Giáo trình Vật liệu cơ khí - Nghề: Hàn - Trình độ: Cao đẳng nghề - CĐ Nghề Giao Thông Vận Tải Trung Ương II

Chia sẻ: Cuahuynhde Cuahuynhde | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:80

Thêm vào BST

Báo xấu

69
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Nội dung Giáo trình Vật liệu cơ khí gồm có 2 phần được trình bày như sau: Phần 1 Vật liệu kim loại và nhiệt luyện gồm: những tính chất chung của kim loại, gang, thép, kim loại màu và hợp kim màu,...Phần 2 Vật liệu phi kim loại gồm các tính chất và công dụng của những vật liệu phi kim loại thường dùng trong ngành chế tạo cơ khí,...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Vật liệu cơ khí - Nghề: Hàn - Trình độ: Cao đẳng nghề - CĐ Nghề Giao Thông Vận Tải Trung Ương II

0 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRUNG ƯƠNG II ..............o0o.............. Gi¸o tr×nh M«n häc: vËt liÖu c¬ khÝ M· sè: MH 09 NghÒ: hµn Tr×nh ®é cao ®¼ng nghÒ (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Hải Phòng, năm 2011
1 Lêi Nãi ®Çu §Ó ®¸p øng nhu cÇu vÒ tµi liÖu häc tËp cho sinh viªn vµ t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho gi¸o viªn khi gi¶ng d¹y m«n häc “VËt liÖu c¬ khÝ”. Tæ m«n vËt liÖu thuéc khoa kü thuËt c¬ së ®· biªn so¹n gi¸o tr×nh “VËt liÖu c¬ khÝ”. Gi¸o tr×nh ®-îc biªn so¹n theo ch-¬ng tr×nh khung Quèc gia nghÒ Hµn, tr×nh ®é Cao ®¼ng nghÒ. Néi dung gåm hai phÇn: PhÇn thø nhÊt: VËt liÖu kim lo¹i vµ nhiÖt luyÖn gåm: nh÷ng tÝnh chÊt chung cña kim lo¹i, gang, thÐp, kim lo¹i mµu vµ hîp kim mµu, sù biÕn ®æi tÝnh chÊt cña kim lo¹i khi nhiÖt luyÖn vµ c¸c ph-¬ng ph¸p nhiÖt luyÖn. PhÇn thø hai: VËt liÖu phi kim lo¹i gåm c¸c tÝnh chÊt vµ c«ng dông cña nh÷ng vËt liÖu phi kim lo¹i th-êng dïng trong ngµnh chÕ t¹o c¬ khÝ nh- polyme, caosu, chÊt dÎo, dÇu mì b«i tr¬n. Trong qu¸ tr×nh biªn so¹n, tæ m«n ®· tham kh¶o nhiÒu tµi liÖu vËt liÖu c¬ khÝ cña c¸c tr-êng d¹y nghÒ, gi¸o tr×nh cña tr-êng ®¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi vµ nhiÒu tµi liÖu kh¸c MÆc dï ®¨ cã nhiÒu cè g¾ng, song kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu sãt. RÊt mong ®-îc ®ång nghiÖp vµ b¹n ®äc gãp ý kiÕn ®Ó tËp tµi liÖu nµy ngµy cµng hoµn chØnh h¬n. Xin ch©n thµnh c¶m ¬n! Th¸ng 5 n¨m 2011 Tæ m«n
2 PhÇn 1 - VËt liÖu kim lo¹i vµ nhiÖt luyÖn Ch-¬ng 1: Lý thuyÕt vÒ hîp kim 1.1. Kh¸i niÖm vÒ hîp kim 1.1.1 §Þnh nghÜa hîp kim Hîp kim lµ s¶n phÈm nÊu ch¶y cña hai hay nhiÒu nguyªn tè mµ c¸c nguyªn tè chñ yÕu lµ kim lo¹i vµ hîp kim cã tÝnh chÊt cña kim lo¹i.( DÉn ®iÖn, dÉn nhiÖt cao, dÎo, dÔ biÕn d¹ng, cã ¸nh kim) VD: lat«ng : Cu vµ Zn ( 2 kim lo¹i ) Trong thµnh phÇn cña hîp kim còng cã thÓ cã mét l-îng nhá c¸c nguyªn tè ¸ kim. VD : ThÐp vµ gang : Fe vµ C ( 1 kim lo¹i vµ 1 ¸ kim) 1.1.2 ¦u vµ nh-îc ®iÓm. C¸c kim lo¹i nguyªn chÊt thÓ hiÖn râ -u viÖt trong dÉn nhiÖt, dÉn ®iÖn v× chóng cã c¸c chØ tiªu nµy cao nhÊt nh- c¸c d©y dÉn ®iÖn ®Òu ®-îc lµm b»ng nh«m, ®ång nguyªn chÊt. Tuy nhiªn trong chÕ t¹o c¬ khÝ, thiÕt bÞ, ®å dïng... c¸c vËt liÖu ®em dïng th-êng lµ hîp kim v× so víi c¸c kim lo¹i nguyªn nh©n nã cã c¸c ®Æc tÝnh phï hîp h¬n vÒ sö dông, gia c«ng vµ kinh tÕ. 1. Tr-íc hÕt c¸c vËt liÖu c¬ khÝ ph¶i cã ®é bÒn cao ®Ó chÞu ®-îc t¶i cao khi lµm viÖc nh-ng ®ång thêi còng kh«ng ®-îc gißn ®Ó dÉn ®Õn ph¸ huû. C¸c kim lo¹i nguyªn chÊt nãi chung rÊt dÎo (rÊt dÔ d¸t máng, kÐo sîi ngay ë tr¹ng th¸ i nguéi - nhiÖt ®é th-êng) nh-ng cã ®é bÒn, ®é cøng, tÝnh chèng mµi mßn kÐm xa hîp kim (tõ vµi ba ®Õn hµng chôc lÇn). Nhê vËy khi dïng hîp kim tuæi bÒn cña m¸y, kÕt cÊu t¨ng lªn gÊp béi. Tuy nhiªn ®é bÒn, ®é cøng t¨ng lªn th-êng dÉn ®Õn lµm gi¶m ®é dÎo, ®é dai g©y ra gißn song vÉn ph¶i cßn ®ñ, tèt khi sö dông. QuyÕt ®Þnh chän ®é bÒn, ®é cøng cao ®Õn møc nµo bÞ h¹n chÕ bëi ®é dÎo vµ ®é dai cho phÐp cho mçi tr-êng hîp cô thÓ ®Ó võa cã thÓ chÞu t¶i tèt nhÊt võa kh«ng bÞ ph¸ huû gißn. Nhê vËy cho ®Õn hiÖn nay hîp kim vÉn lµ lo¹i vËt liÖu cã sù kÕt hîp tèt nhÊt c¸c ®Æc tÝnh c¬ häc kÓ trªn víi tû lÖ ¸p ®¶o trong m¸y mãc vµ thiÕt bÞ. 2. TÝnh c«ng nghÖ ®a d¹ng vµ thÝch hîp. §Ó t¹o thµnh b¸n thµnh phÈm vµ s¶n phÈm, vËt liÖu ph¶i cã kh¶ n¨ng chÕ biÕn thÝch hîp vµ ®-îc gäi lµ tÝnh c«ng nghÖ. Kim lo¹i nguyªn chÊt tuy dÔ biÕn d¹ng dÎo nh-ng khã c¾t gät, ®óc vµ kh«ng ho¸ bÒn ®-îc b»ng nhiÖt luyÖn. Tr¸i l¹i, hîp kim víi nhiÒu chñng lo¹i kh¸c nhau cã thÓ cã c¸c tÝnh c«ng nghÖ ®a d¹ng phï hîp víi ®iÒu kiÖn riªng khi gia c«ng, chÕ t¹o s¶n phÈm cô thÓ:
