Giáo trình Vật liệu cơ khí (Nghề: Công nghệ ô tô - CĐ/TC) - Trường Cao đẳng nghề Hà Nam (năm 2020)

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

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 3
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) được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Trình bày được đặc điểm, tính chất, ký hiệu và phạm vi ứng dụng của một số loại vật liệu cơ khí và vật liệu điện thường dùng; trình bày được đặc điểm, tính chất của một số loại nhiên liệu, dầu, mỡ bôi trơn thường dùng. 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 (năm 2020)

SỞ LAO ĐỘNG- THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI HÀ NAM TRƯỜNG 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: 234 /QĐ- Hà Nam, ngày 05 tháng 8 năm 2020 của Trường Cao đẳng nghề Hà Nam Hà Nam, năm 2020 1
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 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 dưỡng, 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 được biên soạn, nội dung giáo trình bao gồm ba chương: Chương I. Gang và Thép Chương II. Kim loại màu và hợp kim màu Chương III. Nhiên liệu dầu mỡ bôi trơn Kiến thức trong giáo trình được biên soạn theo chương trình dạy nghề đã được Trường 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, người đọc có thể hiểu một cách dễ dàng các nội dung trong chương trình. Mỗi Chương được 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 được sử dụng trên ô tô. Mặc dù đã rất cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận được ý kiến đóng góp của người đọc để lần xuất bản sau giáo trình được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nam, ngày…..tháng…. năm 2020 Tham gia biên soạn 1 ThS. Nguyễn Thị Thu Hằng Chủ biên . 2 ThS. Nguyễn Đình Hoàng Phó chủ biên . 3
MỤC LỤC TT ĐỀ MỤC TRANG 1 Lời giới thiệu 3 2 Mục lục 4 3 Chương 1: Gang và thép 4 Chương 2: Kim loại màu và hợp kim màu 5 Chương 3: Nhiên liệu dầu mỡ bôi trơn 6 Tài liệu tham khảo 4
GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Vật liệu cơ khí Mã số môn học: MH 11 Vị trí, tính chất của môn học : - Vị trí: môn học được 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. Mục tiêu môn học - Về kiến thức: + Trình bày được đặc điểm, tính chất, ký hiệu và phạm vi ứng dụng của một số loại vật liệu cơ khí và vật liệu điện thường dùng; + Trình bày được đặc điểm, tính chất của một số loại nhiên liệu, dầu, mỡ bôi trơn thường dùng. - Về kỹ năng: + Nhận biết được 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 được chất lượng sản phẩm sau khi hoàn thành và kết quả thực hiện của các thành viên trong nhóm. Nội dung môn học: 5
CHƯƠNG 1: GANG VÀ THÉP Mã chương: MH11-01 Giới thiệu: Gang và thép là 2 vật liệu quan trọng và sử dụng phổ biến trong vật liệu ngành cơ khí Mục tiêu: - Phát biểu được đặc điểm, cấu tạo, tính chất của gang, thép. - Nhận biết được một số loại gang, thép. Nội dung chính: 2. Gang và thép 2.1. Gang 2.1.1. Khái niệm và tính chất 2.1.1.1. Khái niệm Gang là hợp kim của sắt và các bon với lượng Cácbon C = (2,14 ÷ 6,67)%. Ngoài ra còn có một số tạp chất như 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 nhưng 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 được dùng rộng rãi trong công nghiệp. 2.1.1.2. Tính chất 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 như những lố hổng có sẵn trong gang, là nơi tập trung ứng suất lớn làm gang kém bền. Tuy nhiên Graphit có ảnh hưởng tốt đến cơ tính như 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 hưởng. 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 được. 2.1.2. Các loại gang thường dùng * Một số loại gang thường gặp sau: 6
