Giáo trình Công nghệ laser - Chương 1: Giới thiệu hợp kim khó gia công
Ch−¬ng 1. Giíi thiÖu Hîp kim khã gia c«ng
Hîp kim khã gia c«ng ®−îc ph©n lo¹i dùa theo nhiÒu ®Æc ®iÓm kh¸c nhau :
theo nhiÖt ®é nã ch¶y, theo ®é cøng, theo c¬ tÝnh cña vËt liÖu,... Sau ®©y chóng ta sÏ
xÐt mét sè kim lo¹i vµ hîp kim :
1.1Kim lo¹i khã ch¶y
VËt liÖu khã nãng ch¶y lµ c¸c lo¹i kim lo¹i cã nhiÖt ®é nãng ch¶y T > 1539 oC
hoÆc c¸c kim lo¹i kÕt hîp víi c¸c nguyªn tè hîp kim kh¸c.
VÝ dô :
Ti
V
= 1672 oC
= 1900 oC
Zr
Hf
Ta
W
= 1855 oC
= 1975 oC
= 2996 oC
= 3410 oC
Cr
Nb
Tc
= 1875 oC
= 2415 oC
= 2700 oC
Mo = 2610 oC
Re
= 3180 oC
1.2 ThÐp hîp kim
ThÐp hîp kim ®−îc chia ra theo nhiÒu dÊu hiÖu kh¸c nhau:
1. ThÐp chÞu ¨n mßn trong c¸c m«i tr−êng kh¸c nhau.
2. ThÐp bÒn nhiÖt .
3. ThÐp chÞu nhiÖt.
4. ThÐp cã ®é bÒn cao.
5. Hîp kim bét kim lo¹i.
6. Hîp kim cøng .
• Hîp kim do biÕn cøng
• Hîp kim ®−îc chÕ t¹o víi nh÷ng thµnh phÇn c¸c chÊt kh¸c nhau.
1.3 C¸c hîp kim ®Æc biÖt kh¸c
1. ThÐp ®Æc biÖt cã nhiÖt ®é lµm viÖc ®Õn 700 oC.
2. Hîp kim bÒn nhiÖt trªn nÒn Niken ( NhiÖt ®é lµm viÖc ®Õn 1100 oC )
3. Hîp kim nÒn Mo vµ Nb cã nhiÖt ®é lµm viÖc ®Õn 1500 oC.
4. Hîp kim nÒn v«nfram ( W) cã nhiÖt ®é lµm viÖc ®Õn 2000 oC.
5. ThÐp hîp kim chÞu ¨n mßn . Trong thùc tÕ cã 3 nhãm chÝnh sau ®©y :
Nhãm I - ThÐp chÞu ¨n mßn hîp kim thÊp cã ®é bÒn cao
B¶ng 1.1
Tªn nguyªn tè
Thµnh phÇn % 0,25 -
0,45
C
Cr
<=
5
Ni
<=
2,5
Mn Mo
<= <= <=
1,5 1,5 1,5
W
V
<=
1
Si
<=
1
Giíi h¹n bÒn
160 - 220 KG/mm2
Nhãm II : thÐp chÞu ¨n mßn cã ®é bÒn cao
B¶ng 1.2
Tªn nguyªn tè
C
Cr
Ni
Mn Mo
W
V
Si
1
Thµnh phÇn % 0,25 -
0,45
<=
12
<=
2,5
<=
<= <=
<=
1
<=
1
1,5 1,5 1,5
Giíi h¹n bÒn
<= 180 , sau nhiÖt luyÖn cã thÓ ®¹t 260 - 300 KG/mm2
Nhãm III : ThÐp hîp kim martensit - ho¸ giµ
B¶ng 1.3
Tªn nguyªn tè
C
Cr
Ni
Co
Mo
Ti
Thµnh phÇn % 0,25 -
0,45
17 - 19
<=
<=
<=
7 - 9 4- 6 0,5-1
Giíi h¹n bÒn
(<= 190 - 210), thªm 12-16 % Co, 8-10% Mo, 12-13%Ni
th× ®é bÒn cã thÓ ®¹t 280 KG/mm2, HRC 62, δ=8%
1.4 Hîp kim cã tû bÒn cao ( σB/ γ )
Hîp kim cã tû bÒn cao : Nh«m, ti tan
γ
σB
- khèi l−îng riªng cña vËt liÖu
g/cm3.