3 - HÇu nh- mäi hîp kim ®Òu cã thÓ t¹o h×nh ®-îc b»ng mét trong hai ph-¬ng ph¸p: biÕn d¹ng dÎo: c¸n, kÐo, Ðp ch¶y (chñ yÕu cho c¸c b¸n thµnh phÈm dµi), rÌn (t¹o ph«i cho c¾t gät), dËp (thµnh s¶n phÈm) vµ ®óc (chñ yÕu cho c¸c s¶n phÈm cã h×nh d¹ng phøc t¹p). - Nãi chung hîp kim cã tÝnh gia c«ng c¾t nhÊt ®Þnh ®Ó b¶o ®¶m s¶n phÈm cã kÝch th-íc, h×nh d¹ng chÝnh x¸c, bÒ mÆt nh½n bãng, ®iÒu nµy ®Æc biÖt quan träng khi l¾p ghÐp víi nhau trong m¸y mãc, thiÕt bÞ. - NhiÒu hîp kim, ®Æc biÖt lµ thÐp (chiÕm tíi 90% tæng s¶n l-îng vËt liÖu kim lo¹i) rÊt nh¹y c¶m víi nhiÖt luyÖn ®Ó t¹o ra c¬ tÝnh ®a d¹ng phï hîp víi ®iÒu kiÖn lµm viÖc vµ gia c«ng). 3. Trong nhiÒu tr-êng hîp, luyÖn hîp kim Fe - C (ThÐp vµ gang ®¬n gi¶n h¬n do nhiÖt ®é ch¶y thÊp h¬n (xem h×nh 3.18) vµ kh«ng ph¶i hay Ýt ph¶i khö bá cacbon trong s¶n phÈm cña lß cao. XÐt vÒ mÆt ®ßi hái ®é bÒn cao, viÖc luyÖn s¾t ®ßi hái khö bá cacbon vµ c¸c t¹p chÊt kh¸c mét c¸ch triÖt ®Ó kh«ng nh÷ng kh«ng cÇn thiÕt mµ cßn cã h¹i. - Khi pha Zn vµo kim lo¹i chñ Cu ta ®-îc lat«ng võa ®Ó bÒn l¹i võa rÎ h¬n (do kÏm rÎ h¬n ®ång kh¸ nhiÒu). 1.2. CÊu Tróc tinh thÓ cña hîp kim. 1.2.1 C¸c d¹ng cÊu t¹o cña hîp kim 1.2.1.1 Dung dÞch ®Æc Hîp kim cã cÊu t¹o lµ dung dÞch ®Æc khi nguyªn tö cña c¸c nguyªn tè thµnh phÇn cã kÝch th-íc gÇn gièng nhau. Khi kÕt tinh, c¸c hîp kim nµy t¹o thµnh c¸c m¹ng tinh thÓ trong ®ã cã c¸c nguyªn tö cña c¸c nguyªn tè thµnh phÇn. VÝ dô: §ång thanh, ®ång thau ®Òu lµ c¸c hîp kim cã cÊu t¹o lµ dung dÞch ®Æc. 1.2.1.2 Hîp chÊt ho¸ häc Hîp kim cã cÊu t¹o lµ hîp chÊt ho¸ häc khi c¸c nguyªn tö cña c¸c nguyªn tè kh¸c nhau t¸c dông ho¸ häc víi nhau theo tû lÖ chÝnh x¸c gi÷a c¸c nguyªn tö cã c¸c kiÓu m¹ng x¸c ®Þnh vµ cã thµnh phÇn ho¸ häc x¸c ®Þnh biÓu diÔn b»ng mét c«ng thøc ho¸ häc. VÝ dô: Hîp chÊt ho¸ häc cña s¾t vµ cacbon (lµ cacbit s¾t hoÆc xªmentÝt cã c«ng thøc ho¸ häc lµ: Fe3C). §Æc ®iÓm chung cña hîp chÊt ho¸ häc lµ cã ®é cøng vµ ®é gißn cao do m¹ng tinh thÓ cña nã phøc t¹p h¬n m¹ng tinh thÓ cña kim lo¹i. 1.2.1.3 Hçn hîp c¬ häc Hîp kim cã nh÷ng nguyªn tè kh«ng hoµ tan vµo nhau còng kh«ng liªn kÕt thµnh hîp chÊt ho¸ häc mµ chØ liªn kÕt víi nhau b»ng lùc c¬ häc thuÇn tuý, th× gäi
4 hîp kim ®ã lµ hçn hîp c¬ häc. Nh- vËy hçn hîp c¬ häc kh«ng lµm thay ®æi m¹ng nguyªn tö cña c¸c nguyªn tè thµnh phÇn. 1.2.2. Gi¶n ®å pha cña hîp kim Gi¶n ®å pha (cßn gäi lµ gi¶n ®å tr¹ng th¸i hay gi¶n ®å c©n b»ng) cña mét hÖ lµ c«ng cô ®Ó biÓu thÞ mèi quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é, thµnh phÇn vµ sè l-îng (tû lÖ) c¸c pha (hoÆc tæ chøc) cña hÖ ®ã ë tr¹ng th¸i c©n b»ng. C¸c hÖ cã gi¶n ®å pha kh¸c nhau vµ chóng ®-îc x©y dùng chØ b»ng thùc nghiÖm. Trong thùc tÕ kh«ng cã hai gi¶n ®å pha nµo gièng nhau hoµn toµn v× t-¬ng t¸c gi÷a c¸c cÊu tö x¶y ra rÊt phøc t¹p tõ kiÓu pha, c¸c ph¶n øng cho ®Õn nhiÖt ®é t¹o thµnh. HiÖn nay ng-êi ta ®· x©y dùng ®-îc hÇu hÕt c¸c hÖ hai cÊu tö gi÷a c¸c kim lo¹i, kim lo¹i víi ¸ kim vµ c¸c hÖ ba cÊu tö th-êng gÆp thuËn tiÖn cho viÖc tra cøu. HÖ mét cÊu tö kh«ng cã sù biÕn ®æi thµnh phÇn nªn gi¶n ®å pha cña nã chØ cã mét trôc, trªn ®ã ®¸nh dÊu nhiÖt ®é ch¶y (kÕt tinh) vµ c¸c nhiÖt ®é chuyÓn biÕn thï h×nh (nÕu cã) nh- ë h×nh 3.6 cho tr-êng hîp cña s¾t. Gi¶n ®å pha hÖ hai cÊu tö cã hai trôc: trôc tung biÓu thÞ nhiÖt ®é, trôc hoµnh biÓu thÞ thµnh phÇn (th-êng theo % khèi l-îng) víi nh÷ng ®-êng ph©n chia c¸c khu vùc pha theo c¸c nguyªn t¾c sau: - Xen gi÷a hai khu vùc mét pha lµ khu vùc hai pha t-¬ng øng. - Mçi ®iÓm trªn trôc hoµnh biÓu thÞ mét thµnh phÇn x¸c ®Þnh cña hÖ. Theo chiÒu tõ tr¸i sang ph¶i tû lÖ cÊu tö B t¨ng lªn, cßn tõ ph¶i sang tr¸i tû lÖ cÊu tö A t¨ng lªn, hai ®Çu mót t-¬ng øng víi hai cÊu tö nguyªn chÊt: A (tr¸i), B (ph¶i). VÝ dô trªn h×nh 1.1 ®iÓm C øng víi thµnh phÇn cã 30%B (tû lÖ cÊu tö thø hai lµ phÇn cßn l¹i, tøc 70%A), ®iÓm D: 80%B + 20%A. H×nh 1.1. Gi¶n ®å pha cña s¾t H×nh 1.2. C¸c trôc cña gi¶n ®å pha hÖ hai cÊu tö
5 - §-êng th¼ng ®øng bÊt kú biÓu thÞ mét thµnh phÇn x¸c ®Þnh nh-ng ë c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau. VÝ dô ®-êng th¼ng ®øng qua D biÓu thÞ sù thay ®æi nhiÖt ®é cña thµnh phÇn nµy (80%B + 20%A). - Hai trôc tung chÝnh lµ gi¶n ®å pha cña tõng cÊu tö t-¬ng øng (tr¸i cho A, ph¶i cho B). Do ®-îc biÓu thÞ trªn mÆt ph¼ng mét c¸ch chÝnh x¸c tõ gi¶n ®å pha cñ a hai hÖ cÊu tö dÔ dµng x¸c ®Þnh ®-îc c¸c th«ng sè sau ®©y cho mét thµnh phÇn x¸c ®Þnh ë nhiÖt ®é nµo ®ã.  C¸c pha tån t¹i: C¨n cø vµo ®iÓm nhiÖt ®é - thµnh phÇn ®· cho (t¹m gäi lµ täa ®é) n»m trong vïng nµo cña gi¶n ®å pha sÏ cã tæ chøc pha t-¬ng øng víi vïng ®ã: n»m ë vïng mét pha, hîp kim cã tæ chøc mét pha; n»m trong vïng hai pha - cã tæ chøc hai pha.  