Xem mẫu
- Phân VI THÉP VÀ HƠP KIM
6.1 thép
1.Thép là hợp kim với thành phần chính là sắt (Fe), với cacbon (C), từ 0,02% đến
2,06% theo trọng lượng, và một số nguyên tố hóa học khác. Chúng làm tăng độ cứng,
hạn chế sự di chuyển của nguyên tử sắt trong cấu trúc tinh thể dưới tác động của
nhiều nguyên nhân khác nhau. Số lượng khác nhau của các nguyên tố và tỷ lệ của
chúng trong thép nhằm mục đích kiểm soát các mục tiêu chất lượng như độ cứng, độ
đàn hồi, tính dể uốn, và sức bền kéo đứt. Thép với tỷ lệ cacbon cao có thể tăng cường
độ cứng và cường lực kéo đứt so với sắt, nhưng lại giòn và dễ gãy hơn. Tỷ lệ hòa tan
tối đa của carbon trong sắt là 2,06% theo trọng lượng ( ở trạng thái Austenit) xảy ra ở
1.147 độ C; nếu lượng cacbon cao hơn hay nhiệt độ hòa tan thấp hơn trong quá trình
sản xuất, sản phẩm sẽ là xementit có cường lực kém hơn. Pha trộn với cacbon cao
hơn 2,06% sẽ được gang. Thép cũng được phân biệt với sắt rèn, vì sắt rèn có rất ít hay
không có cacbon, thường là ít hơn 0,035%. Ngày nay người ta gọi ngành công nghiệp
thép (không gọi là ngành công nghiệp sắt và thép), nhưng trong lịch sử, đó là 2 sản
phẩm khác nhau. Ngày nay có một vài loại thép mà trong đó cacbon được thay thế
bằng các hỗn hợp vật liệu khác, và cacbon nếu có, chỉ là không được ưa chuộng.
Trước thời kì Phục Hưng người ta đã chế tạo thép với nhiều phương pháp kém hiệu
quả, nhưng đến thế kỉ 17 sau tìm ra các phương pháp có hiệu quả hơn thì việc sử
dụng thép trở nên phổ biến hơn. Với việc phát minh ra quy trình Bessemer vào giữ thế
kỉ 19, thép đã trở thành một loại hàng hoá được sản xuất hàng loạt ít tốn kém. Trong
quá trình sản xuất càng tinh luyện tốt hơn như phương pháp thổi ôxy, thì giá thành sản
xuất càng thấp đồng thời tăng chất lượng của kim loại. Ngày nay thép là một trong
những vật liệu phổ biến nhất trên thế giới và là thành phần chính trong xây dựng, đồ
dùng, công nghiệp cơ khí. Thông thường thép được phân thành nhiều cấp bậc và được
các tổ chức đánh giá xác nhận theo chuẩn riêng.
2. đặc tính
Cũng như hầu hết các kim loại, về cơ bản, sắt không tồn tại ở vỏ Trái Đất dưới dạng
nguyên tố, nó chỉ tồn tại khi kết hợp với ôxy hoặc lưu huỳnh. Sắt ở dạng khoáng vật
bao gồm Fe2O3-một dạng của ôxít sắt có trong khoáng vật hematit, và FeS2 - quặng
sunfit sắt. Sắt được lấy từ quặng bằng cách khử ôxy hoặc kết hợp sắt với một
nguyên tố hoá học như cacbon. Quá trình này được gọi là luyện kim, được áp dụng lần
đầu tiên cho kim loại với điểm nóng chảy thấp hơn. Đồng nóng chảy ở nhiệt độ hơn
1.080 °C, trong khi thiếc nóng chảy ở 250 °C. Pha trộn với cacbon trong sắt cao hơn
2,06% sẽ được gang, nóng chảy ở 1.392 °C. Tất cả nhiệt độ này có thể đạt được với
các phương pháp cũ đã được sử dụng ít nhất 6.000 năm trước. Khi tỉ lệ ôxy hoá tăng
nhanh khoảng 800 °C thì việc luyện kim phải diễn ra trong môi trường có ôxy thấp.
