Giáo trình Vật liệu cơ khí (Nghề: Công nghệ ô tô - CĐ/TC) - Trường Cao đẳng nghề Hà Nam (2021)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:36

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Vật liệu cơ khí (Nghề: Công nghệ ô tô - CĐ/TC) cung cấp cho người đọc những kiến thức như: Gang và Thép; Kim loại màu và hợp kim màu; Nhiên liệu dầu mỡ bôi trơn. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Vật liệu cơ khí (Nghề: Công nghệ ô tô - CĐ/TC) - Trường Cao đẳng nghề Hà Nam (2021)

SỞ LAO ĐỘNG- THƢƠNG BINH VÀ XÃ HỘI HÀ NAM TRƢỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM GIÁO TRÌNH MÔN HỌC: VẬT LIỆU CƠ KHÍ NGHỀ: CÔNG NGHỆ Ô TÔ TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG/ TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: 835 /QĐ- Hà Nam, ngày 31 tháng 12 năm 2021 của Trường Cao đẳng nghề Hà Nam Hà Nam, năm 2021
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể đƣợc phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo nghề 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. 2
LỜI GIỚI THIỆU Để phục vụ cho học viên học nghề và thợ sửa chữa ô tô những kiến thức cơ bản cả về lý thuyết và thực hành bảo dƣỡng, sửa chữa các hệ thống trên ô tô. Hoặc học nghề cơ khí. Tôi có biên soạn giáo trình: Vật liệu học với mong muốn giáo trình này sẽ giúp cho học sinh, sinh viên nắm vững hơn kiến thức về ô tô. Cơ ứng dụng đƣợc biên soạn, nội dung giáo trình bao gồm ba chƣơng: Chƣơng I. Gang và Thép Chƣơng II. Kim loại màu và hợp kim màu Chƣơng III. Nhiên liệu dầu mỡ bôi trơn Kiến thức trong giáo trình đƣợc biên soạn theo chƣơng trình dạy nghề đã đƣợc Trƣờng Cao đẳng nghề Hà Nam ban hành, sắp xếp logic và cô đọng. Sau mỗi bài học đều có các bài tập đi kèm để sinh viên có thể nâng cao tính thực hành của môn học. Do đó, ngƣời đọc có thể hiểu một cách dễ dàng các nội dung trong chƣơng trình. Mỗi Chƣơng đƣợc biên soạn với nội dung gồm: một số các nội dung cơ bản về vật liệu dùng để chế tạo ô tô, và một số nhiên liệu đốt cháy, nhiên liệu bôi trơn đƣợc sử dụng trên ô tô. Mặc dù đã rất cố gắng nhƣng chắc chắn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp của ngƣời đọc để lần xuất bản sau giáo trình đƣợc hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nam, ngày…..tháng…. năm 2021 Tham gia biên soạn 1. ThS. Nguyễn Thị Thu Hằng Chủ biên 2. ThS. Nguyễn Đình Hoàng Phó chủ biên 3
MỤC LỤC TRANG CHƢƠNG 1: GANG VÀ THÉP ........................................................................ 6 1. Gang.............................................................................................................. 6 1.1. Kh n m v t n t ......................................................................... 6 12 C o n t ƣờn n .................................................................. 7 2. Thép ............................................................................................................ 14 21 n mv tn t ....................................................................... 14 2.2. Thép các bon ....................................................................................... 16 2 3 T ép ợp k m...................................................................................... 20 CHƢƠNG 2: IM LOẠI MÀU VÀ HỢP IM MÀU .................................. 25 1 qu t un về k m o m u v ợp k m m u ............................... 25 2 N ôm v ợp kim nhôm ........................................................................... 25 2 1 N ôm n uyên t.............................................................................. 25 2 2 Hợp k m n ôm:.................................................................................... 25 3 Đồn v ợp k m đồn :............................................................................. 26 3 1 Đồn n uyên t:............................................................................... 