Thµnh phÇn: - %C trung b× nh: 0,30 ÷ 0,50%.
94 - Hîp kim ho¸ thÝ ch hîp: ®Ó b¶o ®¶m thÊm t«i tèt vµ ®é dai cao Cr-Ni; cøng nãng 8 ÷ 10%W - NhiÖt luyÖn kÕt thóc: t«i + ram trung b× nh (500 ÷ 600oC) ®Ó ®¹t tæ chøc T ram (®«i khi c¶ T+X ram). Chó ý tr¸nh gißn ram lo¹i II. Hai lo¹i th−êng dïng: c. ThÐp lµm khu«n rÌn Dïng thÐp Cr-Ni (hay Cr-Mn) cã thªm Mo hay W vµ %C= 0,50%: c¸c m¸c 50CrNiMo, 50CrNiW, 50CrNiSiW, 50CrMnMo trong ®ã 50CrNiMo lµ m¸c ®iÓn h× nh. §Æc ®iÓm cña thÐp 50CrNiMo: - TÝ nh thÊm t«i cao, t«i thÊu trong dÇu víi khèi thÓ tÝ ch 400 x 300 x 300mm, cã thÓ t«i ph©n cÊp hay ®¼ng nhiÖt víi khu«n bÐ. - T«i + ram 500 ÷ 600oC, tïy theo yªu cÇu ®é cøng víi tõng lo¹i khu«n: nhá HRC 40÷45, ram kho¶ng 500÷540oC, lín HRC 35÷38 ram kho¶ng 540 ÷ 580oC, T hay T+X ram. - §é cøng phÇn ®u«i nªn thÊp h¬n phÇn lµm viÖc tõ 5 ®Õn 10 ®¬n vÞ HRC do ®ã ph¶i ram thªm phÇn nµy ë trong lß muèi ë 600 ÷ 650oC hay b»ng nung c¶m øng. Chó ý khi nhiÖt luyÖn khu«n rÌn: + Thêi gian nung nãng dµi (do kÝ ch th−íc khu«n lín) ph¶i chèng oxy hãa vµ tho¸t cacbon + §èi víi c¸c khu«n lín do cÇn ph¶i cã ®é dai cao h¬n nªn ®é cøng ph¶i lÊy thÊp ®i (HRC< 35). Th−êng dïng 50CrNiMo, cho khu«n rÌn víi bóa > 3TÊn, c¸c m¸c cßn l¹i víi c¸c bóa < 3T. d. ThÐp lµm khu«n Ðp ch¶y: §iÒu kiÖn lµm viÖc: Kh¸c víi khu«n rÌn, khu«n Ðp ch¶y th−êng bÐ h¬n nh−ng ph¶i chÞu nhiÖt ®é v¸ ¸p suÊt cao h¬n, t¶i träng æn ®Þnh kh«ng cã va ®Ëp. Chän thÐp: §Ó cã tÝ nh cøng nãng kh¸ cao (600 ÷ 700oC) ph¶i hîp kim hãa cao (~10%) Cr+W, %C=0,30÷0,40%, V~1% ®Ó chèng mµi mßn vµ gi÷ h¹t nhá, Mo~1% ®Ó t¨ng tÝ nh thÊm t«i. M¸c thÐp th−êng dïng lµ: 30Cr2W8V vµ 40Cr5W2VSi. T«i ë nhiÖt ®é cao (gÇn 1100oC), ram ë 600÷ 650oC ®Ó ®¹t tæ chøc tr«xtit ram víi ®é cøng HRC= 40 ÷ 50. Sau khi t«i + ram 600 ÷ 650oC nh− trªn, khu«n cßn ®−îc thÊm C-N ë 500 ÷ 600oC 5.5. ThÐp hîp kim ®Æc biÖt (cã tÝ nh chÊt vËt lý - hãa häc ®Æc biÖt) 5.5.1. §Æc ®iÓm chung vµ ph©n lo¹i §Æc ®iÓm chung cña thÐp hîp kim ®Æc biÖt: - %C thÊp: < 0,10 ÷ 0,15%) hoÆc ng−îc l¹i yªu cÇu %C cao (> 1,00%) - Hîp kim ho¸ cao: > 10% hay rÊt cao > 20% song th−êng lµ hîp kim hãa ®¬n gi¶n - VÒ tæ chøc tÕ vi: th−êng cß tæ chøc ®¬n pha: γ, F, M ë tr¹ng th¸i cung cÊp. - §Æc tÝ nh c¬, lý, hãa: cã tÝ nh chèng mµi mßn ®Æc biÖt cao, cã tÝ nh chÊt ®iÖn - ®iÖn tõ ®Æc biÖt, lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao, cã tÝ nh gi·n në nhiÖt hay ®µn håi ®Æc biÖt... 5.5.2. ThÐp kh«ng gØ ThÐp kh«ng g (inox, inoxydable) bÒn ¨n mßn trong axit. Ø