+ Gang trắng: rất cứng và dòn, có tính cắt gọt tốt, thường dùng làm nguyên liệu luyện thép, chế tạo các chi tiết máy như: 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, thường 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 thường được 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 người 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: Người ta dùng chất Graphit biến tính trong gang tồn tại ở dạng xoắn, phần còn lại hình cầu, gang như vậy dễ đúc, có độ bền cao hơn gang xám nhưng kém hơn gang cầu, thường dùng để chế tạo các CTM chịu lực và chịu nhiệt độ cao: xi lanh, xecmăng, phanh tầu cao tốc,... 2.1.2.1 Gang trắng: Trong ngành chế tạo máy, các chi tiết như bi nghiền, mặt ngoài của trục nghiền, trục cán, lưỡi cày, vành ngoài bánh xe lửa, xe goòng ... đều được 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 như 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 + 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: Phương 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. 7
- 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 lượng 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 như : Bi nghiền, bề mặt trục cán, mép lưỡi cày, bề mặt vành bánh xe lu - Dùng để sản xuất thép, một phần dùng để ủ thành gang dẻo 2.1.2.2 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 như bánh răng cỡ lớn, xilanh, xéc măng trong ô tô, xe máy... những chi tiết đó thường chế tạo từ gang xám. Trong gan g xám có thể chứa một hàm lượng không lớn Cr, Ni, Cu, chúng được đưa vào từ quặng. Hầu như các nguyên tố này đều ảnh hưởng đến điều kiện Graphit hoá, số lượng Graphit, tổ chức của kim loại nền và do vậy ảnh hưởng 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)% * Tổ chức tế vi: - Phần lớn C tồn tại ở dạng tự do, Graphit có dạng tấm, phiến cong tự nhiên. - Kích thước của tấm, phiến có liên quan đến độ bền của gang. Vì độ bền của Graphit rất nhỏ, có thể coi như không đáng kể cho nên người ta xem Graphit như 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 như thay đổi hình dáng kích thước tấm Graphit để nâng cao độ bền của gang. 8
* Phân loại: Tuỳ theo mức độ tạo thành Graphit mạnh hay yếu mà gang xám được chia làm các loại: + Gang xám Ferit: mức độ tạo thành Graphit mạnh nhất, với tổ chức Ferit + Graphit. Toàn bộ C nằm dưới dạng tự do, không có Xementit. Pherit grafit + Gang xám Ferit + Peclit: mức độ tạo thành Graphit mạnh, lượng 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 thường, lượng 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, gọi là gang xám. Pec lit + Dẫn điện, dẫn nhiệt kém + Nhiệt độ nóng chảy thấp grafit * 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 được 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 hưởng, 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 trường hợp này khả năng làm việc của gang bị giới hạn bởi phần chịu ứng suất kéo 9
c. Phạm vi sử dụng: + Dùng để chế tạo các sản phẩm đúc có đặc điểm: + Kích thước SP’ 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 trượt, 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 thường dùng: CЧ12-28, CЧ15-32 , CЧ21-40 , CЧ24-44 ,CЧ36-58 * Theo TCVN: Kí hiệu GX kèm theo 2 số giống như 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. Hiện nay thường 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 thước vật đúc bằng gang xám và trọng lượng 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 được xác định bằng sự tổng hợp của cơ tính và tính công nghệ 2.1.2.3 Gang biến tính 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 trước khi kết tinh nên nó có thành phần và tổ chức tương 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 như mâm cặp máy tiện, băng trượt của máy d. Kí hiệu: Tương tự như kí hiệu của gang xám, thêm vào trước một chữ M chỉ chất biến tính 10