26 3 2 Hợp k m đồn : ..................................................................................... 26 CHƢƠNG 3: NHIÊN LIỆU DẦU MỠ BÔI TRƠN....................................... 29 1 N ên u xăn .......................................................................................... 29 11 n m về xăn ............................................................................... 29 1 2 Trị số ố t n ( ỉ số ố t n C8H16).................................................... 29 1 3 C yêu ầu ủ xăn .......................................................................... 29 1 4 P ân o v sử ụn xăng ................................................................. 30 2 N ên u ese ........................................................................................ 32 21 n m về D ese ............................................................................ 32 2.2 Yêu ầu kỹ t uật ủ D ese ............................................................... 32 2 3 P ân o v sử ụn .......................................................................... 33 3 C o ầu, mỡ bô trơn ....................................................................... 34 TÀI LIỆU THAM HẢO ................................................................................ 36 4
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn ọ : Vật u ơ k Mã số môn ọ : MH 11 Vị tr , t n t, ý n ĩ v v trò ủ môn ọ : - Vị trí: môn học đƣợc thực hiện vào năm học thứ nhất của khóa học, sau khi học xong các môn học chung; có thể dạy song song với các môn kỹ thuật cơ sở nghề; - Tính chất: là môn cơ sở nghề bắt buộc. - ý nghĩa và vai trò của môn học: Mụ t êu môn ọ - Về kiến thức: + Trình bày đƣợc đặc điểm, tính chất, ký hiệu và phạm vi ứng dụng của một số loại vật liệu cơ khí và vật liệu điện thƣờng dùng; + Trình bày đƣợc đặc điểm, tính chất của một số loại nhiên liệu, dầu, mỡ bôi trơn thƣờng dùng. - Về kỹ năng: + Nhận biết đƣợc một số vật liệu cơ khí và các nhóm vật liệu điện thông dụng; - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Có khả năng thực hiện độc lập hoặc làm việc theo nhóm để xác định chính xác vật liệu cơ khí và vật liệu điện. + Tiếp nhận và xử lý các vấn đề chuyên môn trong phạm vi của nghề; chịu trách nhiệm cá nhân và trách nhiệm đối với nhóm. + Đánh giá đƣợc chất lƣợng sản phẩm sau khi hoàn thành và kết quả thực hiện của các thành viên trong nhóm. Nộ un môn ọ : 5
CHƢƠNG 1: GANG VÀ THÉP Mã chƣơng: MH11-01 Gớ t u: Gang và thép là 2 vật liệu quan trọng và sử dụng phổ biến trong vật liệu ngành cơ khí Mụ t êu: - Phát biểu đƣợc đặc điểm, cấu tạo, tính chất của gang, thép. - Nhận biết đƣợc một số loại gang, thép. Nộ un chính: 1. Gang 1.1 n mv tn t 111 n m Gang là hợp kim của sắt và các bon với lƣợng Cácbon C = (2,14 ÷ 6,67)%. Ngoài ra còn có một số tạp chất nhƣ Mn, Si, P, S và các nguyên tố khác. Nguyên liệu để luyện gang trong lò cao: Quặng sắt, than, và các chất trợ dung đá vôi, huỳnh thạch, đolomít ... do đó không thể loại trừ hết các tạp chất lẫn vào gang cho nên thành phần hỗn hợp của gang ngoài Fe, C còn có những tạp chất: Mn, Si, P, S, O2, N2, H2... So với thép, gang có độ bền thấp do có Graphit nhƣng giá thành rẻ, dễ sản xuất và có một số tính chất đặc biệt: tính giảm chấn tốt, chịu mài mòn trong điều kiện bôi trơn không đầy đủ, có tính đúc tốt nên đƣợc dùng rộng rãi trong công nghiệp. 112 Tn t a. Cơ tính - Đặc tính chung của gang lỡ cứng vỡ dòn, độ bền kéo thấp có nhiệt độ nóng chảy thấp, dễ đúc. - Trong gang xám, gang dẻo, gang cầu, tổ chức Graphit tồn tại nhƣ những lố hổng có sẵn trong gang, là nơi tập trung ứng suất lớn làm gang kém bền. Tuy nhiên Graphit có ảnh hƣởng tốt đến cơ tính nhƣ tăng khả năng chống mài mòn do ma sát (vì bản thân Graphit có tính bôi trơn, thêm vào đó có các “lỗ hổng”, Graphit là nơi chứa dầu bôi trơn) làm tắt dung động vào dao động cộng hƣởng. b. Tính công nghệ - Tính đúc tốt ( có nhiệt độ nóng chảy thấp và tính chảy loãng cao ) - Tính gia công cắt gọt tốt, Graphit trong gang xám, gang dẻo, gang cầu làm cho phoi dễ gãy vụ khi gia công cắt gọt, độ cứng thấp. - Không rèn đƣợc. 6