95 a. ThÐp kh«ng gØ hai pha: F+cacbit Cr : 12Cr13, 20Cr13, 30Cr13 vµ 40Cr13 + t«i: T= 1000 ÷ 1100oC → tæ chøc 1 pha F bÒn ¨n mßn. Cr lµm t¨ng tÝ nh æn ®Þnh cña austenit qu¸ nguéi nguéi trong kh«ng khÝ còng cho mactenxit. 12Cr13 vµ 20Cr13 lµ thÐp tr−íc cïng tÝ ch kh¸ dÎo, dai, cã thÓ chÞu biÕn d¹ng nguéi. Sau khi t«i vµ ram ë 700 ÷ 775oC, ®−îc dïng lµm c¸c chi tiÕt: trôc b¬m, ®å ngò kim, èc, vÝ t kh«ng gØ . 30Cr13 vµ 40Cr13 lµ c¸c thÐp CT vµ SCT nªn kh¸ cøng vµ kÐm dÎo h¬n. Sau khi t«i + ram 150 ÷ 200oC, HRC 40 ÷ 55 dïng lµm kim phun ®éng c¬, lßxo, æ l¨n kh«ng gØ vµ dông cô phÉu thuËt, dao, kÐo. b. ThÐp kh«ng gØ mét pha ferit NÕu dïng 13%Cr Ý t C ®i (< 0,08%C) hoÆc thÐp (0,10 ÷ 0,20)%C, (17 ÷ 25)%Cr (Cr/C~150) thÐp chØ cã tæ chøc mét pha F, bÒn ¨n mßn h¬n lo¹i hai pha kÓ trªn: 08Cr13, cã2Cr17,n1biÕn pha, thï h× nh, kh«ng thÓ - kh«ng 1 chuyÓ 5Cr25Ti: nhiÖ t ®é, oC hãa bÒ n b» ng t«i, khi nung nãng dÔ lµ m cho h¹ t L lín vµ lµ m xÊ u c¬ tÝ nh. - Nung l© u thÐ p >15%Cr ë trª n 475oC sÏ xuÊ t hiÖ n c¸ c pha gißn α’ (h× nh 5.15). ThÐ p >20%Cr, nung ë 550-800oC xuÊ t hiÖ n pha σ (FeCr) rÊ t 1200 gißn. Nung ng¾ n (hµn) vµ ñ ë trª n 800oC råi γ α+α’ α nguéi nhanh c¸ c pha trª n kh«ng xuÊ t hiÖ n. 800 σ α’ 400 H× nh 5.15. Gi¶n ®å pha Fe - Cr 20 40 60 80 %Cr 08Cr13 cã thÓ dïng ®Ó hµn, ®−îc dïng nhiÒu trong c«ng nghiÖp hãa dÇu. 12Cr17 ®−îc sö dông nhiÒu nhÊt ®Ó thay cho thÐp kh«ng gØ austenit ®¾t h¬n. 15Cr25Ti ®−îc dïng nh− thÐp chÞu nhiÖt. Kh¶ n¨ng hãa bÒn biÕn d¹ng thÊp nªn rÊt dÔ biÕn d¹ng nguéi. c. ThÐp kh«ng gØ mét pha austenit: Thµnh phÇn: %Cr > 16 ÷ 18%, %Ni ≥ 6 ÷ 8%, cã tæ chøc γ, cßn gäi lµ thÐp hä 18 - 8 (> 18%Cr, > 8%Ni), ®−îc sö dông nhiÒu nhÊt (ë Mü lµ 70%). BÒn ¨n mßn: trong HNO3 nã cã thÓ chÞu ®−îc H2SO4 (víi mäi nång ®é vµ ë nhiÖt ®é th−êng), HCl (lo·ng vµ ë nhiÖt ®é th−êng). C¬ tÝ nh vµ tÝ nh c«ng nghÖ: ®é dÎo cao (δ = 50%), σ0,2 = 250 ÷ 300MPa, kÐm thÐp ferit, cã kh¶ n¨ng hãa bÒn biÕn d¹ng m¹nh (sau biÕn d¹ng nguéi, ε = 60 ÷ 70%, cã thÓ ®¹t tíi σ0,2 = 750MPa, song δ = 5%) → khã biÕn d¹ng nguéi (gß, uèn, dËp). NhiÖt luyÖn: t«i ®Ó t¹o tæ chøc mét pha austenit ®ång nhÊt chèng ¨n mßn tèt, T= (1050÷1100oC) ®Ó cacbit hßa tan hÕt vµo austenit råi sau ®ã lµm nguéi nhanh trong n−íc. C¸c m¸c th«ng dông: 12Cr18Ni9, bÞ ¨n mßn tinh giíi chØ dïng cho kÕt cÊu kh«ng qua hµn - 08Cr18Ni11, ΓOCT 08X18H10, AISI 304, 316...), %C< 0,03 ÷ 0,04% nh− 04X18H10, 03X18H12, AISI 316L), gi¶m C rÊt khã luyÖn vµ ®¾t.
96 - 08Cr18Ni10Ti, 12Cr18N9Ti, ΓOCT 08X18H10T, 12X18H9T, AISI 347 (AISI 316 cã thªm 2%Mo lµ ®Ó c¶i thiÖn tÝ nh chèng ¨n mßn trong m«i tr−êng cã ion Cl-). d. ThÐp kh«ng gØ hãa bÒn tiÕt pha §Æc ®iÓm: - VÒ thµnh phÇn vµ tæ chøc: 13 ÷ 17%Cr vµ 4 ÷ 7%Ni, cã thªm Al, Cu, Mo... vµ tæ chøc austenit kh«ng thËt æn ®Þnh. - Cã tÝ nh c«ng nghÖ vµ c¬ tÝ nh cao: dÔ biÕn d¹ng vµ gia c«ng c¾t thÐp ë tr¹ng th¸i mÒm, sau ®ã hãa bÒn nã b»ng hãa giµ ë nhiÖt ®é thÊp nhê ®ã tr¸nh ®−îc biÕn d¹ng vµ «xy hãa Quy tr× nh nhiÖt luyÖn: + ñ ë 1050oC, nguéi trong kh«ng khÝ , tæ chøc γ ®Ó dÔ biÕn d¹ng dÎo vµ gia c«ng c¾t + nung ë 750 ÷ 950oC, nguéi trong kh«ng khÝ ®−îc tæ chøc γ + mét Ý t cacbit (l−îng cacbit ∈ nhiÖt ®é nung) + gia c«ng l¹nh ®Õn 0 ÷ -75oC, γ chuyÓn biÕn thµnh M + hãa giµ ë 525oC kho¶ng 1h, c¸c pha hãa bÒn nh− NiAl, Ni3Al tiÕt ra ë d¹ng ph©n t¸n, nhá mÞn lµm t¨ng m¹nh ®é bÒn (σb = 1650MPa, σ0,2 = 1550MPa), gi¶m ®é dÎo (δ = 6%). - Cã tÝ nh chèng ¨n mßn tèt gÇn nh− thÐp hä 18- 8. C«ng dông: Nhê c¬ tÝ nh cao, ®−îc dïng lµm kÕt cÊu m¸y bay, Hoa kú dïng AISI 361 (hay cßn ký hiÖu lµ 17-7 PH (Precipitation Hardened), 17%Cr, 7%Ni, cßn cã thªm ~1,2%Al, ~1%Mn. 5.5.3. ThÐp bÒn nãng (Heat - Resistant Steel) ThÐp bÒn nãng lµ thÐp cã kh¶ n¨ng chÞu t¶i l©u dµi ë trªn 500oC ®−îc dïng vµo c¸c môc ®Ý ch t−¬ng øng nh−: nåi h¬i, tuabin khÝ , ®éng c¬ ph¶n lùc, tªn löa... a. Yªu cÇu ®èi víi thÐp lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao NhiÖt ®é cao cã sù suy gi¶m râ rÖt c¬ tÝ nh vµ tÝ nh chèng ¨n mßn. Khi lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao, kim lo¹i bÞ d∙o. §¸nh gi¸ ®é