Trong quá trình luyện thép việc trộn lẫn cacbon và sắt có thể hình thành nên rất nhiều
cấu trúc khác nhau với những đặc tính khác nhau. Hiểu được điều này là rất quan
trọng để luyện thép có chất lượng. Ở nhiệt độ bình thường, dạng ổn định nhất của
sắt là sắt ferrit có cấu trúc lập phương tâm khối (BCC) hay sắt, một chất liệu kim loại
- mềm, có thể phân huỷ một lượng nhỏ cacbon (không quá 0,02% ở nhiệt độ 911 °C).
Nếu trên 911 °C thì ferrit sẽ chuyển từ tâm khối (BCC) sang tâm mặt (FCC), được gọi
là austenit, loại này cũng là một chất liệu kim loại mềm nhưng nó có thể phân huỷ
nhiều cacbon hơn ( 2,06% cacbon nhiệt độ 1.147 °C). Một cách để loại bỏ cacbon ra
khỏi austenit là loại xementit ra khỏi hỗn hợp đó, đồng thời để sắt nguyên chất ở dạng
ferit và tạo ra hỗn hợp xementit-ferrit. Xementit là một hợp chất hoá học có công thức
là Fe3C.
3. Phân loai thép
Thép hiện đại được chế tạo bằng nhiều các nhóm hợp kim khác nhau, tùy theo thành
phần hóa học của các nguyên tố cho vào mà cho ta các sản phẩm phù hợp với công
dụng riêng rẽ của chúng. Thép cacbon bao gồm hai nguyên tố chính là sắt và cacbon,
chiếm 90% tỷ trọng các sản phẩm thép làm ra. Thép hợp kim thấp có độ bền cao được
bổ sung thêm một vài nguyên tố khác (luôn
- - Thép hợp kim cao : Tổng lượng nguyên tố hợp kim > 10%.
b. Theo công dụng
- Thép hợp kim kết cấu.
- Thép hợp kim dụng cụ.
- Thép hợp kim có tính chất lý, hoá đặc biệt.
4.Ký hiệu thép hợp kim
* Nga ký hiệu thép hợp kim bằng các chữ và số.
- Các
chữ để ký hiệu các nguyên tố hợp kim
- Các số đứng đầu ký hiệu để chỉ lượng các bon trong thép, nếu:
+ Không có số nào là chỉ C ≥1%
+ Có một con số chỉ C tính theo phần nghìn
+ Có hai con số chỉ C tính theo phần vạn.
Các số đứng sau các chữ ký hiệu chỉ % nguyên tố hợp kim đó. Nếu lượng
nguyên tố hợp kim đó ≤ 1% thì không ghi số nữa.
- Nếu có chữ A đứng cuối ký hiệu là chỉ thép có chất lượng tốt.
*Việt Nam ký hiệu thép hợp kim : Về cơ bản giống cách ký hiệu của Nga, chỉ
khác ở chỗ: Các nguyên tố hợp kim được ghi theo ký hiệu hoá học và lượng các
bon đều tính theo phần vạn.
6.3 CÁC LOẠI THÉP HỢP KIM
1.Thép hợp kim kết cấu
a.Thành phần:
Là thép các bon kết cấu cho thêm các nguyên tố hợp kim, do đó lượng
C = 0,1 - 0,65% và các nguyên tố hợp kim thường dùng là : Cr, Mn, Si, Ni với
tổng
lượng
- 20Mn, 25Mn, hoặc dùng làm lò xo như 60Mn, 65Mn.
- Thép Si được dùng làm các chi tiết đàn hồi là lò xo, nhíp như 55Si2, 60Si2,
65Si3.