12 C o n t ƣờn n - Gang trắng: rất cứng và dòn, có tính cắt gọt tốt, thƣờng dùng làm nguyên liệu luyện thép, chế tạo các chi tiết máy nhƣ: Bi nghiền, mắt ngoài của trục nghiền, trục cán, vành ngoài bánh xe lửa, xe goòng ... - Gang xám: Có độ bền nén cao, chịu mài mòn tốt, tính đúc tốt, dập tắt dao động và bôi trơn tốt. Khả năng chịu va đập và chịu kéo kém, thƣờng dùng làm các bánh răng cỡ lớn, silanh – xecmăng xe máy, ô tô... - Gang dẻo: là gang chế tạo từ gang trắng bằng cách ủ gang trắng. - Gang cầu: Có cơ tính tốt nhất trong các loại gang, có tính đúc tốt hơn thép vì thế nó thƣờng đƣợc dùng để chế tạo các các CTM có hình dáng phức tạp: trục khuỷu. * Ngoài ra còn có một số loại gang đặc biệt sau: - Gang Hợp kim: trên cơ sở các loại gang trên ngƣời ta thêm vào nguyên tố Hợp kim để cải thiện cơ tính của gang. Chế tạo phức tạp hơn nên có công dụng tốt hơn, để làm các CTM quan trọng - Gang xoắn: Ngƣời ta dùng chất Graphit biến tính trong gang tồn tại ở dạng xoắn, phần còn lại hình cầu, gang nhƣ vậy dễ đúc, có độ bền cao hơn gang xám nhƣng kém hơn gang cầu, thƣờng dùng để chế tạo các CTM chịu lực và chịu nhiệt độ cao: xi lanh, xecmăng, phanh tầu cao tốc,... 1.2.1 G n trắn : Trong ngành chế tạo máy, các chi tiết nhƣ bi nghiền, mặt ngoài của trục nghiền, trục cán, lƣỡi cày, vành ngoài bánh xe lửa, xe goòng ... đều đƣợc làm từ gang trắng. Gang trắng rất cứng vỡ dòn, khó cắt gọt. Nó chỉ dùng để chế tạo gang dẻo hoặc dùng để chế tạo các chi tiết máy cần tính chống mỡi mòn cao nhƣ bi nghiền, trục cán... Gang trắng không có ký hiệu riêng. a. Thành phần và tổ chức C: * Thành phần : C = ( 3,5 ÷ 4,3 )% Tổ chức C: Tồn tại ở dạng Fe3C, pha này chiếm tỷ lệ rất lớn 50% trong tổ chức của gang b. Tính chất: * Lý tính: trên mặt gãy của gang có màu sáng trắng do các bon ở dạng hợp chất hóa học Fe3C nên gọi là gang trắng Do tổ chức Xe có nhiều trong gang (50%) làm mặt gãy của gang có màu sáng trắng nên gọi là gang trắng * Cơ tính: + Có độ cứng cao: (650 ÷ 700)HB 7
+ Do C ở dạng Fe3C nên gang rất cứng và dòn. Do đó không thể gia công cắt gọt, không thể dùng gang thuần trắng để làm các chi tiết máy có độ chính xác cao + Độ dẻo, độ bền thấp. + Có khả năng chịu mài mòn tốt * Tính kinh tế: Phƣơng pháp chế tạo gang trắng đơn giản, rẻ tiền Gang lỏng --> ủ --> Gang trắng - Không dùng gang thuần trắng để chế tạo các CTM có độ chính xác cao. - Trong gang trắng tổ chức Xe có độ cứng cao và khả năng chịu mài mòn tốt. - Muốn chế tạo các CTM cần độ mài mòn cao thì sử dụng gang xám biến trắng bề mặt c. Công dụng: - Gang trắng chỉ hình thành khi có hàm lƣợng C, Mn ... thích hợp và với điều kiện nguội nhanh ở các vật đúc thành mỏng, nhỏ. - Dùng để làm các chi tiết yêu cầu độ cứng cao ở bề mặt làm việc trong điều kiện chịu mài mòn nhƣ : Bi nghiền, bề mặt trục cán, mép lƣỡi cày, bề mặt vành bánh xe lu - Dùng để sản xuất thép, một phần dùng để ủ thành gang dẻo 1.2.2 Gang Xám: Trong ngành Chế tạo máy, một số chi tiết máy trong quá trình làm việc yêu cầu cần có độ bền nén cao, chịu mài mòn tốt, có khả năng dập tắt dao động và bội trơn tốt nhƣ bánh răng cỡ lớn, xilanh, xéc măng trong ô tô, xe máy... những chi tiết đó thƣờng chế tạo từ gang xám. Trong gan g xám có thể chứa một hàm lƣợng không lớn Cr, Ni, Cu, chúng đƣợc đƣa vào từ quặng. Hầu nhƣ các nguyên tố này đều ảnh hƣởng đến điều kiện Graphit hoá, số lƣợng Graphit, tổ chức của kim loại nền và do vậy ảnh hƣởng đến tính chất của gang Gang xám là loại gang mà hầu hết Cácbon ở trạng thái Graphit. Gang xám có độ bền nén cao, chịu mài mòn, đặc biệt là có tính đúc tốt. a. Thành phần và tổ chức: * Thành phần : C = (2,8 ÷ 3,2)%. Ngoài ra còn có Mn = (0,5 ÷- 0,8)%; Si = (0,5 ÷ 3)%; P = (0,15 ÷ 0,4)%; S = (0,12 ÷ 0,2)% 8