bÒn nhiÖt = ®é bÒn d·o: lµ øng suÊt ph¸ huû d·o sau mét thêi gian nhÊt ®Þnh (1000h, ký hiÖu lµ σb/1000 = 170MPa). Giíi h¹n d·o lµ øng suÊt cÇn thiÕt ®Ó cã ®é biÕn d¹ng x¸c ®Þnh (vÝ dô 0,2%) sau mét thêi gian Ên ®Þnh (vÝ dô 1000h) ®−îc ký hiÖu σ0,2/1000 = 100MPa. ë nhiÖt ®é, sù oxy hãa thÐp t¹o thµnh líp v¶y oxit lµm gi¶m tiÕt diÖn chÞu t¶i. Hîp kim hãa thÐp b»ng Cr, Si, Al t¹o mµng oxit b¶o vÖ; vÒ ph−¬ng diÖn nµy, thÐp kh«ng gØ ®Òu lµ thÐp bÒn nãng. b. ThÐp lµm xupap x¶ ChÞu t¶i träng cao, chÞu nhiÖt ®é cao 650 ÷ 700oC, chÞu mµi mßn ë ®u«i vµ c¹nh v¸t khi va ®Ëp. Th−êng dïng 2 lo¹i thÐp mactenxit vµ austenit víi (0,40÷0,50)%C: ThÐp mactenxit Chøa (9,0 ÷ 10,0%)Cr vµ 2%Si, ngoµi ra cã thÓ thªm Mo, bÒn ¨n mßn kh« (nhê líp v¶y Cr2O3, SiO2 bÒn, xÝ t chÆt) võa cã tÝ nh cøng nãng tèt. Th−êng dïng nhÊt lµ 40Cr9Si2, 40Cr10Si2Mo (ΓOCT 40X9C2 vµ 40X10C2M). T«i (1000÷1100oC) + ram (700÷750oC), chó ý:
97 - nhiÖt ®é ram cao h¬n nhiÖt ®é lµm viÖc, do ®ã khi lµm viÖc c¬ tÝ nh kh«ng bÞ xÊu ®i - thÐp m¸c 40Cr9Si2 dÔ bÞ gißn ram lo¹i II, sau khi ram ph¶i lµm nguéi trong n−íc - phÇn ®u«i bÞ ma s¸t víi bÒ mÆt cam mµ kh«ng chÞu nhiÖt ®é cao, do vËy ®Çu mót ph¶i ®−îc t«i c¶m øng, ngän löa hay ®iÖn ph©n, sau ®ã ram thÊp ®¹t ®é cøng HRC 45 ÷ 50. V× cã tÝ nh bÒn nãng kh«ng cao, thÐp nµy chØ dïng trong c¸c ®éng c¬ x¨ng víi c«ng suÊt nhá. Víi ®éng c¬ ®iªzen vµ c−êng hãa ph¶i dïng thÐp austenit. ThÐp austenit ThÐp chøa (0,35÷0,50)%C, Cr vµ Ni cao, v× ®é cøng thÊp HB 160 ÷ 200 nªn ®Çu mót ®−îc thÊm nit¬, c¹nh v¸t ®−îc hµn ®¾p b»ng stªlit (hîp kim cøng chøa 35%Cr, 1 ÷ 2%C, Co cßn l¹i). Xupap hót kh«ng chÞu nhiÖt ®é cao nªn ®−îc lµm b»ng 40CrNi (ΓOCT 40XH). 5.5.4. ThÐp cã tÝ nh chèng mµi mßn ®Æc biÖt cao d−íi t¶i träng va ®Ëp (thÐp Hadfield) ThÐp Hadfield (thÕ kû 19), 110Mn13§, lµ thÐp hîp kim (0,90÷1,30)%C & (11,4÷14,5)%Mn, tæ chøc lµ austenit mét l−îng lín Mn3C hay (Fe,Mn)3C tËp trung ë biªn h¹t nªn lµm gi¶m m¹nh ®é bÒn, ®é dai vµ rÊt gißn, ch−a thÓ ®em dïng ngay ®−îc. T«i 1050÷1100oC, gi÷ nhiÖt l©u ®Ó cacbit mangan hßa tan hÕt vµo austenit råi lµm nguéi trong n−íc ®Ó thÐp hoµn toµn lµ austenit, rÊt dÎo dai. Khi chÞu va ®Ëp M h× nh thµnh trªn mÆt tr−ît §Æc ®iÓm: - ThÐp chØ cã tÝ nh chÞu mµi mßn cao khi xóc ®¸ (va ®Ëp), khi xóc c¸t mßn nhanh. - TÝ nh gia c«ng c¾t rÊt kÐm chØ b»ng ®óc (nÕu cÇn cã thÓ mµi th«) hoÆc nong lç. Nga lµ 110Γ13Л , ë Hoa Kú theo ASTM A128, ë NhËt lµ SCMnHx (x lµ sè thø tù). (ThÐp tõ tÝ nh tù ®äc) 5.6. Gang Ngoµi >2%C, gang cßn cã (0,5-4)%Si (3,5%), (0,2-1,5)%Mn vµ P
98 §Ó cã ®−îc grafit vµ grafit víi c¸c d¹ng kh¸c nhau, mçi gang ph¶i cã nh÷ng ®Æc ®iÓm riªng vÒ thµnh phÇn hãa häc vµ c¸ch chÕ t¹o. H× nh 5.18. D¹ng grafit trong: gang x¸m (a), gang cÇu (b), gang dÎo (c). a) b) c) ChÕ t¹o: GX ®óc víi %, gang dÎo: nÊu ®óc gang tr¾ng Ý t Cr råi ñ, gang cÇu: biÕn tÝ nh cÇu ho¸ Sù t¹o thµnh grafit hay grafit hãa C+Si Tæ chøc tÕ vi cña gang phô thuéc vµo 7 thµnh phÇn hãa häc vµ tèc ®é nguéi F+gr F+gr khi ®óc (h× nh 5.19) 5 cïng cã C+Si = 5% nÕu d < 5 gang P+F+gr P+F+gr tr¾ng, 3 d=10-15 gang biÕn tr¾ng, d=15-40 Xª P+gr P+gr gang peclit d>40 gang ferit Xª +P+gr 15 30 45 dµ y thµ nh Xª Gang cã C+Si > 7 gang x¸m ferit mäi d Víi d=30, muèn cã P th (C+Si) ≤ 4 H× nh 5.19. Tæ chøc cña gang phô thuéc × Víi d50 gang x¸m F hoÆc F+P - Gang x¸m víi grafit tÊm lµ d¹ng tù nhiªn ®−îc h× nh thµnh dÔ dµng vµ ®¬n gi¶n nhÊt: ®óc th«ng th−êng. - Gang cÇu víi grafit cÇu lµ d¹ng thu gän nhÊt ®−îc h× nh thµnh tõ biÕn tÝ nh ®Æc biÖt gang láng C+Si cao Ý t P vµ S (
99 b. Ph−¬ng ph¸p n©ng cao c¬ tÝ nh C¶i thiÖn tæ chøc sÏ dÉn ®Õn n©ng cao c¬ tÝ nh chñ yÕu lµ giíi h¹n bÒn kÐo. - Lµm gi¶m C®l=Ct+1/3(Si+P) ®óc ra gang hoa d©m (tr¾ng x¸m lÉn lén) - BiÕn tÝ nh gang láng b»ng FeSi. Grafit trong gang ®−îc chia thµnh 8 cÊp (theo ASTM) tõ 1 ®Õn 8, trong ®ã chiÒu dµi trung b× nh cña cÊp 8 lµ < 0,015mm, cÊp 1 lµ > 1mm. - T¹o nÒn P cã ®é bÒn cao h¬n. - Hîp kim hãa cã t¸c dông chñ yÕu lµ hãa bÒn nÒn kim lo¹i (t¹o xoocbit), n©ng cao ®é cøng, tÝ nh chèng mµi mßn, tÝ nh chÞu nhiÖt vµ hiÖu qu¶ ®èi víi nhiÖt luyÖn. - T«i + ram. Khi t«i + ram, T> 850oC. H× nh 5.19. Tæ chøc tÕ vi cña c¸c lo¹i gang x¸m: a. ferit, b. ferit - peclit, c. peclit c. C¸c m¸c gang vµ c«ng dông TCVN 1659-75 quy ®Þnh ký hiÖu c¸c m¸c gang lµ GX xx-xx, bÒn kÐo vµ bÒn uèn, kG/mm2 gièng nh− ΓOCT 1412-70 lµ CЧxx-xx. Nh−ng theo ΓOCT 1412-85 