Thµnh phÇn pha: NÕu täa ®é n»m trong vïng mét pha th× thµnh phÇn cña pha cÊu t¹o nªn hîp kim b»ng chÝnh thµnh phÇn cña hîp kim ®· chän. Khi täa ®é n»m trong vïng hai pha viÖc x¸c ®Þnh cã phøc t¹p h¬n: kÎ ®-êng n»m ngang (®¼ng nhiÖt) qua täa ®é nµy, giao ®iÓm cña nã víi hai ®-êng biªn giíi víi hai vïng mét pha gÇn nhÊt sÏ chØ râ thµnh phÇn cña tõng pha t-¬ng øng.  Tû lÖ (vÒ sè l-îng) gi÷a c¸c pha hoÆc tæ chøc: TiÕp theo cã thÓ x¸c ®Þnh ®-îc tû lÖ gi÷a chóng nhê quy t¾c ®ßn bÈy hay c¸nh tay ®ßn theo nguyªn t¾c sau: ba ®iÓm trªn (täa ®é vµ hai pha) t¹o nªn hai ®o¹n th¼ng mµ ®é dµi cña mçi ®o¹n biÓu thÞ tû lÖ t-¬ng ®èi cña pha ®èi diÖn trong hîp kim, hay mét c¸ch ®¬n gi¶n: l-îng pha tr¸i ®é dµi ®o¹n th¼ng ph¶i (®ßn bªn ph¶i) = l-îng pha ph¶i ®é dµi ®o¹n th¼ng tr¸i (®ßn bªn tr¸i) gièng nh- sù c©n b»ng cña ®ßn bÈy. l-îng pha tr¸i x ®ßn tr¸i = l-îng pha ph¶i x ®ßn ph¶i (h×nh 1.3) H×nh 1.3: Sù c©n b»ng cña ®ßn bÈy
6  Suy ®o¸n tÝnh chÊt cña hîp kim: Theo quy t¾c kÕt hîp th× tÝnh chÊt cña hîp kim P hk lµ tæng hîp tÝnh chÊt cña tõng pha Ppha theo tû lÖ bËc nhÊt. n p hk   % pha.Ppha 1 Ngoµi ra tõ gi¶n ®å pha cña hÖ hai cÊu tö còng biÕt ®-îc:  NhiÖt ®é ch¶y (kÕt tinh): Th-êng hîp kim nãng ch¶y (kÕt tinh) trong mét kho¶ng nhiÖt ®é (b¾t ®Çu vµ kÕt thóc) t-¬ng øng víi hai ®-êng ch¹y ngang suèt gi¶n ®å, ®-êng ch¹y ngay trªn ®-îc gäi lµ ®-êng láng - liquidus (ë cao h¬n ®-êng nµy hîp kim hoµn toµn ë tr¹ng th¸i láng), ®-êng ngang s¸t ë d-íi ®-îc gäi lµ ®-êng r¾n (hay ®-êng ®Æc) - solidus (ë thÊp h¬n ®-êng nµy hîp kim hoµn toµn ë tr¹ng th¸i r¾n).  C¸c chuyÓn biÕn pha: Sù xuÊt hiÖn hoÆc biÕn mÊt cña c¸c pha (khi nung vµ khi nguéi chËm) còng nh- nhiÖt ®é x¶y ra, t-¬ng øng víi c¸c ®-êng ë d-íi ®-êng ®Æc.  Dù ®o¸n c¸c tæ chøc t¹o thµnh ë tr¹ng th¸i kh«ng c©n b»ng (khi nguéi nhanh). V× vËy gi¶n ®å pha lµ c¨n cø kh«ng thÓ thiÕu khi nghiªn cøu c¸c hÖ hîp kim. Gi¶n ®å pha hai cÊu tö cña hÖ thùc tÕ cã lo¹i rÊt phøc t¹p, song dï phøc t¹p ®Õn bao nhiªu còng cã thÓ coi nh- gåm nhiÒu gi¶n ®å c¬ b¶n gép l¹i. D-íi ®©y kh¶o s¸t mét sè d¹ng th-êng gÆp trong c¸c gi¶n ®å ®ã mµ c¸c cÊu tö ®Òu hßa tan v« h¹n vµo nhau ë tr¹ng th¸i láng, song kh¸c nhau vÒ t-¬ng t¸c ë tr¹ng th¸i r¾n víi vËn dông x¸c ®Þnh c¸c th«ng tin trªn cho c¸c tr-êng hîp cô thÓ. VÝ dô : Gi¶n ®å pha lo¹i 1 a. b. H×nh 1.4. D¹ng tæng qu¸t cña gi¶n ®å pha lo¹i I(a) vµ gi¶n ®å pha Pb -Sb(b)
7 Lµ gi¶n ®å pha cña hÖ hai cÊu tö kh«ng cã bÊt kú t-¬ng t¸c nµo, chóng t¹o nªn hçn hîp riªng rÏ cña hai cÊu tö, cã d¹ng tæng qu¸t tr×nh bµy ë h×nh 1.4a vµ hÖ ®iÓn h×nh cã kiÓu nµy lµ hÖ ch× - antimoan (Pb - Sb) ë h×nh 1.4.b. Gi¶n ®å chØ gåm cÆp ®-êng láng - r¾n, trong ®ã ®-êng trªn AEB lµ ®-êng láng, ®-êng n»m ngang d-íi CED (245 0C) lµ ®-êng r¾n. A lµ nhiÖt ®é ch¶y (kÕt tinh) cña cÊu tö A (Pb víi 3270C), B - nhiÖt ®é ch¶y (kÕt tinh) cña cÊu tö B (Sb - 6310C). Hîp kim sÏ nãng ch¶y hay kÕt tinh trong kho¶ng gi÷a hai ®-êng nµy víi sù tån t¹i cña hai hay ba pha (pha láng víi mét hoÆc c¶ hai pha r¾n A, B). H·y xÐt sù kÕt kinh cña mét hîp kim cô thÓ gåm 60%B (Sb) + 40%A (Pb). §-êng th¼ng ®øng biÓu thÞ hîp kim nµy c¾t c¸c ®-êng láng, r¾n t-¬ng øng ë 1 (500 0C), 2 (245 0C), ®ã lµ hai mèc nhiÖt ®é ®¸ng chó ý: + ë cao h¬n (500 0C) hîp kim ë tr¹ng th¸i láng hoµn toµn L, + ë thÊp h¬n 2 (245 0C) hîp kim ë tr¹ng th¸i r¾n A + B (Pb + Sb), + ë trong kho¶ng 1  2 (500  2450C) hîp kim ë tr¹ng th¸i láng + r¾n L + B (L + Sb) øng víi qu¸ tr×nh kÕt tinh hay nãng ch¶y. VËy 1 (500 0C) lµ nhiÖt ®é b¾t ®Çu kÕt tinh hay kÕt thóc nãng ch¶y vµ 2 (245 0C) lµ nhiÖt ®é b¾t ®Çu nãng ch¶y hay kÕt thóc kÕt tinh. Sù kÕt tinh cña hîp kim tõ tr¹ng th¸i láng x¶y ra nh- sau: - Lµm nguéi ®Õn 1 (500 0C) hîp kim láng b¾t ®µu kÕt tinh ra tinh thÓ B (Sb) còng ë nhiÖt ®é nµy øng víi 1'. - Lµm nguéi tiÕp tôc, tinh thÓ B (Sb) t¹o thµnh cµng nhiÒu lµm tû lÖ B (Sb) trong hîp kim láng cßn l¹i gi¶m ®i nªn ®iÓm biÓu diÔn (täa ®é) dÞch sang tr¸i theo ®-êng láng tõ 1 ®Õn E. VÝ dô ë t a0 (4000C) hîp kim láng (cßn l¹i) víi täa ®é ®iÓm a'' (37%Sb) vµ tinh thÓ B víi täa ®é ®iÓm a' tøc 100%B (100%Sb). ¸p dông quy t¾c c¸nh tay ®ßn, tû lÖ cña hai pha nµy lµ: La/Ba = aa' / aa'' hay L 37 / Sb100 = (100 - 60) / (60 - 37) = 40 / 23 tøc pha láng 40 / 63 (63,5%), r¾n 23 / 63 (36,5%). - Khi lµm nguéi ®Õn ®-êng r¾n CED (245 0C) hîp kim láng (cßn l¹i) nghÌo B (Sb) ®i n÷a vµ cã täa ®é ë ®iÓm E (13%Sb), cßn pha r¾n B (Sb) øng víi ®iÓm D. Tû lÖ cña hai pha nµy lµ. LE/BD = 2D / 2E hay L 13 / Sb100 = (100 - 60) / (60 - 13) = 40 / 47. tøc pha láng chØ cßn kho¶ng 46%, pha r¾n (Sb) ®· kÕt tinh lµ 54%.
