Giáo trình Vật liệu học
TRƯỜNG TRUNG CẤP NGHỀ GIAO THÔNG VẬN TẢI HẢI PHÒNG
GIÁO TRÌNH
NGHỀ CÔNG NGHỆ ÔTÔ
MÔN HỌC :MH 09 - VẬT LIỆU HỌC
SỬ DỤNG CHO ĐÀO TẠO TRUNG CẤP NGHỀ CÔNG NGHỆ Ô TÔ
MỤC LỤC
Nội dung các bài
Nhôm và hợp kim nhôm
Giản đồ nhôm - silic
Trang
1
I
1
1
2
Đặc điểm của nhôm và hợp kim nhôm
Phân loại hợp kim nhôm
Quan sát tổ chức tế vi của hợp kim nhôm
Gang và thép
Giản đồ sắt - các bon
Đặc điểm của sắt và thép
Gang
2
3
4
4
6
7
II
1
7
2
9
3
12
17
17
22
24
46
46
48
50
53
4
Thép kết cấu
5
Thép hợp kim
6
Quan sát tổ chức tế vi của gang và thép
Ký hiệu vật liệu của các nước
Vật liệu phi kim loại
Chất dẻo
7
III
1
2
Cao su - amiăng - compozit
Vật liệu bôi trơn và làm mát
Nhiên liệu
3
4
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC: VẬT LIỆU HỌC
Mã số môn học: MH 09
Thời gian của môn học: 45 h
(Lý thuyết: 30h; Thực hành: 12h; Kiểm tra: 3h)
MỤC TIÊU
Học xong môn học này học sinh có khả năng:
- Vẽ và giải thích được: giản đồ nhôm – silic; giản đồ sắt – các bon
- Trꢀnh bày được đặc điểm, phân loại và ký hiệu các loại hợp kim nhôm, gang và
thép
- Nhận dạng các loại hợp kim nhôm, gang và thép
- Trꢀnh bày được công dꢁng, tính chất, phân loại dꢂu, mꢃ bôi trơn, nước làm mát
, của xăng, dꢂu diesel dꢄng trên ô tô
- Tuân thủ đúng quy định, quy phạm về vật liệu học
- Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc, cẩn thận.
NỘI DUNG
Nội dung tổng quát và phân phối thời gian
Thời gian (giờ)
Số
TT
Kiểm tra*
Thực
hành
Bài tập
Tên chương, mục
Lý
thuyết
Tổng số
(LT hoặc
TH)
1
0
I
Nhôm và hợp kim nhôm
Giản đồ nhôm - silic
15
4
8
3
2
3
6
1
0
0
5
6
1
0
0
0
0
5
0
0
0
0
0
12
Đặc điểm của nhôm và hợp kim nhôm
Phân loại hợp kim nhôm
2
0
4
1
Quan sát tổ chức tế vi của hợp kim nhôm
5
0
II Gang và thép
Giản đồ sắt - các bon
Đặc điểm của sắt và thép
Gang
21
4
14
3
1
0
3
3
0
3
3
0
Thép kết cấu
3
3
0
Thép hợp kim
3
2
1
Quan sát tổ chức tế vi của gang và thép
III Vật liệu phi kim loại
Chất dẻo
5
9
2
8
2
1
0
0
0
1
3
Cao su - amiăng - compozit
Vật liệu bôi trơn và làm mát
Nhiên liệu
2
2
2
2
3
2
Tổng cộng
45
30
ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN
- Vật liệu:
+ Các mẫu thử vật liệu
- Dꢁng cꢁ và trang thiết bị:
+ Máy vi tính, máy chiếu
+ Bảng phꢁ lꢁc về tiêu chuẩn các loại vật liệu
+ Các thiết bị khảo nghiệm tính chất của vật liệu.
- Học liệu:
+ Nguyễn Hoành Sơn - Vật liệu học - NXB GD - 2000
+ Phạm Thị Minh Phương, Tạ Văn Thất - Công nghệ nhiệt luyện - NXB GD –
2000.