KG/mm2.
- Giíi h¹n bÒn cña vËt liÖu
VÝ dô : Hîp kim titan
σB > 160 KG/mm2. γ = 4,51 Tû bÒn K = 34,5
§Æc biÖt hîp kim ti tan cßn cã tÝnh chÞu ¨n mßn trong c¸c lo¹i m«i tr−êng cao
nªn ®−îc øng dông rÊt réng r¶i.
Hîp kim nh«m AlMg6
σB
γ
K
= 39 KG/mm2.
= 2,7
= 14,4
HÖ sè tû bÒn lµ
Chóng ta cã thÓ so s¸nh víi thÐp th«ng th−êng :
ThÐp
CT38
σB
γ
K
= 38 KG/mm2.
= 7,87 g/cm3.
= 4,8
HÖ sè tû bÒn lµ
1.5 TÝnh chÊt cña mét sè kim lo¹i nguyªn chÊt khã ch¶y
vµ khã gia c«ng
B¶ng c¸c tÝnh chÊt cña c¸c kim lo¹i khã nãng ch¶y vµ c¸c nguyªn tè hîp kim
B¶ng 1-4
§Æc tÝnh
Khèi l−îng riªng
NhiÖt ®é nãng ch¶y
NhiÖt ®é bay h¬i
HÖ sè gi¶n në v× nhiÖt
Giíi h¹n bÒn
§¬n vÞ tÝnh
G/cm3
oC
Be
1,84
1283
2450
11,6
V
6,11
1900
3400
10,6
W
Hf
Co
Si
Mn Mo Ni
7,4 10,2 8,91
19,3 13,31 8,92 2,33
3410 2222 1495 1412 1245 2625 1425
5930 5400 3100 2600 2150 4800 3080
oC
x 10.
KG/mm2
%
4,0
5,9 12,08 6,95
23 5,49 13,3
70 28-30
40-60 22-48 100-120 40-45
50
5
70
0
§é gi¶i dµi t−¬ng ®èi
§é cøng Brinel
0,2-2
60-85
17
70
0
30
30
40
HB
350 120 125 240
125 65-70
2
B¶ng 1-5
Ta
16,6
2996
5300
6,6
§Æc tÝnh
Khèi l−îng riªng
NhiÖt ®é nãng ch¶y
NhiÖt ®é bay h¬i
HÖ sè gi¶n në v× nhiÖt
Giíi h¹n bÒn
§¬n vÞ tÝnh Nb
Re
Ti
Cr
Zr Ghi chó
G/cm3
oC
8,57 21
2500 3180
5127 5900
7,1 6,8
4,51 7,19 6,45
1668 1910 1860
3277 2469 3700
oC
x 10.
KG/mm2
%
8,3
6,7
6,3
25
30-45 50 45-55 40-45 30-35
20 24 25-35 30-40
75 250 45-125 130-150 100
§é gi¶i dµi t−¬ng ®èi
§é cøng Brinel
15 15-30
65
HB
TÝnh chÊt cña mét sè c¸c bÝt, Borit, Silixit, Nitrit
B¶ng 1-6
C¸c bÝt
Thµnh
phÇn
Ti
Zr
Hf
V
Nb
Ta
Cr
Mo
W
C¸c bon
Khèi l−îng riªng G/cm3
T nc
oC
HÖ sè truyÒn dÉn Cal/(cm.s.