8 Cã nhËn xÐt lµ tuy cã hai cÊu tö A vµ B (Pb vµ Sb) nh-ng cho ®Õn ®©y hîp kim míi chØ kÕt tinh ra B (Sb) vµ míi chØ cã mét phÇn B (Sb) trong hîp kim (54 trong 60%) kÕt tinh, cÊu tö kia (A, Pb) ch-a kÕt tinh. - T¹i nhiÖt ®é cña ®-êng r¾n CED (245 0C), LE (L13) kÕt tinh ra c¶ hai cÊu tö A + B (Pb + Asb) cïng mét lóc, hçn hîp cña hai pha r¾n ®-îc t¹o thµnh cïng mét lóc (®ång thêi) tõ pha láng nh- vËy ®-îc gäi lµ cïng tinh (cïng kÕt tinh) hay eutectic. LB  ( A B) hay L13  ( Pb  Sb) §ã lµ ph¶n øng cïng tinh. Quy -íc biÓu thÞ tæ chøc cïng tinh trong ngoÆc ®¬n. Sù kÕt tinh kÕt thóc ë ®©y vµ khi lµm nguéi ®Õn nhiÖt ®é th-êng kh«ng cã chuyÓn biÕn g× kh¸c. Cuèi cïng hîp kim nµy cã tæ chøc B + (A + B) hay Sb + (Pb + Sb), trong ®ã B (Sb) ®-îc t¹o thµnh tr-íc ë nhiÖt ®é cao h¬n nªn cã kÝch th-íc h¹t lín (®é qu¸ nguéi nhá) cßn cïng tinh (A + B) hay (Pb + Sb) ®-îc t¹o thµnh sau ë nhiÖt ®é thÊp h¬n nªn cã cÊu t¹o (kÝch th-íc h¹t) c¸c pha nhá mÞn h¬n (do ®é qu¸ nguéi lín). Cã thÓ tÝnh dÔ dµng tû lÖ c¸c pha vµ tæ chøc cña hîp kim 60%Sb + 40%Pb nh- sau: - Tû lÖ vÒ pha Sb / Pb = (100 - 60) / (60 - 0) = 40 / 60 hay 40%Pb, 60%Sb. - Tû lÖ vÒ tæ chøc Sb / (Pb + Sb) = (60 - 13) / (100 - 60) = 47 / 40 hay 54% lµ Sb (®éc lËp) cßn l¹i 46% lµ cïng tinh (Pb + Sb). T-¬ng tù b»ng c¸c nguyªn t¾c ®· nªu ë môc 3.2.2 cã thÓ biÕt ®-îc diÔn biÕn kÕt tinh (sù t¹o thµnh c¸c tæ chøc) cña mäi hîp kim cña hÖ. VÝ dô, lo¹i 90%Pb + 10%Sb sÏ kÕt tinh ra ch× (Pb) tr-íc cho ®Õn 245 0C còng kÕt tinh ra cïng tinh (Pb + Sb). Nh- vËy c¸c hîp kim cña gi¶n ®å lo¹i I kÕt tinh theo thø tù sau: Tho¹t tiªn pha láng kÕt tinh ra mét trong hai cÊu tö nguyªn chÊt tr-íc vµ lµm cho pha láng nghÌo cÊu tö nµy vµ biÕn ®æi thµnh ®Õn ®iÓm cïng tinh E, ®Õn ®©y pha láng cßn l¹i míi kÕt tinh ra cÊu tö thø hai tøc ra hai cÊu tö cïng mét lóc". Ngoµi ra cã nhËn xÐt lµ tho¹t tiªn khi ®-a thªm cÊu tö kh¸c vµo cÊu tö bÊt kú ®Òu lµm cho nhiÖt dé kÕt tinh gi¶m ®i, ®¹t ®Õn gi¸ trÞ thÊp nhÊt sau ®ã míi t¨ng lªn. Quy -íc:  Hîp kim cã thµnh phÇn ë chÝnh ®iÓm E hay l©n cËn ®-îc gäi lµ hîp kim cïng tinh hay eutectic (cã nhiÖt ®é ch¶y thÊp nhÊt, thÊp h¬n c¶ cÊu tö dÔ ch¶y nhÊt), nã kÕt tinh ngay ra hai cÊu tö cïng mét lóc vµ ë nhiÖt ®é kh«ng ®æi.
9  Hîp kim cã thµnh phÇn ë bªn tr¸i, bªn ph¶i ®iÓm E ®-îc gäi lÇn l-ît lµ hîp kim tr-íc cïng tinh (hay hypoeutectic), sau cïng tinh (hay hypereutectic), so víi lo¹i cïng tinh chóng cã nhiÖt ®é ch¶y cao h¬n, kÕt tinh ra mét cÊu tö tr-íc vµ x¶y ra trong mét kho¶ng nhiÖt ®é. 1.2.3. Dung dÞch r¾n 1.2.3.1 Kh¸i niÖm Gièng nh- trong dung dÞch láng, cÊu tö nµo nhiÒu h¬n ®-îc gäi lµ dung m«i vµ Ýt h¬n lµ chÊt tan, trong dung dÞch r¾n cßn ph©n biÖt chóng theo c¸ch: cÊu tö nµo gi÷ l¹i ®-îc kiÓu m¹ng ®-îc gäi lµ dung m«i, cßn c¸c nguyªn tö chÊt hßa tan s¾p xÕp l¹i trong m¹ng dung m«i mét c¸ch ®Òu ®Æn vµ ngÉu nhiªn. Nh- vËy dung dÞch r¾n lµ pha ®ång chÊt cã cÊu tróc m¹ng nh- cña dung m«i (tøc cña nguyªn tè chñ) nh-ng víi thµnh phÇn (hay cßn gäi lµ nång ®é) cã thÓ thay ®æi trong mét ph¹m vi mµ kh«ng lµm mÊt ®i sù ®ång nhÊt ®ã. Ký hiÖu dung dÞch r¾n lµ A (B) cã kiÓu m¹ng cña A lµ cÊu tö dung m«i, B lµ cÊu tö hßa tan: Nh- vËy B(A) cã kiÓu m¹ng cña B lµ dung m«i, A - ChÊt tan. C¸c nguyªn tö hßa tan ®-îc s¾p xÕp l¹i trong m¹ng tinh thÓ dung m«i hai kiÓu kh¸c nhau, t-¬ng øng víi hai lo¹i dung dÞch r¾n: thay thÕ vµ xen kÏ nh- biÓu thÞ ë h×nh 1.5 trong ®ã c¸c vßng trßn g¹ch chÐo vµ t« ®en biÓu thÞ c¸c nguyªn tö hßa tan trong m¹ng cÊu tö dung m«i (vßng tr¾ng). Râ rµng ë ®©y yÕu tè h×nh häc cã ý nghÜa quan trong. H×nh 1.5. S¬ ®å s¾p xÕp nguyªn tö hßa tan thay thÕ vµ xem kÏ vµo dung m«i cã m¹ng lËp ph-¬ng t©m mÆt, mÆt (100)
10 1.2.3.2 Ph©n lo¹i a. Dung dÞch r¾n thay thÕ: Trong dung dÞch r¾n thay thÕ c¸c nguyªn tö hßa tan chiÕm chç hay thay thÕ vµo ®óng c¸c vÞ trÝ nót m¹ng cña kim lo¹i chñ, tøc lµ vÉn cã kiÓu m¹ng vµ sè nguyªn tö trong « c¬ së ®óng nh- cña cÊu tö dung m«i. VÒ mÆt h×nh häc cã thÓ thÊy sù thay thÕ nguyªn tö nµy b»ng nguyªn tö kh¸c Ýt nhiÒu ®Ó g©y ra x« lÖch m¹ng v× kh«ng cã hai nguyªn tè nµy cã ®-êng kÝnh nguyªn tö hoµn toµn gièng nhau, v× vËy sù thay thÕ chØ x¶y ra ®èi víi c¸c nguyªn tè cã kÝch th-íc nguyªn tö kh¸c nhau Ýt nh- gi÷a c¸c kim lo¹i víi sù sai lÖch kh«ng qu¸ 15%. V-ît qu¸ giíi h¹n nµy sù thay thÕ lÉn nhau lµ rÊt khã v× lµm m¹ng x« lÖch qu¸ m¹nh, trë nªn mÊt æn ®Þnh. Sù thay thÕ trong dung dÞch r¾n th-êng chØ lµ cã h¹n v× nång ®é chÊt tan cµng t¨ng m¹ng cµng bÞ x« lÖch cho ®Õn nång ®é b·o hßa, lóc nµy nÕu t¨ng n÷a sÏ t¹o nªn phai míi (dung dÞch r¾n kh¸c hay pha trung gian), nång ®é b·o hßa ®ã ®-îc gäi lµ giíi h¹n hßa tan. Trong thùc tÕ cã mét sè cÆp kim lo¹i chóng cã thÓ hßa tan v« h¹n vµo nhau tøc t¹o nªn mét d·y c¸c dung dÞch r¾n cã nång ®é thay ®æi mét c¸ch liªn tôc tõ 100%A + 0%B qua 50%A + 50%B cho ®Õn 0%A + 100%B nh- hiÓu thÞ ë h×nh 3.4. Ng-êi ta nhËn thÊy cã bèn yÕu tè ¶nh h-ëng ®Õn kh¶ n¨ng hßa tan v« h¹n hay cã h¹n cña mét cÆp nguyªn tè (ë ®©y chØ lµ c¸c yÕu tè cÇn mµ ch-a ®ñ v× kh«ng ph¶i cÆp nµo tháa m·n c¶ bèn yÕu tè nµy còng t¹o thµnh dung dÞch r¾n v« h¹n) lµ c¸c t-¬ng quan sau. H×nh1.6: S¬ ®å thay thÕ ®Ó t¹o nªn d·y dung dÞch r¾n liªn tôc (hßa tan v« h¹n) gi÷a hai kim lo¹i A vµ B khi l-îng B t¨ng dÇn: a. nguyªn tè A; b,c,d d·y dung dÞch d¾n liªn tôc cña A vµ B, e. nguyªn tè B. - T-¬ng quan vÒ kiÓu m¹ng: NÕu cïng kiÓu m¹ng míi cã thÓ hßa tan v« h¹n, kh¸c kiÓu m¹ng chØ cã thÓ hßa tan cã h¹n. - T-¬ng quan vÒ kÝch th-íc: NÕu ®-êng kÝnh nguyªn tö sai kh¸c nhau Ýt (15%) cã kh¶ n¨ng kh«ng hßa tan lÉn nhau.