c¸c m¸c gang x¸m gåm cã: CЧ10, CЧ15, CЧ20, CЧ25, CЧ30 vµ CЧ35 (chØ ký hiÖu giíi h¹n bÒn). Hoa Kú: SAE J431 cã c¸c m¸c: G1800, G2500, G3000, G3500, G4000, sè chØ σK .10psi, vÝ dô G3000 cã σb ≥ 30000psi hay 30ksi. Tiªu chuÈn ASTM: 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60:σK, ksi. JIS cã c¸c m¸c gang x¸m sau: FC100, FC150, FC200, FC250, FC300, FC350, trong ®ã sè chØ giíi h¹n bÒn tèi thiÓu tinh theo ®¬n vÞ MPa. - CЧ10, CЧ15 ®−îc dïng lµm c¸c vá, n¾p kh«ng chÞu lùc (chØ ®Ó che ch¾n). - CЧ 20, CЧ25: t¶i träng nhÑ, Ý t mµi mßn nh− vá hép gi¶m tèc, th©n m¸y, bÝ ch, cacte, èng n−íc - CЧ25, CЧ30: b¸nh r¨ng (bÞ ®éng, tèc ®é chËm), b¸nh ®µ, s¬mi, xecm¨ng, th©n m¸y. - CЧ30, CЧ35 : chÞu t¶i cao, chÞu mµi mßn nh− b¸nh r¨ng ch÷ V, trôc chÝ nh, vá b¬m thñy lùc. d. Gang x¸m biÕn tr¾ng Gang x¸m biÕn tr¾ng (ë bÒ mÆt) cã tÝ nh chèng mµi mßn cao (víi bÒ mÆt cã HB 400 ÷ 600), nh− ®Ó lµm bi, trôc nghiÒn, trôc c¸n, b¸nh xe goßng,... ñ khö biÕn tr¾ng ë 700 ÷ 750oC, ñ khö øng suÊt ë 600 ÷ 650oC 5.6.3. Gang cÇu Gang cÇu lµ lo¹i gang cã ®é bÒn cao nhÊt do grafit ë d¹ng thu gän nhÊt. a. C¬ tÝ nh
100 Do grafit ë d¹ng h× nh cÇu hÇu nh− kh«ng tËp trung øng suÊt, v× vËy gang cÇu duy tr× ®−îc 70 ÷ 90% ®é bÒn cña nÒn kim lo¹i (thÐp), tøc kh«ng thua kÐm thÐp bao nhiªu vµ cã thÓ thay thÕ nã. b. §Æc ®iÓm chÕ t¹o - (C + Si) cao, P, ®Æc biÖt lµ S thÊp h¬n (< 0,03%) do S t¹o víi Mg MgS lµm xÊu c¬ tÝ nh - Kh«ng cã hay cã rÊt Ý t nguyªn tè c¶n trë cÇu hãa nh− Ti, Al, Sn, Zn, Bi. VÒ biÕn tÝ nh: T=1450oC b»ng FeSi40Mg10 nªu trªn. c. C¸c m¸c gang vµ c«ng dông (1kG/mm2=10MPa=1,45ksi=1,45.103psi) TCVN 1659-75: GC xx-xx (σK vµ δ vÞ kG/mm2 vµ %) gièng nh− cña ΓOCT 7393-70 lµ BЧxx-xx. Nh−ng theo ΓOCT 7393-85 cã c¸c m¸c BЧ40, BЧ50, BЧ60, BЧ70, BЧ80 (σK). SAE J434c cã c¸c m¸c D4018, D4512, D5506, D7003, trong ®ã hai ch÷ sè ®Çu chØ σb (min) theo ®¬n vÞ ksi, hai ch÷ sè sau chØ δ (min) theo %, vÝ dô, D4512 cã σb ≥ 45ksi vµ δ ≥ 12%. Tiªu chuÈn ASTM cã c¸c class: 60-40-18, 65-45-12, 80-60-03, 100-70-03, 120- 90-02, ba cÆp sè ®ã lÇn l−ît chØ gi¸ trÞ tèi thiÓu cña σb, σ0,2 (ksi), δ (%). JIS cã c¸c m¸c FCD370, FCD400, FCD450, FCD500, FCD600, FCD700, FCD800, trong ®ã sè