MCЧ28-48 , MCЧ32-52. 2.1.2.4. Gang dẻo Gang dẻo là loại gang được 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 người ta mang ủ (850 0÷9000) sẽ tạo thành gang dẻo --> Đây là loại gang được dùng rộng rãi trong chế tạo máy nông nghiệp, ôtô, tàu thuỷ, động cơ điêzen,... Từ chúng người 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 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 tương 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 được mà chỉ chế tạo bằng cách ủ gang trắng. Vì vậy để có gang trắng cần khống chế thành phần chặt chẽ, lượng C càng thấp càng tốt. Tuy nhiên cũng không thể thấp quá vì rất khó nấu chảy. Thường sử dụng C= (2,2 ÷ 2,8)%, Si = (0,8 ÷ 1,4)% là vừa, không gây ra sự Graphit hoá khi đúc nhưng thúc đẩy sự Graphit hóa khi ủ. Ngoài ra khi đúc cần làm nguội nhanh để tránh Graphit hoá do đó thu được 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: 11
* Theo tiêu chuẩn Nga: KЧ(Ka che) với 2 số chỉ giới hạn bền kéo (KG/mm2) và độ dãn dài tương 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 thường dùng: KЧ30-6, KЧ33-8, KЧ37-12, KЧ45-6, KЧ56-4,... * Theo TCVN: Kí hiệu GZ kèm theo 2 số giống như của Nga 2.1.2.5 Gang cầu: * Trong các loại gang đã học thì gang cầu có cơ tính tốt nhất, gang cầu có tổ chức như gang xám nhưng 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. 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 như 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 phương 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 nhưng lại là nguyên tố hiếm nên chưa được 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: 12
- Gang cầu được 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 tương đối (ký hiệu δ, đơn vị là %). VD: BЧ42- 12 Là gang cầu σk = 42KG/mm2 = 420 N/mm2 δ = 17% - Gang cầu được ký hiệu theo TCVN như sau: kí hiệu GC kèm theo 2 số giống như của Nga, Ví dụ: GC 42-12 : là loại gang cầu có :σk = 42 KG/mm2, δ = 12%. Thường có các loại: GC 45-15, GC 60-2, GC 50-2 …. 2.2. Thép 2.2.1. Khái niệm và tính chất 2.2.1.1 Khái niệm: Thép các bon là hợp kim của Fe và C, với C
+ Độ bền(b): - C 1%: Nếu % C tăng, độ bền tăng. Nếu % C giảm, độ bền giảm. - 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. + 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 dưới 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 lưu huỳnh: FeS + Mn  MnS + Fe trong đó MnS cũng được 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 được theo xỉ ra ngoài. Si hoà tan vào pherit nâng cao cơ tính của thép, lượng 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 thường (dòn nguội). Do vậy phải hạn chế thấp nhất hàm lượng 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 thường 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 lưu huỳnh với hàm lượng
0.3% cho mỗi nguyên tố song tổng lượng của chúng không vượt quá 0.5%. Ngoài ra còn lượng Vonfram, Môlipđen, Titan  0.05% cho mỗi nguyên tố. Tuy nhiên xu thế tái chế các loại thép hiện nay càng tăng nên lượng cho phép của một số nguyên tố trên cũng tăng. Song dẫu sao cũng coi chúng là những tạp chất bởi vì chúng là những nguyên tố mà người ta không cố ý đưa vào, mặt khác với một lượng ít như vậy, chúng không có ảnh hưởng 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 hưởng tới cơ tính của thép, làm giảm độ dẻo, tăng dòn. 2.2.2. Thép các bon 2.2.2. 1. Thép cácbon chất lượng thường: * Thành phần: C = ( 0,1 ÷ 0,5)% ngoài ra còn có một số tạp chất như: 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 cường độ cứng bằng phương 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 lượng C và độ bền càng lớn) Theo kinh nghiệm C được 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 được 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. Thường dùng trong ngành xây dựng, giao thông. Nhóm thép thông dụng này hiện chiếm tới 80% khối lượng thép dùng trong thực tế, thường được cung cấp ở dạng qua cán nóng (tấm, thanh, dây, ống, thép hình: chữ U, I, thép góc, ...). 