11 - T-¬ng quan vÒ nång ®é ®iÖn tö (sè l-îng ®iÖn tö hãa trÞ tÝnh cho mét nguyªn tö): nÕu ®¹i l-îng nµy v-ît qu¸ gi¸ trÞ x¸c ®Þnh ®èi víi lo¹i dung dÞch r¾n ®· cho sÏ t¹o nªn pha kh¸c tøc dung dÞch r¾n chØ lµ cã h¹n. ChØ c¸c nguyªn tè cïng hãa trÞ míi cã thÓ hßa tan v« h¹n vµo nhau, c¸c nguyªn tè kh¸c nhau vÒ hãa trÞ chØ cã thÓ hßa tan cã h¹n. - T-¬ng quan vÒ tÝnh ©m ®iÖn: Trong hãa häc tÝnh ©m ®iÖn th-êng dïng ®Ó biÓu thÞ kh¶ n¨ng t-¬ng t¸c hãa häc t¹o thµnh ph©n tö. NÕu hai nguyªn tè cã tÝnh ©m ®iÖn kh¸c biÖt nhau rÊt nhiÒu dÔ t¹o nªn hîp chÊt hãa häc, pha trung gian, sÏ h¹n chÕ kh¶ n¨ng hßa tan vµo nhau thµnh dung dÞch r¾n vµ ng-îc l¹i. Hai t-¬ng quan sau cïng th-êng ®-îc ®¸nh g¸i qua sù gÇn nhau trong b¶ng tuÇn hoµn: C¸c nguyªn tè ë trong cïng mét nhãm hay ë nh÷ng nhãm c¹nh nhau th-êng cã cÊu t¹o líp vá ®iÖn tö hãa trÞ, tÝnh ©m ®iÖn vµ c¸c ®ùc tÝnh lý - hãa (®Æc biÖt lµ nhiÖt ®é ch¶y) gièng nhau, dÔ t¹o thµnh dung dÞch r¾n hßa tan v« h¹n. ChØ cÇn kh«ng ®¹t mét trong bèn yÕu tè trªn dung dÞch r¾n t¹o thµnh chØ cã thÓ lµ cã h¹n. §a sè c¸c cÆp nguyªn tè t¹o nªn lo¹i dung dÞch r¾n nµy. C¸c cÆp nguyªn tè h×nh thµnh dung dÞch r¾n v« h¹n chØ cã thÓ x¶y ra gi÷a c¸c kim lo¹i, mét sè cÆp trong chóng tháa m·n c¸c ®iÒu kiÖn kÓ trªn. VÝ dô: Ag- Au (M¹ng A1, r = 0,20%, cïng nhãm IB), Cu - Ni (m¹ng A1, r = 2,70%, IB vµ VIII), Fe - Cr (m¹ng A2, r = 0,70%, VIB vµ VIII). Nãi chung sù ph©n bè nguyªn tö hßa tan trong m¹ng tinh thÓ chñ (dung m«i) lµ ®Òu ®Æn, cã tÝnh ngÉu nhiªn vµ ®-îc gäi lµ dung dÞch r¾n kh«ng trËt tù. Tuy nhiªn ë mét sè hÖ (vÝ dô hÖ Au - Cu) trong mét sè ®iÒu kiÖn (nhiÖt ®é, nång ®é) c¸c nguyªn tö hßa tan tuy vÉn ph©n bè ®Òu ®Æn song l¹i cã quy luËt (vÝ dô trong m¹ng A1, chóng chiÕm hoÆc lµ tÊt c¶ c¸c ®Ønh hoÆc lµ gi÷a tÊt c¶ c¸c mÆt bªn cña h×nh lËp ph-¬ng), lóc ®ã cã dung dÞch r¾n trËt tù víi thµnh phÇn (nång ®é) cè ®Þnh hay biÕn ®æi hÑp vµ cã tÝnh chÊt h¬i kh¸c (nãi chung lµ gißn h¬n). b. Dung dÞch r¾n xen kÏ Trong dung dÞch r¾n xen kÏ c¸c nguyªn tö hßa tan ph¶i cã kÝch th-íc bÐ h¬n h¼n ®Ó cã thÓ "lät" vµo lç hæng trong m¹ng cña kim lo¹i chñ (dung m«i), tøc lµ vÉn cã kiÓu m¹ng nh- kim lo¹i chñ nh-ng sè nguyªn tö trong « c¬ së t¨ng lªn. TÊt c¶ c¸c lç hæng ®Òu rÊt nhá nªn chØ mét sè ¸ kim víi b¸n kÝnh nguyªn tö bÐ nh-: hy®r« (0,046nm), nit¬ (0,071nm), cacbon (0,077nm) vµ ®«i khi c¶ bo (0,091nm) míi cã kh¶ n¨ng hßa tan xen kÏ vµo c¸c kim lo¹i chuyÓn tiÕp cã b¸n kÝnh nguyªn tö lín nh- s¾t (0,1421nm), cr«m (0,1249nm), vonfram (0,1371nm), m«lip®en (0,136nm), vana®i (0,132nm), titan (0,145nm)... Lç hæng lín nhÊt trong c¸c m¹ng
12 tinh thÓ kim lo¹i lµ lo¹i t¸m mÆt cña a1 cã rlç/rchñ lµ 0,414, trong thùc tÕ trõ H ra kh«ng cã ¸ kim nµo nhá ®Õn møc võa kÝch th-íc nµy, tuy nhiªn vÉn cã thÓ chen vµo ë mét sè lç hæng vµ ®Èy c¸c nguyªn tö chñ bao quanh gi·n ra, gay ra x« lÖch m¹nh m¹ng (h×nh 3.5a). Do sè lç hæng nµy lµ cã h¹n vµ c¸c nguyªn tö ¸ kim kh«ng thÓ chui vµo mäi lç hæng cñ m¹ng (v× nh- thÕ sÏ g©y ra x« lÖch qu¸ m¹nh lµm mÊt æn ®Þnh) nªn dung dÞch r¾n xen kÏ kh«ng thÎ cã lo¹i hßa tan v« h¹n, chØ cã thÓ lµ lo¹i cã h¹n, h¬n n÷a ®é hßa tan th-êng lµ nhá vµ rÊt nhá. Cã thÓ thÊy râ ®iÒu nµy khi xÐt hîp kim Fe vµ mactenxit Sù thay thÕ còng g©y ra x« lÖch m¹ng, tïy theo quan hÖ kÝch th-íc nguyªn tö mµ c¸c nguyªn tö chñ bao quanh nguyªn tö hßa tan cã thÓ bÞ gi·n ra khi rht>rchñ (h×nh 1.7) hay co vµo khi rhtrchñ c. Hßa tan thay thÕ khi rht
13 ®iÓn h×nh lµ dung dÞch r¾n Cu(Zn) víi 30%Zn cßn dÎo h¬n cña Cu - T¨ng ®é bÒn, ®é cøng, kh¶ n¨ng chÞu t¶i h¬n h¼n kim lo¹i nguyªn chÊt. Sù biÕn ®æi tÝnh chÊt nh- trªn cµng m¹ng khi nång ®é chÊt tan cµng lín. Tuy nhiªn khi nång ®é nµy qu¸ lín, m¹ng bÞ x« lÖch qu¸ m¹nh, ®é bÒn, ®é cøng tuy t¨ng lªn m¹nh nh-ng ®é dÎo còng bÞ gi¶m m¹nh t-¬ng øng, g©y ra gißn, dÔ bÞ g·y, vì. Do vËy cã thÓ t×m ®-îc nång ®é chÊt tan thÝch hîp cho c¸c yªu cÇu còng cã lîi vÒ c¬ tÝnh h¬n kim lo¹i nguyªn chÊt. 3. Dung dÞch r¾n tuy còng cã tÝnh dÉn nhiÖt, dÉn ®iÖn song kÐm h¬n kim lo¹i nguyªn chÊt. Sù hßa tan còng cã thÓ lµm thay ®æi ®ét ngét ®iÖn thÕ ®iÖn cùc do ®ã ¶nh h-ëng tèt ®Õn tÝnh chèng ¨n mßn ®iÖn hãa (môc 5.5.2d). Trong tÊt c¶ c¸c hîp kim kÕt cÊu, dung dÞch r¾n bao giê còng lµ pha c¬ b¶n chiÕm trªn d-íi 90% thËm chÝ chØ cã pha nµy (100%).