ch σb (min) theo ®¬n vÞ MPa. Ø M¸c gang cÇu ferit - peclit BЧ50 : c¸c chi tiÕt th«ng th−êng thay thÐp nãi chung. M¸c BЧ60: trôc khuûu, trôc c¸n. C¸c m¸c gang cÇu BЧ70, BЧ80: t«i ®¼ng nhiÖt ra bainit, ®−îc dïng lµm c¸c chi tiÕt quan träng. C«ng dông chñ yÕu cña gang cÇu lµ dïng lµm c¸c chi tiÕt võa chÞu t¶i träng kÐo vµ va ®Ëp cao (nh− thÐp) ®ång thêi l¹i dÔ t¹o h× nh b»ng ph−¬ng ph¸p ®óc. 5.6.4. Gang dÎo a. C¬ tÝ nh b. §Æc ®iÓm chÕ t¹o - thµnh phÇn hãa häc: (C + Si) thÊp, C thÊp ®i th× Si lÊy cao h¬n s¶n phÈm: cã thµnh máng, d< 40mm (d−íi 20 ÷ 30mm) ®Ó ®óc ra gang tr¾ng. VÒ ñ grafit hãa: thêi gian dµi, chi phÝ nhiÒu n¨ng l−îng (h.5.20) I : P+gr - ë 950oC (trªn A1):Fe3C→γ1,8 + grcôm II: P+F+gr - tõ 950 ®Õn 738 oC:γ1,8 → γ0,8 + grcôm III: F+gr - ë 700oC (d−íi A1): Fe3C trong P→ F + grcôm. T, oC 950 738 727 300-400 H× nh 5.20. Quy tr× nh ñ gang dÎo 10- 15h I II III 10-20h 1,8 Thêi gian, h Tuú theo quy tr× nh ñ: I → P+gr, II → P+F+gr, II → F+gr
101 - 2 lo¹i gang dÎo: - gang dÎo t©m tr¾ng, ñ trong m«i tr−êng «xy hãa (Fe2O3) lµm tho¸t cacbon nªn mÆt g·y cã mµu s¸ng - gang dÎo t©m ®en, ñ trong m«i tr−êng trung tÝ nh (SiO2) C cßn nhiÒu nªn mÆt g·y vÉn cã mµu ®en xÉm nh− nhung ®en. c. C¸c m¸c gang vµ c«ng dông C¸c n−íc th−êng ®¸nh sè c¸c m¸c gang dÎo theo giíi h¹n bÒn kÐo tèi thiÓu vµ ®é gi·n dµi t−¬ng ®èi. TCVN 1659-75: GZ xx-xx gièng nh− ΓOCT 1215 - 79 lµ КЧxx-xx, 2 sè ®Çu σb (min), kG/mm2, cÆp sè sau chØ δ (min) theo %. Gåm: КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КЧ37-12 (gang dÎo ferit), КЧ45-7, КЧ50-5, КЧ55-4, КЧ60-3, КЧ63-3 (gang dÎo peclit). ASTM: 32510, 35018, 40010..., 3 sè ®Çu lµ σb (min), MPa, 2 sè sau chØ δ (min) theo %. SAE cã: M 3210, M 4504, M 5003, M 5503, M 7002, M 8501, 2 sè ®Çu chØ σb (min) theo ®¬n vÞ ksi, hai sè sau chØ δ (min) theo %. JIS cã c¸c m¸c: gang dÎo t©m ®en FCMB 270, FCMB 310, FCMB 340, FCMB 360; gang dÎo t©m tr¾ng FCMW 330, FCMW 370, FCMWP 440, FCMWP 490, FCMWP 540, trong ®ã sè chØ σb (min) theo ®¬n vÞ MPa. Nh÷ng chi tiÕt lµm b»ng gang dÎo: 3 yªu cÇu lµ: h× nh d¹ng phøc t¹p, thµnh máng, chÞu va ®Ëp. NÕu kh«ng chÞu va ®Ëp lµm b»ng gang x¸m, nÕu h× nh d¹ng ®¬n gi¶n lµm b»ng thÐp hµn...).