2.Thép hợp kim dụng cụ thấp
a.Thành phần : C = 0,8 - 1,4%, các nguyên tố hợp kim đưa vào thép là Cr,
Mn, Si, Ni, V, Ti là các nguyên tố tạo cácbít và tăng độ thấm tôi.
b.Tính chất : Sau khi tôi đạt độ cứng 60 - 64 HRC, tính cứng nóng thấp
(200 – 250 0 C ), độ thấm tôi lớn hơn thép các bon dụng cụ.
c. Phạm vi sử dụng
- Làm dụng cụ với tốc độ cắt gọt thấp như : Đục nguội, dũa, mũi khoan, mũi
khoét, bàn ren ( CrMn, CrMnSi )
- Làm dụng cụ đo, kiểm tra như : thước lá, thước cặp, panme, calíp ( 20Cr, 50Cr,
CrMn )
- Dùng làm khuôn dập nóng, dập nguội.
3.Thép hợp kim dụng cụ cao ( thép gió )
a.Thành phần : W = 8,5 - 19% , C = 0,7 - 1,4% , Cr = 3,3 - 4,4% , V = 1,0
- 2,6% và một lượng nhỏ Mo hay Co.
b.Tính chất : Độ cứng sau khi tôi đạt 62 - 64 HRC, tính cứng nóng đạt tới
500 - 600 0 C, độ thấm tôi tốt, bền, chịu mài mòn.
c. Phạm vi sử dụng : Làm dụng cụ cắt gọt với tốc độ cắt trung bình để cắt gọt
vật liệu có độ cứng trung bình như : dao tiện, dao phay, dao chuốt.
d. Ký hiệu : - Việt Nam ký hiệu như thép hợp kim. Ví dụ 90W9V2
- Nga ký hiệu thép gió bằng chữ P và số kèm theo chỉ % vonfram( W ), nếu có
chứa Mo, V, Co với lượng > 2% thì sẽ có thêm chữ M, …, K và số chỉ %
nguyên tố đó.
4.Thép ổ lăn
a. Yêu cầu đối với thép làm ổ lăn:
- Phải có độ cứng cao, chịu mài mòn tốt
- Có hàm lượng các bon cao, được hợp kim hoá bằng 0,6 - 1,5%Cr, đôi khi cả
Mn, Si để tăng độ thấm tôi, đảm bảo cơ tính đồng nhất.
b. Ký hiệu:
- Việt Nam ký hiệu như thép hợp kim nhưng thêm vào đằng trước chữ OL
Nga ký hiệu ổ lăn bằng chữ ỉ, chữ và số tiếp theo chỉ crôm và hàm lượng crôm ( Cr )
tính theo phần nghìn.
c. Các số hiệu thường dùng:
- ỉX6 : Để chế tạo ổ lăn có đường kính d < 15 mm
- ỉX9 : Để chế tạo ổ lăn có đường kính d = 15 mm
- ỉX15 : Để chế tạo ổ lăn có đường kính d = 20 - 30 mm
- ỉX15C : Để chế tạo ổ lăn có đường kính d > 30 mm.
5.Thép lò xo
a. Yêu cầu đối với thép làm lò xo :
- Phải có giới hạn đàn hồi và giới hạn mỏi cao, độ dai đảm bảo.
- Lượng cácbon thích hợp từ 0,5 - 0,65%C, các nguyên tố hợp kim chủ yếu là :
Mn, Si(1 - 2%), ngoài ra còn có Cr, Ni, V để tăng độ thấm tôi và tính ổn định
của sự đàn hồi.
b. Các số hiệu thép lò xo :
- - Thép 65, 70, 80, 85, 60Mn, 70Mn để làm lò xo thường
- Thép 55Si2, 65Si2, 70Si2 làm nhíp và lò xo có chiều dày lớn tới 18mm.
- Thép 50Cr MnA, 50Cr Si2A làm việc được ở nhiệt độ tới 300 0 C, dùng làm lò
xo xupáp và các lò xo quan trọng khác với tiết diện không lớn.
- Thép 60Cr Si2A, 60Si2 Ni2A có độ thấm tôi d > 50mm, dùng làm lò xo, nhíp
lớn chịu tải nặng và đặc biệt quan trọng.
nguon tai.lieu . vn