* Tổ chức tế vi: - Phần lớn C tồn tại ở dạng tự do, Graphit có dạng tấm, phiến cong tự nhiên. - Kích thƣớc của tấm, phiến có liên quan đến độ bền của gang. Vì độ bền của Graphit rất nhỏ, có thể coi nhƣ không đáng kể cho nên ngƣời ta xem Graphit nhƣ vết nứt trong gang làm cho nền cơ bản của gang không liên tục. Tấm Graphit càng nhỏ càng mỏng thì gang kém bền hơn có thể nhiệt luyện gang để thay đổi nền cơ bản cũng nhƣ thay đổi hình dáng kích thƣớc tấm Graphit để nâng cao độ bền của gang. * Phân loại: Tuỳ theo mức độ tạo thành Graphit mạnh hay yếu mà gang xám đƣợc chia làm các loại: + Gang xám Ferit: mức độ tạo thành Graphit mạnh nhất, với tổ chức Ferit + Graphit. Toàn bộ C nằm dƣới dạng tự do, không có Xementit. Pherit grafit + Gang xám Ferit + Peclit: mức độ tạo thành Graphit mạnh, lƣợng C liên kết (Graphit) chỉ khoảng (0,1 ÷ 0,6)%, với tổ chức Ferit + Peclit. Pherit Pec lit grafit + Gang xám Peclit: mức độ tạo thành Graphit bình thƣờng, lƣợng C liên kết khoảng (0,6 ÷ 0,8) %, tổ chức là Peclit. b. Tính chất: * Lý tính: - Do Graphit có màu xám nên trên mặt gãy của gang có màu xám, Pec lit gọi là gang xám. + Dẫn điện, dẫn nhiệt kém grafit + Nhiệt độ nóng chảy thấp 9
* Cơ tính: + Có độ cứng thấp: (150 ÷ 250)HB, thấp hơn gang trắng rất nhiều + Độ bền kéo thấp: σkéo = (150 ÷ 400)N/mm2 + Độ dẻo, độ bền thấp hơn thép, độ bền nén gần bằng thép. + Không chịu biến dạng và va đập - Độ bền tĩnh của gang xám khi thử uốn cao gấp 2 lần và khi thử nén cao gấp 4 lần so với khi thử kéo - Độ bền nén và độ cứng của gang đƣợc xác định bởi tổ chức nền KL của nó * Tính công nghệ: + Tính biến dạng kém, tính cắt gọt cao, cho phoi vụn đễ gia công cắt gọt + Tính đúc tốt hơn thép. + Có khả năng khử dao động cộng hƣởng, tự bôi trơn tốt, hệ số ma sát nhỏ * Tính kinh tế: Giá thành rẻ do chế tạo đơn giản Do đặc điểm chịu kéo kém, chịu nén tốt nên gang dùng để làm các CTM làm việc với ứng suất nén. Tuy nhiên trong thực tế có thể xuất hiện trạng thái ứng suất phức tạp. Trong những trƣờng hợp này khả năng làm việc của gang bị giới hạn bởi phần chịu ứng suất kéo c. Phạm vi sử dụng: + Dùng để chế tạo các sản phẩm đúc có đặc điểm: + Kích thƣớc sản phẩm lớn + Kết cấu phức tạp + Không chịu va đập khi làm việc mà chỉ chịu nén là chủ yếu + Cần giảm rung động khi làm việc và có khả năng tự bôi trơn VD: thân máy, bệ máy, ổ trƣợt, bánh răng lớn và chịu tải trọng nhỏ, xi lanh, xéc măng trong ô tô xe máy. d. Kí hiệu * Theo tiêu chuẩn Nga: CЧ (Xờ che) với 2 số chỉ giới hạn bền kéo và giới hạn bền uốn. Đơn vị là KG/mm2 (Chú ý là kilogam lực KG; chứ không phải là kilogam: kg) VD: CЧ21-40 : là gang xám có σ k = 21 KG/mm2 = 210 N/mm2 σ u = 40 KG/mm2 = 400 N/mm2 - Các mác gang thƣờng dùng: CЧ12-28, CЧ15-32 , CЧ21-40 , CЧ24-44 ,CЧ36-58 * Theo TCVN: Kí hiệu GX kèm theo 2 số giống nhƣ của Nga Ký hiệu gang xám gồm 2 phần các chữ cái chỉ loại gang và nhóm số chỉ thứ tự độ bền kéo và bền uốn. Ví dụ : GX 21-40: là gang xám có :σk = 21 KG/mm2; σu = 40 KG/mm2. 10
Hiện nay thƣờng dùng các mác gang xám GX 12-28, GX 15-32 để chế tạo vỏ hộp số, nắp che, GX 28-48 để đúc bánh đỡ, thân máy hoặc GX 36-56, GX40-60 để chế tạo vỏ xi lanh. Kích thƣớc vật đúc bằng gang xám và trọng lƣợng của chúng rất khác nhau, có những chi tiết chỉ vài gam (vòng găng động cơ) cho đến vật đúc hàng trăm tấn (với thân máy lớn). Việc chọn mác gang đối với các điều kiện làm việc cụ thể đƣợc xác định bằng sự tổng hợp của cơ tính và tính công nghệ 1.2.3 G n b ến t n a. Thành phần: Thực chất của gang biến tính là gang xám có tấm Graphit thu nhỏ nhờ có thêm chất biến tính vào thành phần của gang trƣớc khi kết tinh nên nó có thành phần và tổ chức tƣơng tự gang xám b. Tính chất: - Có độ bền cao hơn gang xám c. Công dụng: - Dùng để chế tạo các chi tiết quan trọng nhƣ mâm cặp máy tiện, băng trƣợt của máy d. Kí hiệu: Tƣơng tự nhƣ kí hiệu của gang xám, thêm vào trƣớc một chữ M chỉ chất biến tính: MCЧ28-48 , MCЧ32-52. 