14 Ch-¬ng 2: GANG 2.1 KH¸I NIÖM c¬ b¶n vÒ gang 2.1.1 Kh¸i niÖm Gang lµ hîp kim Fe - C, hµm l-îng cacbon lín h¬n 2,14%  6,67% , th-êng lµ 3  4,5%. Còng nh- thÐp trong gang chøa nh÷ng t¹p chÊt Si, Mn, S, P vµ c¸c nguyªn tè kh¸c. Do cã hµm l-îng cacbon cao nªn tæ chøc cña gang ë nhiÖt ®é th-êng còng nh- ë nhiÖt ®é cao ®Òu tån t¹i l-îng xªmentÝt cao. §Æc tÝnh chung cña gang lµ cøng vµ gißn, cã nhiÖt ®é nãng ch¶y thÊp, dÔ ®óc. 2.1.2. Tæ chøc tÕ vi Gang tr¾ng: Kh«ng cã graphÝt (Cacbon ë d¹ng hîp chÊt XªmentÝt) Gang x¸m: GraphÝt ë d¹ng tÊm (phiÕn, l¸ ...) lµ d¹ng tù nhiªn khi ®óc. Gang dÎo: GraphÝt ë d¹ng côm (tô tËp thµnh ®¸m) qua ph©n hãa tõ xªmentÝt. Gang biÕn tÝnh: GraphÝt ë d¹ng tÊm. Gang cÇu: GraphÝt ë d¹ng qu¶ cÇu trßn, qua biÕn tÝnh ®Æc biÖt. 2.2. c¸c lo¹I gang th-êng dïng Gang lµ mét trong nh÷ng vËt liÖu rÎ vµ ®-îc sö dông nhiÒu nhÊt trong tÊt c¶ c¸c ngµnh kinh tÕ quèc d©n. C¸c lo¹i gang th-êng dïng lµ gang x¸m, gang dÎo, gang cÇu, gang biÕn tÝnh, gang tr¾ng. 2.2.1. Gang x¸m 2.2.1.1.Thµnh phÇn vµ ký hiÖu. * Thµnh phÇn: Cacbon tõ 2,8  3,5% Si lic tõ 1,5  2,0% Man gan tõ 0,5  2,5 % Ph«t pho tõ 0,1  0,2% L-u huúnh tõ 0,08  0,12% * Ký hiÖu: C¸c n-íc ®¸nh sè c¸c m¸c gang theo giíi h¹n bÒn tèi thiÓu, ®¬n vÞ tÝnh lµ kG/mm2 (nÕu lµ 2 con sè) hay ®¬n vÞ lµ MPa (nÕu lµ 3 con sè). Quan hÖ gi÷a c¸c ®¬n vÞ th-êng gÆp nh- sau: 1kG/mm2  10MPa 1MPa  0,1kG/mm2 1ksi  0,703kG/mm2 1kG/mm2  1,45ksi 1MPa  0,145ksi 1ksi  6,9MPa Tiªu chuÈn ViÖt Nam: Ký hiÖu gang x¸m b»ng hai ch÷ GX víi hai sè tiÕp theo chØ ®é bÒn kÐo tèi thiÓu vµ ®é bÒn uèn tèi thiÓu. §¬n vÞ tÝnh b»ng kG/ mm 2
15 VÝ dô: GX 21- 40: lµ ký hiÖu gang x¸m (TCVN), cã ®é bÒn kÐo tèi thiÕu lµ 21 kG/mm2 hay (k  21 kG/mm2), ®é bÒn uèn tèi thiÕu lµ 40 kG/mm 2 hay (u  40 kG/mm2). Tiªu chuÈn Liªn bang Nga: ΓOCT 1412-70 kÝ hiÖu b»ng hai ch÷ CЧ víi hai sè kÌm theo: Con sè thø nhÊt chØ giíi h¹n bÒn kÐo tèi thiÓu (k), con sè thø hai chØ giíi h¹n bÒn uèn tèi thiÓu(u). C¶ hai con sè ®ã ®Òu cã ®¬n vÞ lµ kG / mm 2 hay Mpa. VÝ dô: CЧ 28 - 56 lµ gang x¸m viÕt theo tiªu chuÈn Liªn bang Nga cã Giíi h¹n bÒn kÐo tèi thiÓu lµ 28KG/mm2 hay (k  28kG/mm2 280MPa) Giíi h¹n bÒn uèn tèi thiÓu lµ 56KG/mm2 hay (u  56kG/mm2 560MPa) ΓOCT 7393- 85 c¸c m¸c gang x¸m gåm cã CЧ10; CЧ15; CЧ20; CЧ25; CЧ30; CЧ35 (sè chØ ký hiÖu giíi h¹n bÒn kÐo) 2.2.1.2. TÝnh chÊt Ng-êi ta gäi lµ gang x¸m, v× mÆt gÉy cña nã cã mµu x¸m do gang x¸m cã cÊu tróc tinh thÓ cacbon ë d¹ng tù do (graphÝt). GraphÝt trong gang cã ®é bÒn c¬ häc thÊp, nã lµm gi¶m ®é bÒn chÆt cña tæ chøc kim lo¹i, do ®ã gang x¸m cã søc bÒn kÐo nhá (th-êng trong kho¶ng 150  350 MPa) chØ b»ng nöa thÐp th«ng dông, 1/31/5 thÐp hîp kim. §é dÎo vµ ®é dai thÊp (  0,5%, aK < 100kJ/mm2), cã thÓ xem nh- vËt liÖu gißn. GraphÝt trong gang x¸m ë d¹ng cµng to vµ cµng dµi th× tÝnh chÊt c¬ häc cña gang cµng kÐm. Tuy nhiªn graphÝt còng cã nh÷ng -u ®iÓm cña nã, ®Æc biÖt lµ lµm t¨ng ®é chÞu mµi mßn cña gang, v× graphÝt trong gang cã t¸c dông nh- mét chÊt b«i tr¬n. GraphÝt cã t¸c dông lµm cho gang chÞu nÐn tèt. GraphÝt cã t¸c dông lµm gi¶m co ngãt khi ®óc. GraphÝt cßn lµm cho phoi gang dÔ bÞ vôn khi c¾t gät. Ngoµi ra graphÝt cßn cã t¸c dông dËp t¾t nhanh rung ®éng cña m¸y. 2.2.1.3. C«ng dông C¸c m¸c gang cã ®é bÒn thÊp, b< 150MPa, dïng lµm vá, n¾p m¸y kh«ng chÞu lùc (chØ ®Ó che ch¾n) C¸c m¸c gang cã ®é bÒn trung b×nh b = 150  200 MPa ®-îc lµm c¸c chi tiÕt chÞu t¶i träng nhá, Ýt chÞu mµi mßn nh- vá hép gi¶m tèc, th©n m¸y, bÝch, cacte, èng n-íc. C¸c m¸c gang cã ®é bÒn t-¬ng ®èi cao b = 200  300 Mpa ®-îc lµm c¸c chi tiÕt chÞu t¶i träng t-¬ng ®èi cao nh- b¸nh r¨ng (bÞ ®éng, tèc ®é chËm), b¸nh ®µ, xilanh, xÐc m¨ng, th©n m¸y quan träng. C¸c m¸c gang cã ®é bÒn cao b  300 Mpa ®-îc lµm c¸c chi tiÕt chÞu t¶i träng cao chÞu mµi mßn nh- b¸nh r¨ng, trôc chÝnh, vá b¬m thuû lùc. Do tÝnh chÊt chÞu ma s¸t tèt ®«i khi lµm æ tr-ît.