C %
20,05 11,64 6,31 19,08 11,45 6,22 13,34 5,89 6,13
4,94 6,60 12,65 5,50 7,82 14,50 6,74 9,06 17,13
3150 3420 3700 2850 3600 3880 1895 2410 2790
0,069 0,09 0,07 0,09 0,04 0,053 0,046 0,076 0,072
nhiÖt
oC)
HÖ sè gi¶n në
nhiÖt x 10(-6)
8,50 6,95 6,06 7,20 6,50 8,29 11,70 7,80 3,84
§é cøng HRA HRA
93,00
87
84
91
83
82
81
74
81
B¶ng 1-7
Borits ( + B )
Bo
Thµnh phÇn
B %
Ti
31,20
4,52
2980
0,144
Zr
Hf
V
Nb
Ta
Cr
19,17 10,81 29,81 18,89 10,68 29,38
6,09 11,20 5,10 7,00 12,62 5,60
3040 3250 2400 3000 3100 2200
Khèi l−îng riªng G/cm3
T nc
oC
HÖ sè truyÒn dÉn cal/(cm.s.oC)
nhiÖt
0,058
-
0,137 0,040 0,026 0,053
HÖ sè gi¶n në
nhiÖt x 10e(-6)
§é cøng HRA HRA
8,10
86
6,88 5,73 7,5 8,10 5,12 11,10
84
Zr
83
V
84
Cr
B¶ng 1-8
Nitrit ( + N2 )
Ni t¬
Thµnh phÇn
N %
Ti
Hf
Nb
Ta
22,63 13,31 7,28 21,56 13,10 7,19
5,44 7,35 13,84 6,10 8,41 15,86
2950 2980 2980 2050 2050 2890
Khèi l−îng riªng g/cm3
T nc
oC
HÖ truyÒn dÉn
nhiÖt
cal/(cm.s.oC)
0,046 0,049
0,027 0,009 0,021
HÖ sè gi¶n në
nhiÖt x 10e(-6)
9,35 7,24 6,9 8,10 10,10 3,60
§é cøng HRA HRA
B¶ng 1-9
38,11 23,93 52,44 37,68 23,69 51,93
4,86 8,03 4,66 5,66 9,10 5,00
Si lÝc
Si %
53,98
4,13
Khèi l−îng riªng g/cm3
3
T nc
HÖ sè truyÒn
nhiÖt
oC
1540
0,111
1750 1660 2160 2200 1500 2030
cal/(cm.s.oC)
0,037
0,383 0,397 0,052 0,025
HÖ sè gi¶n në
nhiÖt x 10e(-6)
§é cøng HRA HRA
8,8
81
8,6
11,2 11,7 8,8 10,0
1.6 VËt liÖu bét
VËt liÖu kim lo¹i hîp kim cã thÓ ®−îc chÕ t¹o tõ bét kim lo¹i b»ng ph−¬ng
ph¸p nÊu ch¶y th«ng th−êng hoÆc kÕt hîp Ðp bét kim lo¹i víi thµnh phÇn c¸c nguyªn
tè kh¸c : C, Al2O3, C¸c bÝt, borit, ... ®Ó nhËn ®−îc hîp kim cøng hay kim lo¹i gèm.
B¶ng 1.10 [2]
Lo¹i vËt liÖu
VËt liÖu kÕt cÊu
C¸c cÊu tö chÝnh
Fe, Fe-Cu, Fe-P, Fe - C
Fe-Ni-Cu, Fe-Cu-C
Fe-Ni-Cu-Mo-C
ThÐp kh«ng gØ, Br«ng (Cu+Sn), Lat«ng
(Cu +Zn),...
Ti
Au-Cu
Kim lo¹i vµ hîp kim cã cÊu tróc xÝt chÆt
• Kim lo¹i chÞu nhiÖt
• Kim lo¹i dïng trong kü thuËt h¹t nh©n
• Siªu hîp kim
W, Mo, Ta, Nb, Re
Be, Zr
C¸c hîp kim trªn c¬ së Ni, Co
ThÐp dông cô, thÐp giã
• ThÐp hîp kim
VËt liÖu cã ®é xèp cao
• B¹c xèp tù b«i tr¬n
• TÊm läc
Br«ng ( Cu+Sn+Al,Pb,) thÐp kh«ng gØ,
Cu-Al
Ni-Cr, monel, Ti, Zr, Ag, Ta, ThÐp kh«ng
gØ
VËt liÖu liªn kim lo¹i
Ni - Al
MoSi2
Ti-Al
Co - Mo- Si
Hîp kim cøng ®−îc chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p Ðp vµ thiªu kÕt víi ¸p lùc vµ
nhiÖt ®é thÝch hîp.