1.2.4. G n ẻo G n ẻo là loại gang đƣợc chế tạo từ gang trắng, chúng có độ bền cao, độ dẻo lớn. dùng để chế tạo các chi tiết phức tạp và thành mỏng. Từ gang trắng ngƣời ta mang ủ (8500÷9000) sẽ tạo thành gang dẻo --> Đây là loại gang đƣợc dùng rộng rãi trong chế tạo máy nông nghiệp, ôtô, tàu thuỷ, động cơ điêzen,... Từ chúng ngƣời ta chế tạo các chi tiết có độ bền cao, làm việc trong điều kiện chịu va đập, ma sát và tải trọng động. a. Thành phần và tổ chức: * Thành phần: C = (2,2 ÷ 2,8)%; Si = (0,8 ÷ 1,4)%; Mn < 1,0%; S ≤ 0,1%; P ≤ 0,2% * Tổ chức tế vi: C tồn tại ở dạng tự do Graphit có dạng cụm bông. Nhận xét: Tổ chức của gang dẻo giống gang xám ở nền cơ bản, chỉ khác về dạng tồn tại Graphit. Graphit trong gang dẻo như các sợi bông cuốn lấy nhau thành cụm so với tấm Graphit của gang xám, các sợi nhỏ hơn nhiều nhưng vãn không thu gọn được như trong gang cầu vì thế cơ tính của gang dẻo cao hơn 11
gang xám nhưng thấp hơn gang cầu. * Theo tổ chức của nền kim loại ta có: + Gang dẻo Ferit. + Gang dẻo Peclit + Ferit. + Gang dẻo Peclit. b. Tính chất: - Do Graphit tập trung đều, gọn hơn nên gang dẻo có tính dẻo cao và độ bền cao hơn gang xám. - Giới hạn bền kéo σk = (300 ÷ 600) N/mm2; độ dãn dài tƣơng đối δ = (5 ÷ 10)% * Quá trình tạo gang dẻo: Đúc Gang lỏng Gang trắng Gang dẻo Nguội nhanh t0 = (860 – 900 0C) - Tính kinh tế: Chế tạo lâu, tốn thời gian và nhiệt nên giá thành đắt. Không nấu trực tiếp đƣợc mà chỉ chế tạo bằng cách ủ gang trắng. Vì vậy để có gang trắng cần khống chế thành phần chặt chẽ, lƣợng C càng thấp càng tốt. Tuy nhiên cũng không thể thấp quá vì rất khó nấu chảy. Thƣờng sử dụng C= (2,2 ÷ 2,8)%, Si = (0,8 ÷ 1,4)% là vừa, không gây ra sự Graphit hoá khi đúc nhƣng thúc đẩy sự Graphit hóa khi ủ. Ngoài ra khi đúc cần làm nguội nhanh để tránh Graphit hoá do đó thu đƣợc gang dẻo hoàn toàn. c. Công dụng: - Dùng để làm chi tiết máy có hình dạng phức tạp, tiết diện (thành) mỏng, chịu va đập Ví dụ: Các chi tiết máy nông nghiệp, động cơ DIEZEN, nồi hơi ... d. Ký hiệu: * Theo tiêu chuẩn Nga: KЧ(Ka che) với 2 số chỉ giới hạn bền kéo (KG/mm2) và độ dãn dài tƣơng đối (ký hiệu δ, đơn vị là %). VD: KЧ30-6 : Là gang dẻo có: σk = 30 KG/mm2 = 300N/mm2 δ = 6% Các mác gang thƣờng dùng: KЧ30-6, KЧ33-8, KЧ37-12, KЧ45-6, KЧ56-4,... * Theo TCVN: Kí hiệu GZ kèm theo 2 số giống nhƣ của Nga 1.2 5 G n ầu: Trong các loại gang đã học thì gang cầu có cơ tính tốt nhất, gang cầu có tổ chức nhƣ gang xám nhƣng Graphit có dạng thu nhỏ thành hình cầu. Gang cầu có độ bền rất cao vỡ có độ dẻo bảo đảm dùng để chế tạo các loại trục khuỷu, trục cán .v.v. 12
a. Thành phần và tổ chức tế vi: * Thành phần: C = (3,2 ÷3,6)%; Mn = ( 0,5 ÷1,0)%; Si ≤ (2,0 ÷ 3,0)%; S ≤ 0,35%; P ≤ 0.15% Mg = (0,04 ÷ 0,08)%; Thành phần phải có Mg nếu không có thì không đủ để Graphit cầu hoá. Nếu Mg >1% thì gang hoá trắng và trở nên dòn. * Tổ chức tế vi: C tồn tại ở dạng tự do, Graphit thu nhỏ hình cầu do có Mg hoặc Ce (Xeri). b. Tính chất: - Có độ dẻo dai và cấu trúc bền chặt do nền kim loại ít bị chia cắt. Do dạng Graphit có hình cầu nên trong gang ít chịu ứng suất tập trung. - Có cơ tính tổng hợp cao gần nhƣ thép C - Vừa có tính chất của gang, vừa có tính chất của thép. - Làm việc bền vững ở t0 = 4000C. (Gang xám t0 = 2000C) * Cách chế tạo: - Để chế tạo gang cầu phải nấu chảy gang xám và dùng phƣơng pháp biến tính đặc biệt gọi là cầu hoá để tạo ra Gritphit hình cầu (0,05 -0,1)% Mg hoặc Ce (Xeri) Gang lỏng Gang cầu - Ce (Xeri) có tác dụng cầu hoá Graphit mạnh hơn Mg nhƣng lại là nguyên tố hiếm nên chƣa đƣợc dùng rộng rãi. c. Công dụng: - Dùng để chế tạo các chi tiết máy quan trong thay cho thép: trục cán, trục khuỷu, thân tuốcbin và các chi tiết quan trong khác - Từ gang cầu có thể chế tạo trục cán nặng 12 tấn, thiết bị búa máy, dầm máy ép, xy lanh ... làm việc với tải trọng lớn và trong điều kiện chịu mài mòn. d. Kí hiệu: - Gang cầu đƣợc ký hiệu theo tiêu chuẩn Nga: BЧ (Bờche) với 2 số chỉ giới hạn bền kéo (σK đơn vị là KG/mm2) và độ giãn dài tƣơng đối (ký hiệu δ, đơn vị là %). VD: BЧ42- 12 Là gang cầu σk = 42KG/mm2 = 420 N/mm2 δ = 17% - Gang cầu đƣợc ký hiệu theo TCVN nhƣ sau: kí hiệu GC kèm theo 2 số giống nhƣ của Nga, Ví dụ: GC 42-12 : là loại gang cầu có :σk = 42 KG/mm2, 13