16 2.2.2 Gang biÕn tÝnh. C¬ tÝnh cña gang x¸m cã thÓ n©ng cao lªn b»ng c¸ch ph©n bè ®Òu ®Æn graphit ë d¹ng c¸c phiÕn máng, muèn thÕ ta ph¶i gia c«ng gang theo mét c«ng nghÖ ®Æc biÖt gäi lµ lµm biÕn tÝnh gang, gang nhËn ®-îc gäi lµ gang biÕn tÝnh. 2.2.2.1 Thµnh phÇn vµ ký hiÖu. * Thµnh phÇn Gang biÕn tÝnh ®-îc chÕ t¹o tõ gang x¸m. Nªn thµnh phÇn ho¸ häc cña gang biÕn tÝnh gÇn gièng nh- gang x¸m nh-ng chØ kh¸c lµ tr-íc khi rãt gang láng vµo khu«n, ta cho thªm mét l-îng nhá chÊt biÕn tÝnh gåm Fer«siliccanxi hoÆc Fer«silic c¸c chÊt nµy t¹o nªn c¸c trung t©m graphit ho¸, do ®ã phiÕn graphit cµng nhá. * Ký hiÖu Tiªu chuÈn ViÖt Nam: Ký hiÖu gang biÕn tÝnh b»ng ba ch÷ GBT víi hai sè tiÕp theo chØ ®é bÒn kÐo tèi thiÓu vµ ®é bÒn uèn tèi thiÓu. §¬n vÞ tÝnh b»ng kG/mm 2 VÝ dô: GBT 30 - 40 lµ gang biÕn tÝnh viÕt theo (TCVN) cã giíi h¹n bÒn kÐo tèi thiÓu lµ 30KG/mm2 hay(k  30kG/mm2), giíi h¹n bÒn uèn tèi thiÓu lµ 40KG/mm2 hay (u  40kG/mm2) Tiªu chuÈn Liªn bang Nga: ΓOCT 1412-70 kÝ hiÖu b»ng ba ch÷ MCЧ víi hai sè kÌm theo: Con sè thø nhÊt chØ giíi h¹n bÒn kÐo tèi thiÓu (k), con sè thø hai chØ giíi h¹n bÒn uèn tèi thiÓu (u). C¶ hai con sè ®ã ®Òu cã ®¬n vÞ lµ kG/mm 2 hay MPa VÝ dô: MCЧ 38 - 48 lµ gang biÕn tÝnh viÕt theo tiªu chuÈn Nga cã giíi h¹n bÒn kÐo tèi thiÓu lµ 38KG/mm 2 hay (k  38kG/mm2), giíi h¹n bÒn uèn tèi thiÓu lµ 48KG/mm2 hay (u  48kG/mm2) 2.2.2.2. TÝnh chÊt. So víi gang x¸m gang biÕn tÝnh cã nh÷ng tÝnh chÊt h¬n h¼n v× trong thµnh phÇn cña gang cã thªm chÊt biÕn tÝnh: §é bÒn vµ ®é dÎo cao h¬n. KÕt cÊu vËt ®óc ®ång ®Òu vµ nhá h¹t h¬n gang x¸m, tÝnh chèng mµi mßn vµ tÝnh chèng ¨n mßn tèt h¬n, cã thÓ nhiÖt luyÖn ®Ó n©ng cao c¬ tÝnh, gi¸ thµnh rÎ. 2.2.2.3. C«ng dông. C«ng dông cña gang biÕn tÝnh gÇn gièng nh- gang x¸m, chÕ t¹o b¸nh r¨ng chÞu t¶i träng nhá, èng lãt xilanh, m©m cÆp m¸y tiÖn, th©n m¸y, n¾p m¸y…
17 2.2.3. Gang tr¾ng 2.2.3.1. Ký hiÖu vµ thµnh phÇn. Gang tr¾ng kh«ng cã ký hiÖu. Gang tr¾ng lµ lo¹i gang cã mµu tr¾ng do cacbon n»m ë d¹ng xªmentit, hÇu hÕt ta chØ dïng gang tr¾ng chøa kho¶ng 3  3,5%C v× nhiÒu cacbon gang sÏ cµng gißn. §Ó tÊt c¶ cacbon ë d¹ng xªmentit gang ph¶i chøa Ýt silic vµ c¸c nguyªn tè lµm t¨ng graphit ho¸. 2.2.3.2. TÝnh chÊt. Gang tr¾ng lµ lo¹i gang mµ hÇu hÕt cacbon ë d¹ng liªn kÕt Fe 3C, tæ chøc xªmentÝt cã nhiÒu trong gang lµm mÆt gÉy cña nã cã mµu s¸ng tr¾ng nªn gäi lµ gang tr¾ng. Gang tr¾ng rÊt cøng vµ gißn, tÝnh c«ng nghÖ kÐm. Gang tr¾ng rÊt cøng nªn kh«ng thÓ gia c«ng c¬ khÝ, mµ chØ dïng gang tr¾ng ë d¹ng vËt ®óc. Gang tr¾ng kh«ng cã ký hiÖu. 2.2.3.3. C«ng dông. Lµm c¸c chi tiÕt yªu cÇu cã ®é cøng cao, lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn chÞu mµi mßn nh- bi nghiÒn, trôc nghiÒn, qu¶ l« trong m¸y xay x¸t, mÐp l-ìi cµy, vµnh b¸nh xe...§-a vµo lß luyÖn thÐp ®Ó luyÖn thµnh thÐp hoÆc ®óc c¸c chi tiÕt sau ®ã ñ thµnh gang dÎo. Ng-êi ta th-êng kh«ng dïng toµn bé chi tiÕt b»ng gang tr¾ng, mµ chØ lµm mÆt ngoµi b»ng gang tr¾ng, bªn trong lâi lµ gang x¸m. Muèn bÒ mÆt bÞ biÕn tr¾ng ng-êi ta lµm nguéi nhanh bÒ mÆt vËt ®óc. Trong s¶n xuÊt c¬ khÝ hÇu nh- kh«ng dïng gang tr¾ng do qu¸ cøng kh«ng thÓ gia c«ng c¾t, gißn. Song cã sö dông gang x¸m biÕn tr¾ng ë bÒ mÆt, cã tÝnh chèng mµi mßn cao (víi bÒ mÆt cã HB 400  600). Muèn vËy khi ®óc gang x¸m thay cho lµm nguéi th«ng th-êng ng-êi ta lµm nguéi nhanh ë nh÷ng phÇn bÒ mÆt cÇn cøng, (nh- ®óc trong khu«n kim lo¹i hay b»ng c¸ch ®Æt kim lo¹i dÉn nhiÖt nhanh trong phÇn khu«n c¸t tiÕp gi¸p ®Ó t¹o nªn gang tr¾ng). §«i khi dï kh«ng mong muèn, khi ®óc vÉn nhËn ®-îc gang x¸m biÕn tr¾ng do ®óc trong khu«n kim lo¹i, ®óc ly t©m, ®óc ¸p lùc ë c¸c thµnh máng...§Ó dÔ gia c«ng c¾t ph¶i ®em ñ ë 700  7500C, xªmentit bÞ ph©n ho¸ thµnh ferit vµ graphit nhê ®ã ®é cøng gi¶m ®i. NÕu ñ ë 600  6500C chØ cã kh¶ n¨ng lµm mÊt øng suÊt bªn trong do lµm nguéi kh«ng ®Òu khi ®óc g©y ra.