Hîp kim cøng cã hai lo¹i : ®Æc vµ xèp ( cã lç rçng). Chóng th−êng ®−îc øng
dông ®Ó chÕ t¹o dông cô c¾t gät, vËt liÖu mñ ®Ëy, vâ bäc, ... NhiÖt ®é lµm viÖc cã thÓ
®¹t 1000 - 2000 oC
Hîp kim cøng cã nhiÒu lo¹i : ( trang 19 - 20 )
• Hîp kim cøng v«nfram (WC)
• Hîp kim cøng
• Hîp kim cøng
W - Ti
Ti-Ta-W
4
B¶ng 1.7 [2] [9]
M¸c hîp kim
Ký hiÖu theo LX vµ C¸c C¸c C¸cbÝt Co
Thµnh phÇn %
γ ( g/cm3)
HRA
>=
σ
theo TCVN
bÝt bÝt
W tanta
n
Titan Coban
(KG/m
m2)
Nhãm WC
BK3M (WCCo3)
97
3
4
6
110
130
120
15-15,3
14,9-15,1 89,5
>=14,75 91,5
91,0
BK4
(WCCo4)
96
91
,9
94
92
90
90
85
82
,9
BK60M
BK6M (WCCo6)
6
8
10
10
15
15
130
140
140
140
155
150
14,8-15,1 90
14,4-15,8 87,5
BK8
(WCCo8)
BK100M
>=14,3
>=14,3
>=13,8
>=13,8
-
BL10M (WCCo10)
BK15M (WCCo15)
BK150M (WCCo15)
88,5
87,0
-
BK25
(WCCo25)
75
25
220
12,9-13,2 82
Nhãm Ti-WC
T15K6 (WCTi15Co6)
79
85
15
6
6
9
110
130
11-11,7
12,3-13,2 88,5
90
T5K10 (WCTiCo10)
NhãmTi-Ta-WC
TT7K12
(WCTTC7Co12)
TT10K8
(WCTTC10Co8)
TT20K9
81 3
82 7
71 12
4
3
8
12
8
170
140
150
13-13,3
13,5-13,8 89
12-13 89
87
9
(WCTTC20Co9)
Chó ý : VËt liÖu ký hiÖu theo TCVN ®−îc ®Æt trong dÊu ngoÆc ®¬n.
1.7 Nhãm vËt liÖu C¸cbon - Nitrit - titan
Khèi l−îng riªng
HRC
Giíi h¹n bÒn uèn
5,6 - 6,2
88 - 93
120 - 180
g/cm3
HRC
KG/mm2.
1.8 Nhãm vËt liÖu C¸cbÝt - cr«m + hîp kim cøng ( page 208 )
Khèi l−îng riªng
HRC
Giíi h¹n bÒn uèn
6,6 - 7,0
80 - 90
40 - 70
g/cm3
HRC
KG/mm2.
5
1.9 Nhãm vËt liÖu kh«ng cã v«nfram
Gåm cã c¸c thµnh phÇn c¸c chÊt nh− sau :