2.2.2.2. Thép cacbon kết cấu chất lượng tốt ( thép kết cấu): - là loại thép có hàm lượng tạp chất S, P rất nhỏ, cụ thể: * Thành phần : C = (0,8 ÷ 0,85)%, lượng tạp chất nhỏ: lượng S ≤ 0,04%, P ≤ 0,035%, tính năng lý hoá tốt thuận tiện, hàm lượng cácbon chính xác và chỉ tiêu cơ tính rõ ràng. * Tính chất : - Về cơ tính: + Độ cứng HB = 130 ÷ 300 (thép cán); HB < 250 (thép ủ). + Độ bền: σb = (300 ÷1150) N/mm2 + Độ dãn dài tương đối:  = (6 ÷33)% 15
+ 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 lương tốt có C = 0,45% + Theo TCVN 1766-75, nhóm thép này được 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 lượng 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 như các loại trục, bánh răng, lò xo v.v... Loại này thường được cung cấp dưới 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 được thấm C hoặc Nito. - Nhóm thép 30,35,40,45,50 Dùng chế tạo các chi tiết có cơ tính tốt như trục, bánh răng… 2.2.2.3. Thép các bon dụng cụ: * Thành phần: là loại thép có hàm lượng cácbon cao (0,70 -1,3%), có hàm lượng 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 được 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 + 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 lượng cacbon tính theo phần nghìn. Nếu có thêm chữ A ở cuối kí hiệu là chỉ thép có chất lượng 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 được ký hiệu bằng chữ CD với con số chỉ lượng cácbon trung bình theo phần vạn, thêm chữ A chỉ chất lượng tốt 16
Ví dụ: CD70 là thép cácbon dụng cụ có 0,70% C. Loại thép này gồm các mác thép: CD70, CD80, CD90,...CD130 tương đương 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 nhưng chịu nhiệt thấp nên chỉ dùng để chế tạo dụng cụ cắt với tốc độ cắt thấp và trung bình như 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. 2.2.2.4. Thép Cácbon có công dụng riêng: 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 dưới 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. -Lượng 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 thường sẽ dùng các loại: 65,70,75,80,85,60Г, 65Г; 70Г (Đọc là 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: 1-Yêu cầu: Phải có độ cứng cao chịu mài mòn tốt; Tổ chức đồng nhất; đặc điểm: có hàm lượng C cao(C1%); Có ít tạp chất phi kim loại. Thép được hợp kim hoá bằng Cr(0.6  1.5)% đôi khi còn có cả Mn, Si để tăng độ thấm tôi. 2- Kí hiệu: Theo tiêu chuẩn Nga: kí hiệu chữ ωX (đọc: Xakha)và con số kèm theo chỉ hàm lượng Crom tính theo phần ngàn. Ví dụ: ωX15: Là thép ổ lăn có C= 1%; Cr = 1.5%. các loại thường dùng: ωX6; ωX9; ωX15; ωX15C c/ Thép không gỉ: Khái niệm:Là loại thép có tính chống ăn mòn cả trong không khí bình thường và các môi trường khác như 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: 17
12X13;20X13: Chế tạo chi tiết máy chịu ăn mòn cao như 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 lượng cao có hỡm lượng C và Mn cao (0,50 ÷ 0,8)% C, (0,6 ÷ 1,0)% Mn). Khi đường ray hỏng có thể dùng để chế tạo các chi tiết vỡ dụng cụ như đục, dao, nhíp, dụng cụ gia công gỗ,... + Dây thép các loại: dây thép cácbon cao và được 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 thường được 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 được bện từ các sợi dây thép nhỏ. + Thép lá để dập nguội: có hàm lượng 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 được tráng Sn (gọi là sắt tây) hoặc tráng Zn (gọi lỡ tôn tráng kẽm). 2.2.3. Thép hợp kim 2.2.3.1 Khái niệm và tính chất chung Khái niệm Thép hợp kim là loại thép mà ngoài sắt, cácbon và các tạp chất ra, người ta còn 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 để hợp với yêu cầu sử dụng. Các nguyên tố đặc biệt mà đưa vào thường là nguyên tố hợp kim là: Cr, Ni, Mn, Si, W, V, Mo, Ti, Nb, Cu,...với hàm lượng như sau: Nguyên Mn Si Cr Ni W B tố % 0,8- 0,5 - 0,2 - 0,2 - 0,6 0,1- 0,6 > 0,002 1,0 0,8 0,8 Nguyên Mo Ti V Nb Cu tố % 0,05 - > 0,1 > 0,1 > 0,1 > 0,1 0,2 Trong thép hợp kim, lượng chứa các tạp chất có hại như S, P và các khí ôxy, hyđrô, nitơ là rất thấp so với thép cácbon. 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 ưu điểm vượt xa so với thép các bon. Có thể tóm tắt ở mấy điểm sau : 18