18 2.2.4. Gang dÎo 2.2.4.1. Thµnh phÇn vµ ph©n lo¹i. * Thµnh phÇn Gang dÎo ®-îc ñ tõ gang tr¾ng nªn thµnh phÇn c¬ b¶n cña nã gÇn gièng gang tr¾ng, l-îng cacbon trong gang ®óc th-êng thÊp kho¶ng 2,2  2,8 %; Si lÝc 0,8  1,4 %. * Ph©n lo¹i: Gang dÎo ®-îc ph©n ra lµm 2 lo¹i: - Gang dÎo lâi ®en (gang dÎo t©m ®en): Th«ng th-êng lµ gang dÎo ferit (nhiÒu graphit nªn lâi ®en) tuy ñ trong m«i tr-êng th«ng th-êng song bÒ mÆt bÞ ch¸y mét Ýt cacbon t¹o nªn viÒn tr¾ng. - Gang dÎo lâi tr¾ng (gang dÎo t©m tr¾ng): Lµ c«ng nghÖ ñ trong m«i tr-êng «xy ho¸ (quÆng s¾t) nªn cacbon (graphit) bÞ gi¶m ®¸ng kÓ do b Þ ch¸y ®i trong qu¸ tr×nh ñ, do vËy cã mÇu tr¾ng. tÝnh dÎo cña gang lo¹i nµy kÐm h¬n gang dÎo lâi ®en, nªn ph-¬ng ph¸p chÕ t¹o nµy ®ang bÞ thu hÑp. 2.2.4.2. Ký hiÖu. * Tiªu chuÈn ViÖt Nam (TCVN1659-75) quy ®Þnh nguyªn t¾c ký hiÖu m¸c gang dÎo b»ng GZ kÌm theo hai con sè, con sè thø nhÊt chØ ®é bÒn kÐo tèi thiÓu, ®¬n vÞ kG/mm2, con sè thø hai chØ ®é gi·n dµi t-¬ng ®èi tÝnh theo %. - NÕu ®é gi·n dµi t-¬ng ®èi  6% lµ gang dÎo t©m ®en - NÕu ®é gi·n dµi t-¬ng ®èi < 6% lµ gang dÎo t©m tr¾ng VÝ dô: GZ63-3 lµ gang dÎo t©m tr¾ng (TCVN). §é bÒn kÐo tèi thiÓu lµ63kG/ mm2 hay (k 63kG/ mm2 630MPa) gi·n dµi t-¬ng tèi lµ 3% hay( = 3%) * Tiªu chuÈn Liªn bang Nga (ΓOCT) ký hiÖu m¸c gang dÎo b»ng hai ch÷ Kч víi hai sè tiÕp theo chØ giíi h¹n bÒn kÐo (§¬n vÞ KG/ mm 2) vµ ®é gi·n dµi t-¬ng ®èi tÝnh theo %. VÝ dô: KЧ 35 - 10 lµ gang dÎo t©m ®en (ΓOCT). §é bÒn kÐo tèi thiÓu lµ 35kG/mm 2 hay(k  35kG/mm2  350MPa), gi·n dµi t-¬ng tèi lµ 10% hay ( = 10%) Theo tiªu chuÈn nµy cã c¸c m¸c : KЧ30 - 6, KЧ33 - 8, KЧ35 - 10, KЧ37 - 12 (gang dÎo ferit ) KЧ45 - 5, KЧ50-5 , KЧ60 - 3, KЧ63 - 3 (gang dÎo peclit) 2.2.4.3. TÝnh chÊt. Do graphit ë d¹ng côm (graphit tô tËp tõng ®¸m gäi lµ cacbon ñ) vµ l-îng cacbon cña gang thÊp, gang dÎo cã ®é bÒn gÇn nh- gang cÇu vµ h¬n h¼n gang x¸m (k = 300  600Mpa, 0,2= 200  450Mpa). Song ®é dÎo cao nh- gang cÇu ( = 3  15%)
19 2.2.4.4. C«ng dông. Nh÷ng chi tiÕt lµm b»ng gang dÎo ph¶i tháa m·n ®ång thêi ba yªu cÇu lµ: h×nh d¹ng phøc t¹p, tiÕt diÖn thµnh máng, chÞu ®-îc va ®Ëp chØ cÇn kh«ng tháa m·n mét trong c¸c yªu cÇu trªn viÖc chÕ t¹o gang dÎo hoÆc lµ kh«ng thÓ ®-îc hoÆc lµ kh«ng kinh tÕ, lóc ®ã lµm b»ng vËt liÖu kh¸c rÎ h¬n (vÝ dô nÕu kh«ng chÞu va ®Ëp lµm b»ng gang x¸m, nÕu h×nh d¹ng ®¬n gi¶n lµm b»ng thÐp cacbon kÕt cÊu chÊt l-îng th-êng), gang dÎo th-êng dïng ®Ó chÕ t¹o c¸c chi tiÕt nh- trôc khuûu, vá b¬m, cÇu sau « t«, may¬, b¸nh r¨ng, pitston, xÝch, æ ®ì… Trong tr-êng hîp c¸c chi tiÕt cã h×nh d¹ng vµ cÊu t¹o kh«ng thÓ ®óc b»ng thÐp ®-îc th× ng-êi ta cã thÓ ®óc b»ng gang dÎo. Tuy nhiªn gi¸ thµnh gang dÎo kh¸ cao so víi gang x¸m vµ c«ng nghÖ chÕ t¹o phøc t¹p. Qu¸ tr×nh luyÖn gang dÎo gåm hai b-íc: - §óc chi tiÕt b»ng gang tr¾ng. - ñ vËt ®óc ®ã ë nhiÖt ®é 900  10000C trong kho¶ng thêi gian tõ 70  100 giê. XªmentÝt cña gang tr¾ng ®· ph©n ho¸ thµnh graphÝt, graphÝt nµy cã d¹ng h¹t nhá, sau ®ã cho nguéi chËm ta sÏ ®-îc gang dÎo. Tuú theo ®iÒu kiÖn vµ chÕ ®é ñ mµ ta cã c¸c lo¹i gang dÎo cã nÒn kim lo¹i lµ ferit, peclit hoÆc ferit peclit ®-îc sö dông nhiÒu h¬n. 2.2.5. Gang cÇu 2.2.5.1 Thµnh phÇn, ký hiÖu. * Thµnh phÇn §Ó t¹o thµnh graphit cÇu ng-êi ta cho thªm vµo n-íc gang x¸m tr-íc khi rãt vµo khu«n mét l-îng nhá magiª vµ tiÕp ®ã lµ fer«silic. * Ký hiÖu Tiªu chuÈn ViÖt Nam: TCVN1659-75 cã quy ®Þnh ký hiÖu gang cÇu b»ng hai ch÷ GC víi hai ch÷ sè tiÕp theo chØ giíi h¹n bÒn kÐo tèi thiÓu (®¬n vÞ kG/mm 2) vµ gi·n dµi t-¬ng ®èi tÝnh theo %. Tiªu chuÈn Liªn bang Nga: (ΓOCT) 7393-70 ký hiÖu gang cÇu b»ng BЧ víi hai ch÷ sè tiÕp theo chØ giíi h¹n bÒn kÐo tèi thiÓu (®¬n vÞ kG/mm 2) vµ gi·n dµi t-¬ng ®èi tÝnh theo %. VÝ dô: - GC38 - 17 lµ ký hiÖu gang cÇu (TCVN) cã ®é bÒn kÐo tèi thiÓu lµ 38 kG/mm2 hay (k  38 kG/mm2) vµ gi·n dµi t-¬ng ®èi lµ 17% hay ( = 17%) - BЧ 63- 4 lµ ký hiÖu gang cÇu (ΓOCT) cã ®é bÒn kÐo tèi thiÓu lµ 63 kG/mm2 hay (k  63 kG/mm2) vµ gi·n dµi t-¬ng ®èi lµ 4% hay ( = 4%).