δ = 12%. Thƣờng có các loại: GC 45-15, GC 60-2, GC 50-2 …. 2. Thép 21 n mv tn t 2.1.1 n m Thép các bon là hợp kim của Fe và C, với C 1%: Nếu % C tăng, độ bền giảm. Nếu % C giảm, độ bền tăng. + C1%: Độ bền đạt giá trị cực đại - Độ dẻo (, ): + % C tăng thì độ dẻo giảm. + % C giảm thì độ dẻo tăng. 14
- Độ dai va đập(ak): + % C tăng thì độ dai giảm. + % C giảm thì độ dai tăng Thép có % C khác nhau sẽ dùng vào các mục đích khác nhau: Thép có C 0.25% tính dẻo cao, bền thấp dùng làm kết cấu xây dựng Thép có C = (0.3  0.5)% độ bền, cứng, dẻo khá cao dùng làm các chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh Thép có C = (0.5  0.65)% độ cứng, bền cao, giới hạn đàn hồi cao dùng làm các chi tiết yêu cầu độ đàn hồi cao. Thép có C  0.7% độ cứng và tính chống mòn cao dùng làm dụng cụ cắt, đo, khuôn dập… Mangan: Mangan cho vào thép dƣới dạng Phero mangan để khử Ôxi: FeO + Mn  MnO + Fe trong đó MnO là xỉ nổi lên - Hoặc cho Mn vào để loại trừ tác hại của lƣu huỳnh: FeS + Mn  MnS + Fe trong đó MnS cũng đƣợc theo xỉ ra ngoài khi luyện thép. - Mn hoà tan Ferit nâng cao cơ tính của pha này do vậy nâng cao độ bền của thép. Silic: phero Silic cho voà thép để khử Ôxi: 2FeO + Si  SiO2 + 2Fe và SiO2 đƣợc theo xỉ ra ngoài. Si hoà tan vào pherit nâng cao cơ tính của thép, lƣợng S i trong thép có từ 0.4% đến 0.5%. Phốt pho: là tạp chất có hại đối với thép, nó có khả năng hoà tan vào sắt làm cho thép dòn ở nhiệt độ thƣờng (dòn nguội). Do vậy phải hạn chế thấp nhất hàm lƣợng phốt pho(P = 0.05%). Phốt pho chỉ có lợi khi cần cải thiện tính cắt gọt của thép. Lưu huỳnh: Cũng là tạp chất có hại cho thép, nó kết hợp với sắt và thƣờng nằm ở biên giới hạt. Khi nung nóng thép để cán nó nóng chảy làm các hạt thép rời nhau, làm cho thép bị dòn nóng, vì vậy phải hạn chế lƣu huỳnh với hàm lƣợng
bởi vì chúng là những nguyên tố mà ngƣời ta không cố ý đƣa vào, mặt khác với một lƣợng ít nhƣ vậy, chúng không có ảnh hƣởng lớn đến tổ chức và cơ tính của hợp kim Fe - C, về cơ bản thép tạo thành có tổ chức phù hợp với giản đồ pha Fe - C. Ảnh hưởng của các tạp chất khí ôxi, Nitơ, Hiđro: Các nguyên tố này làm ảnh hƣởng tới cơ tính của thép, làm giảm độ dẻo, tăng dòn. 2.2. Thép các bon 2.2.1. T ép bon t ƣợn t ƣờn : * Thành phần: C = ( 0,1 ÷ 0,5)% ngoài ra còn có một số tạp chất nhƣ: Mn, Si, P, S (trong đó P = (0,04 ÷ 0,0)7%; S = (0,05 ÷ 0,06)% * Tính chất: + Có độ dẻo cao, độ cứng và độ bền thấp: HB = (130 ÷250);  = (10 ÷ 20)% + Tính nhiệt luyện kém (khó tăng cƣờng độ cứng bằng phƣơng pháp nhiệt luyện) * Ký hiệu: + Theo tiêu chuẩn Nga: CT với các số thứ tự 0,1,2,3,4,5,6. (số càng lớn thì hàm lƣợng C và độ bền càng lớn) Theo kinh nghiệm C đƣợc tính theo công thức: C = số thứ tự * 0,07% Ví dụ: CT3 có C = 3 x 0,07% = 0,21% + Theo tiêu chuẩn Việt nam: Theo TCVN 1765-75 nhóm thép này đƣợc ký hiệu bằng chữ CT với con số tiếp theo chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu (Kg/mm2) Ví dụ: CT38 có b = 38 kG/mm2 = 380 N/mm2 * Công dụng : Loại thép này cơ tính không cao, chỉ dùng để chế tạo các chi tiết máy, các kết cấu chịu tải trọng nhỏ. Thƣờng dùng trong ngành xây dựng, giao thông. Nhóm thép thông dụng này hiện chiếm tới 80% khối lƣợng thép dùng trong thực tế, thƣờng đƣợc cung cấp ở dạng qua cán nóng (tấm, thanh, dây, ống, thép hình: chữ U, I, thép góc, ...). 2.2.2. T ép bon kết u t ƣợn tốt ( t ép kết u): là loại thép có hàm lƣợng tạp chất S, P rất nhỏ, cụ thể: * Thành phần : C = (0,8 ÷ 0,85)%, lƣợng tạp chất nhỏ: lƣợng S ≤ 0,04%, P ≤ 0,035%, tính năng lý hoá tốt thuận tiện, hàm lƣợng cácbon chính xác và chỉ tiêu cơ tính rõ ràng. * Tính chất : - Về cơ tính: 16