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 được cải thiện rất nhiều so với thép cácbon, hàm lượng hợp kim càng cao, ưu việt này càng rõ. Chính vì lý do đó cần chú ý : - Nếu thép hợp kim được 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 được độ bền rất cao, nhưng 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 được độ cứng cao ở nhiệt độ cao. Thép các bon chỉ có độ cứng nóng thấp, chỉ đảm bảo khi làm việc dưới 2000C. Thép hợp kim có độ cứng nóng khá cao cho phép làm việc tới hàng ngàn 0C. Dĩ nhiên muốn đạt được tính chất này, thép cần được hợp kim hoá bằng một số nguyên tố với hàm lượng tương đối cao. Ưu việt này của thép hợp kim được ứng dụng trong thép dụng cụ và thép bền nóng. Tính công nghệ: Thép hợp kim có ưu điểm về tính công nghệ nổi bật nhất là có tính thấm tôi cao, nhờ vậy bằng cách nhiệt luyện có thể cải thiện đáng kể cơ tính của thép.Tuy nhiên thép hợp kim nói chung khó cắt gọt, tính đúc, tính hàn nói chung đều kém thép cacbon. Về các tính chất vật lý và hoá học đặc biệt: Thép cácbon bị oxy hoá trong không khí, bị ăn mòn mạnh trong các môi trường axít, bazơ và muối,... Bằng cách hợp kim hoá các nhà khoa học đó tạo ra nhiều loại thép rất đặc biệt như : thép không gỉ, thép có tính giòn nở nhiệt và đàn hồi đặc biệt, thép có từ tính cao và thép không có từ tính... Như vậy có thể nói rằng, nguyên tố hợp kim có tác dụng rất tốt, thép hợp kim là vật liệu không thể thiếu được trong chế tạo máy, dụng cụ, thiết bị nhiệt điện, công nghiệp hoá học... Nó thường được làm các chi tiết quan trọng, nhất là trong điều kiện làm việc nặng. Ký hiệu thép hợp kim: * Theo tiêu chuẩn LX: Ký hiệu thép hợp kim bằng 1 hệ thống chữ và số. Các chữ đầu dùng để ký hiệu các nguyên tố hợp kim, thường từ các chữ cái đầu tiên trong tên hoá học của Nga. 19
Tên Ký hiệu Tên Ký Tên Ký Tên Ký hiệu hiệu hiệu Crôm X Titan T Bo P Vonfram B Mangan Γ Nhôm Ю Niôbi Б Silic C Nitơ A Vanadi Ø Niken H Đồng Д Môlipden M Zieconi Π Côban K Đất Ч hiếm Ký hiệu thép hợp kim gồm 3 thành phần: - Thành phần 1: là con số đứng đầu ký hiệu chỉ hàm lượng C, nếu: + Không có chữ số nào là chỉ C ≈ 1%. + Có số 0 đứng trước là chỉ < 0,1 %. + Có một con số chỉ C tính theo phần nghìn (thép dụng cụ). + Có hai con số chỉ C tính theo phần vạn (thép kết cấu). - Thành phần 2: là các con số đứng sau chữ cái chỉ % các nguyên tố hợp kim. Nếu % nguyên tố hợp kim ≤ 1% thì không ghi số. - Thành phần 3: nếu có chữ A đứng cuối ký hiệu là chỉ thép có chất lượng tốt. Ví dụ: - 9XC2 Là thép hợp kim dụng cụ (Crom - Silic) có: C = 0,9%, Cr = 1%, Si = 2%. - 38XHØ3A Là thép hợp kim kết cấu chất lượng tốt(Crom – Niken-vanadi), có: C= 0,38%, Cr = 1%, Ni = 1%, V = 3%. - XΓ Là thép hợp kim dụng cụ(Crom - mangan) có: C = 1%, Mn = 1%. * Theo tiêu chuẩn VN: được ký hiệu bằng hệ thống chữ và số. Trong đó, chữ là chính ký hiệu hoá học của nguyên tố hợp kim để chỉ sự có mặt của nó. Số đứng đầu mác thép để chỉ hàm lượng C theo phần vạn và số sau mỗi chữ để chỉ phần trăm trung bình nguyên tố hợp kim đó. Chữ A đứng sau cùng mác thép có nghĩa là thép chất lượng cao, hàm lượng P, S là tối thiểu (0,025% mỗi loại). Ví dụ mác thép 18Cr2Ni4MoA(18X2H4MA) có ý nghĩa: thép hợp kim(crom – Niken - molipden) có chứa 0,18%C; 2%Cr; 4%Ni; 0,4%Mo; khi hàm lượng nguyên tố hợp kim