TIC% TiN% 4Ni1Mo Khèi l−îng riªng HRA Giíi h¹n bÒn uèn
THM-20
THM-25
THM30
79% -
74
21%
26
30
32
5,5 g/cm3. 91
115 KG/mm2.
130
140
150
5,7
5,9
5,8
90
89
88
70
KTHM30A 26
42
1.10 VËt liÖu bét mµi vµ dông cô c¾t
B¶ng 1.8
T nc
Lo¹i vËt liÖu
§é cøng Giíi h¹n bÒn
HRA
Knoop
Mpa
=
oC
N/mm2
Kim c−¬ng
Nitrit Bo ( BN)
TiC
SiC
WC
Al2O3
SiO2
8000
7000
7000
2800
1000
5000
3000
1200
1200
3500
5000
3100
3000
2700
2100
1000
800
1540
3100
2400
2780
2050
93
82 - 90
ThÐp ®· t«i (®Ó so s¸nh)
1.11 VËt liÖu siªu cøng. [2]
B¶ng 1.9
VËt liÖu
KL riªng
g/cm3
3,01-3,56
§é cøng
HV
10.000
Giíi h¹n bÒn
MPa
1900-2100
NhiÖt ®é giíi
h¹n cña ®é bÒn
600-850
Kim c−¬ng tù nhiªn
Kim c−¬ng nh©n t¹o
• Lo¹i ®¬n tinh thÓ
• Lo¹i ®a tinh thÓ
Nitri Bo (BN)
3,48-3,54
3,30-4,00
8.600-10.000
8.000-10.000
2000
200-800
850
700
3,44-3,49
3,30-3,40
9.000-9500
7.000-8.000
500
2000-3000
1200
1400
• Lo¹i ®¬n tinh thÓ
• Lo¹i ®a tinh thÓ
VËt liÖu kim c−¬ng tuy cã ®é cøng cao nh−ng bÞ giíi h¹n bëi ®é bÒn nhiÖt (Cã
nhiÖt ®é giíi h¹n cña ®é bÒn thÊp )
VËt liÖu nitrit bo ( BN ) cã ®é cøng cao vµ cã tÝnh bÒn nhiÖt cao nªn thÝch hîp
víi gia c«ng c¬ ( khoan tiÖn, phay, ...
Chó ý :
Cµng t¨ng ®é bÒn vµ ®é cøng vËt liÖu th× vËn tèc c¾t gi¶m ®i . Tèc ®é c¾t gät tû
lÖ nghÞch víi b×nh ph−¬ng giíi h¹n bÒn cña vËt liÖu.
6
Khã kh¨n chñ yÕu khi gia c«ng lµ do :
• Lùc c¾t yªu cÇu ph¶i lín; ®èi víi thÐp bÒn nhiÕt t¨ng 1,5 lÇn; ®èi víi hîp
kim bÒn nhiÖt t¨ng 2 - 2,5 lÇn so víi khi gia c«ng thÐp C45.
• C¸c hîp kim nµy cã tÝnh dÉn nhiÖt kÐm nªn nhiÖt ®é sinh ra t¹i vïng c¾t rÊt
cao
• Khi gia c«ng c¾t c¸c lo¹i thÐp cã ®é bÒn nhiÖt vËn tèc c¾t gi¶m 10 - 20 lÇn so
víi khi gia c«ng thÐp C45 ( Ký hiÖu theo Nga 45 ).
• Gi¸ thµnh bét kim lo¹i th−êng ®¾t h¬n 1,5 - 3,5 lÇn so víi kim lo¹i c¬ b¶n.
Nh−ng víi kim lo¹i chÕ t¹o bét ngay tõ ®Çu th× th−êng cã gi¸ thµnh rÎ h¬n.
Tuy gi¸ ®¾t h¬n nh−ng nã ®−îc bï l¹i do cã hÖ sè sö dông cao víi nh÷ng
tÝnh chÊt ®Æc biÖt.
• Theo c¸c chuyªn gia kinh tÕ ®Ó ®¸nh gi¸ hiÖu qu¶ cña vËt liÖu gèm ng−êi ta
thÊy : Cø cho 1000 tÊn s¶n phÈm th× tiÕt kiÖm ®−îc 1500 - 2000 tÊn kim lo¹i,
v× lÏ ®ã mµ nã gi¶m bít ®−îc 50 ®¬n vÞ m¸y gia c«ng, cïng lóc lµm gi¶m
120.000 giê gia c«ng vµ n¨ng suÊt nãi chung t¨ng lªn 1,5 lÇn.
7
7 trang
20780
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Công nghệ laser - Chương 1: Giới thiệu hợp kim khó gia công", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_cong_nghe_laser_chuong_1_gioi_thieu_hop_kim_kho_g.pdf
- Mục lục.pdf
- Tài liệu tham khảo.pdf