+ Độ cứng HB = 130 ÷ 300 (thép cán); HB < 250 (thép ủ). + Độ bền: σb = (300 ÷1150) N/mm2 + Độ dãn dài tƣơng đối:  = (6 ÷33)% + Khi thành phần C trung bình từ (0,4 ÷ 0,5) % thép có cơ tính tổng hợp tốt hơn cả (Độ cứng, độ bền, độ giãn dài). - Độ thấm tôi thấp nên độ bền mòn thấp. * Kí hiệu : + Theo tiêu chuẩn Nga: gồm 2 chữ số 08,10,15,20...85 chỉ %C tính theo phần vạn. VD: Thép 45 là thép kết cấu chất lƣơng tốt có C = 0,45% + Theo TCVN 1766-75, nhóm thép này đƣợc ký hiệu bằng chữ C với con số chỉ hàm lượng Cácbon trung bình theo phần vạn. Ví dụ: thép C40 là thép các bon kết cấu với hàm lƣợng cácbon trung bình là 0,40%. * Công dụng : Dùng để chế tạo các chi tiết máy làm việc với tải trọng thấp và trung bình, yêu cầu độ chính xác không cao Thép cácbon kết cấu dùng để chế tạo các chi tiết máy chịu lực cao nhƣ các loại trục, bánh răng, lò xo v.v... Loại này thƣờng đƣợc cung cấp dƣới dạng bán thành phẩm với các mác thép sau: C08, C10, C15, C20, C30, C35, C40, C45, C50, C55, C60, C65, C70, C80, C85. - Nhóm thép 08,10,15,20,25 dùng chế tạo các chi tiết máy có tímh chịu uốn, xoắn,chịu mài mòn nếu đƣợc thấm C hoặc Nito. - Nhóm thép 30,35,40,45,50 dùng chế tạo các chi tiết có cơ tính tốt nhƣ trục, bánh răng… 2.2.3. T ép bon ụn ụ: * Thành phần: là loại thép có hàm lƣợng cácbon cao (0,70 -1,3%), có hàm lƣợng tạp chất P và S thấp (< 0,025%), là loại thép dùng để chế tạo dụng cụ cắt, dụng cụ đo kiểm. Yêu cầu đối với C làm dụng cụ: - Phải có độ cứng cao, khoảng (60 ÷ 65) HRC. - Phải có tính chống mài mòn cao. - Tính cứng nóng cao. - Có độ bền cao, chịu đƣợc lực va đập. - Tính truyền nhiệt tốt. - Tính công nghệ tốt: dễ gia công, dễ mài sửa, tính nhiệt luyện cao. * Tính chất: + Độ cứng sau khi tôi đạt từ (60 ÷ 65) HRC 17
+ Tính cứng nóng đạt ở nhiệt độ 2000C + Độ thấm tôi nhỏ * Kí hiệu: + Theo tiêu chuẩn Nga: Chữ Y kèm theo con số chỉ lƣợng cacbon tính theo phần nghìn. Nếu có thêm chữ A ở cuối kí hiệu là chỉ thép có chất lƣợng tốt VD: Y8 là thép C dụng cụ C = 0,8% Y12A là thép C dụng cụ tốt có C = 1,2% + Theo TCVN 1822-76, nhóm thép này đƣợc ký hiệu bằng chữ CD với con số chỉ lƣợng cácbon trung bình theo phần vạn, thêm chữ A chỉ chất lƣợng tốt Ví dụ: CD70 là thép cácbon dụng cụ có 0,70% C. Loại thép này gồm các mác thép: CD70, CD80, CD90,...CD130 tƣơng đƣơng với thép Liên xô là: Y7, Y8, Y9, ...Y13. VD : CD8 Y8; CD120A Y12A * Công dụng: Thép C dụng cụ tuy có độ cứng cao sau khi nhiệt luyện nhƣng chịu nhiệt thấp nên chỉ dùng để chế tạo dụng cụ cắt với tốc độ cắt thấp và trung bình nhƣ dũa, ta rô, bàn ren, đục nguội... hay các loại khuôn dập, ngoài ra còn làm dụng cụ đo kiểm yêu cầu độ chính xác không cao. 2.2.4. T ép C bon ó ôn ụn r ên : a. Thép lò xo: * Yêu cầu: Đặc điểm của lò xo, nhíp và các chi tiết đàn hồi khác là không bị biến dạng dẻo dƣới tác động của tải trọng. Vì vậy với loại thép này cần có: - Có giới hạn đàn hồi và giới hạn mỏi cao, cần có độ dai va đập tốt. - Lƣợng C thích hợp là (0.5  0.65)% - Các nguyên tố chủ yếu của thép lò xo là: Mn, Si, ngoài ra còn có Cr, Ni, V.. để tăng tính thấm tôi và ổn định đàn hồi. * Các số hiệu thép lò so: - Làm lò so thƣờng sẽ dùng các loại: 65,70,75,80,85,60Г, 65Г; 70Г (Đọ 70 Ghe) - Làm nhíp, lõ so trong ôtô, máy kéo: 55C2; 62C2, 70C2. - làm các loại nhíp ôtô nhỏ, lò so Supap và các loại quan trọng khác: 50XГA, 60C2XA (làm việc tới nhiệt độ 3000c) b. Thép ổ lăn: * Yêu cầu: - Phải có độ cứng cao chịu mài mòn tốt; - Tổ chức đồng nhất; 18