84 Ch−¬ng 6 hîp kim mµu vµ bét 6.1. Hîp kim Al (Al) Al vµ hîp kim Al chiÕm vÞ trÝ thø hai sau thÐp v× tÝnh chÊt phï hîp víi nhiÒu c«ng dông: bÒn, nhÑ (bÒn riªng cao), chÞu ¨n mßn tèt (khÝ quyÓn),… 6.1.1. Al nguyªn chÊt vµ ph©n lo¹i hîp kim Al a. C¸c ®Æc tÝnh cña Al nguyªn chÊt ¦u ®iÓm: : khèi l−îng riªng nhá (2,7g/cm3) = 1/3 cña thÐp: hµng kh«ng, vËn t¶i do tiÕt kiÖm n¨ng l−îng, t¨ng t¶i träng cã Ých. TÝnh bÒn ¨n mßn khÝ quyÓn: x©y dùng, trang trÝ néi thÊt, dÉn ®iÖn tèt, tuy = 62% cña Cu nh−ng nhÑ = 1/3 , tÝnh dÎo rÊt cao, m¹ng A1, dÔ kÐo sîi, d©y vµ c¸n máng thµnh tÊm, l¸, b¨ng, mµng (foil), Ðp ch¶y thµnh c¸c thanh dµi víi c¸c biªn d¹ng (profile) phøc t¹p rÊt kh¸c nhau. Nh−îc ®iÓm: chÞu nhiÖt kÐm: ch¶y (660oC), kh«ng sö dông ë trªn 300 ÷ 400oC, ®é bÒn, ®é cøng thÊp, ë tr¹ng th¸i ñ σb = 60MPa, σ0,2 = 20MPa, HB 25. §Ó ký hiÖu møc ®é biÕn cøng ®¬n thuÇn (t¨ng bÒn nhê biÕn d¹ng nguéi) ë Hoa Kú, NhËt vµ c¸c n−íc T©y ©u th−êng dïng c¸c ký hiÖu H1x, x lµ tû phÇn t¨ng bÒn biÕn d¹ng (x/8): x=8 - t¨ng toµn phÇn (8/8 hay 100%), øng víi møc ®é biÕn d¹ng rÊt lín (ε = 75%), 1 - møc t¨ng Ýt nhÊt (1/8 hay 12,5% so víi møc toµn phÇn, øng víi møc ®é biÕn d¹ng nhá, 2, 4, 6 - møc t¨ng trung gian (2/8, 4/8, 6/8 hay 25%, 50%, 75% so víi møc toµn phÇn), 9 - møc t¨ng tèi ®a (bÒn, cøng nhÊt) øng víi møc ®é biÕn d¹ng ε > 75%. b. Hîp kim Al vµ ph©n lo¹i T, oC L+α FC lµ giíi h¹n hoµ tan cña nthk trong α L Hîp kim Al biÕn d¹ng- tr¸i ®iÓm C Hîp kim Al ®óc- bªn ph¶i ®iÓm C α E L+ β C Hîp kim Al biÕn d¹ng ho¸ bÒn ®−îc b»ng hîp kim Al biÕn d¹ng nhiÖt luyÖn n»m trong kho¶ng CF hîp kim Al ®óc Hîp kim Al biÕn d¹ng kh«ng ho¸ bÒn ®−îc b»ng nhiÖt luyÖn - tr¸i ®iÓm F α+ β Si,Mn,Ti,Zn,Fe Ýt hoµ tan, F Zn, Mg, Cu hoµ tan nhiÒu % nthk kh«ng ho¸ bÒn ho¸ bÒn ®−îc ®−îc b»ng =nhiÖt luyÖn nhiÖt luyÖn H×nh 6.1. Gãc gi¶n ®å pha Al - nguyªn tè hîp kim c. HÖ thèng ký hiÖu cho hîp kim Al Hoa kú ký hiÖu c¸c hîp kim Al: theo AA (Aluminum Association) b»ng xxxx cho lo¹i hîp kim Al biÕn d¹ng vµ xxx.x cho lo¹i hîp kim Al ®óc: - Sè ®Çu tiªn cã c¸c ý nghÜa sau.