đặc điểm: có hàm lƣợng C cao (C1%); Có ít tạp chất phi kim loại. Thép đƣợc hợp kim hoá bằng Cr (0.6  1.5)% đôi khi còn có cả Mn, Si để tăng độ thấm tôi. * Kí hiệu: Theo tiêu chuẩn Nga: kí hiệu chữ ωX (đọc: Xakha)và con số kèm theo chỉ hàm lƣợng Crom tính theo phần ngàn. Ví dụ: ωX15: Là thép ổ lăn có C= 1%; Cr = 1.5%. các loại thƣờng dùng: ωX6; ωX9; ωX15; ωX15C c. Thép không gỉ: * Khái niệm: Là loại thép có tính chống ăn mòn cả trong không khí bình thƣờng và các môi trƣờng khác nhƣ Kiềm, Axit. * Đặc điểm: - Thành phần C thấp (Thành phần pha Cacbit trong thép càng ít thì dòng điện ăn mòn càng ít). - Thành phần hợp kim cao (>12%). Cr2O3 * Các loại thường dùng: - 12X13;20X13: Chế tạo chi tiết máy chịu ăn mòn cao nhƣ cánh tuoc bin, xupap… - 30X13; 40X13: sau khi tôi và ram cao dùng làm các chi tiết dụng cụ đo, ổ lăn, đồng hồ đo… - X17; X25 Г; X28 Dùng chế tạo các chi tiết trong công nghệ thực phẩm… - X18H9; 12X18H9: Dùng rất rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày. Ngoài ra còn sử dụng một số thép dùng trong công dụng riêng: + Thép làm đường ray: Cần có độ bền vỡ khả năng chịu mài mòn cao đó là loại thép cácbon chất lƣợng cao có hỡm lƣợng C và Mn cao (0,50 ÷ 0,8)% C, (0,6 ÷ 1,0)% Mn). Khi đƣờng ray hỏng có thể dùng để chế tạo các chi tiết vỡ dụng cụ nhƣ đục, dao, nhíp, dụng cụ gia công gỗ,... + Dây thép các loại: dây thép cácbon cao và đƣợc biến dạng lớn khi kéo nguội (d = 0,1mm), giới hạn bền kéo có thể đạt đến (400 ÷ 450) kG/mm2. Dây thép cácbon thấp thƣờng đƣợc mạ kẽm hoặc thiếc dùng làm dây điện thoại và trong sinh hoạt. Dây thép có thành phần (0,5 ÷ 0,7)% C dùng để cuốn thành các lò xo tròn. Trong kỹ thuật còn dùng các loại dây cáp có độ bền cao đƣợc bện từ các sợi dây thép nhỏ. + Thép lá để dập nguội: có hàm lƣợng cácbon và Si nhỏ (0,05 ÷ 0,2)% C và (0,07 ÷ 0,17)% Si. Để tăng khả năng chống ăn mòn trong khí quyển, các tấm thép lá mỏng có thể đƣợc tráng Sn (gọi là sắt tây) hoặc tráng Zn (gọi lỡ tôn tráng kẽm). 19
2 3 T ép ợp k m 2.3.1 n mv tn t un a. Khái niệm Thép hợp kim là loại thép mà ngoài sắt, cácbon và các tạp chất ra, ngƣời ta còn cố ý đƣa vào các nguyên tố đặc biệt với một lƣợng nhất định để làm thay đổi tổ chức và tính chất của thép để hợp với yêu cầu sử dụng. Các nguyên tố đặc biệt mà đƣa vào thƣờng là nguyên tố hợp kim là: Cr, Ni, Mn, Si, W, V, Mo, Ti, Nb, Cu,...với hàm lƣợng nhƣ sau: Nguyên tố Mn Si Cr Ni W B % 0,8-1,0 0,5 - 0,8 0,2 - 0,8 0,2 - 0,6 0,1- 0,6 > 0,002 Nguyên tố Mo Ti V Nb Cu % 0,05 - 0,2 > 0,1 > 0,1 > 0,1 > 0,1 Trong thép hợp kim, lƣợng chứa các tạp chất có hại nhƣ S, P và các khí ôxy, hyđrô, nitơ là rất thấp so với thép cácbon. b. Các tính chất của thép hợp kim Thép hợp kim nói chung khó chế tạo và cũng đắt hơn thép các bon. Song, thép hợp kim có nhiều ƣu điểm vƣợt xa so với thép các bon. Có thể tóm tắt ở mấy điểm sau : * Về cơ tính: thép hợp kim nói chung có độ bền cao hơn so với thép cácbon, thể hiện đặc biệt rõ ràng sau khi nhiệt luyện (tôi và ram), khi hợp kim hoá độ thấm tôi của thép đƣợc cải thiện rất nhiều so với thép cácbon, hàm lƣợng hợp kim càng cao, ƣu việt này càng rõ. Chính vì lý do đó cần chú ý : - Nếu thép hợp kim đƣợc sử dụng ở trạng thái không nhiệt luyện, ví dụ, trạng thái ủ, độ bền của nó sẽ không cao hơn nhiều so với thép cácbon. Và do vậy hiệu quả kinh tế sẽ rất thấp. - Sau khi nhiệt luyện, thép hợp kim có thể đạt đƣợc độ bền rất cao, nhƣng cùng với sự tăng độ bền, độ dẻo và độ dai lại giảm đi, do vậy phải chú ý tới mối quan hệ này để xác định cơ tính thích hợp. - Cùng với sự tăng mức độ hợp kim hoá, tính công nghệ của thép sẽ xấu đi. * Về tính chịu nhiệt: là khả năng duy trì đƣợc độ cứng cao ở nhiệt độ cao. Thép các bon chỉ có độ cứng nóng thấp, chỉ đảm bảo khi làm việc dƣới 2000C. Thép hợp kim có độ cứng nóng khá cao cho phép làm việc tới hàng ngàn 0 C. Dĩ nhiên muốn đạt đƣợc tính chất này, thép cần đƣợc hợp kim hoá bằng một số nguyên tố với hàm lƣợng tƣơng đối cao. Ƣu việt này của thép hợp kim đƣợc ứng dụng trong thép dụng cụ và thép bền nóng. 20