- Nguồn lực khác:
+ Phòng học vật liệu học
+ Phòng thí nghiệm vật liệu học.
Thời gian ( giờ )
Thực
CHƯƠNG I : NHÔM VÀ HỢP
Kiểm tra*
(LT hoặc
TH)
Tổng
số
Lý
hành
KIM NHÔM
thuyết
Bài tập
15
8
06
1
MỤC TIÊU
- Vẽ và giải thích được giản đồ nhôm - silic
- Trꢀnh bày được đặc điểm, phân loại và ký hiệu các loại hợp kim nhôm
- Nhận dạng hợp kim nhôm
- Tuân thủ các quy định, quy phạm về vật liệu học.
NỘI DUNG
1. Giản đồ nhôm - silic (04 giờ)
* Silumin : là hợp chất của nhôm và silic ( 6 - 13% là silic) ngoài ra còn có Mg,
Zn, và Cu ( hợp kim nhôm đúc).
- Silumin có tính dễ chảy loãng, độ co ngót nhỏ nên có tính đúc tốt được sử
dꢁng làm các chi tiết lớn chịu tải trọng nặng
- Ký hiệu :
AlĐ và con số chỉ thứ tự.
- Ví dꢁ : AlĐ2; AlĐ4 ; AlĐ25
* Giản đồ nhôm và các nguyên tố hợp kim
SE là giới hạn hòa tan của nguyên tố hợp kim trong α
* Hợp kim nhôm biến dạng : bên trái điểm E
1
* Hợp kim nhôm đúc bên phải điểm E
* Hợp kim nhôm biến dạng hóa bền được bằng nhiệt luyện thuộc khoảng SE
* Hợp kim nhôm biến dạng không hóa bền được bằng nhiệt luyện bên trái
điểm S
* Si; Mn;Ti; Zn; Fe ít hòa tan
* Mg; Cu hòa tan nhiều
2. Đặc điểm của nhôm và hợp kim nhôm ( 02 giờ )
2.1 Nhôm nguyên chất
2.1.1 Khái niệm:
Nhôm có ký hiệu hóa học Al, thành phꢂn của nhôm là cở sở của hợp kim đu ra
(Al - Cu - Mg) được ứng dꢁng rộng rãi. Ngày nay sản lượng Al trên thế giới đã đứng
hàng thứ 2 sau thép.
Về trữ lượng Al chiếm khoảng 8.8% trọng lượng vỏ trái đất, trong khi sắt chỉ
chiếm 5.1%.
Ưu điểm chính của Al là nhẹ, độ dẫn nhiệt, dẫn điện cao, khả năng chống ăn
mòn trong nhiều môi trường khá tốt.
Độ bền riêng của Al khoảng 16.5, trong khi thép là 15.4. Như vậy khi sử dꢁng
Al làm vật liệu kết cấu nó tỏ ra có nhiều ưu điểm hơn.
2.1.2. Kết cấu nhôm:
2
2.1.3 Đặc tính
Ưu điểm:
Trọng lượng riêng nhỏ ( = 2,79g/cm3), đây là ưu điểm rất lớn của nhôm so với
các kim loại khác.
Nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp (6580C) do đó dễ nấu luyện. Tuy nhiên, tính
đúc của nó không cao do độ co ngót lớn (tới 6%).
Tính dẫn nhiệt và dẫn nhiệt cao.
Tính chống ăn mòn cao, do trên bề mặt nhôm luôn có một lớp ôxyt nhôm
(Al2O3) bám chắc và trung tính, tuy nhiên lớp ôxyt nhôm này không bền vững đối với
các axit và bazơ.
Do tính chất lưꢃng tính có màng ôxyt nhôm nên tốc độ ăn mòn
phꢁ thuộc vào độ pH của môi trường.
Nhược điểm:
Độ bền thấp b = 60 N/mm2, độ cứng HB = 15- 25, độ dẻo cao. Do đó nhôm dễ
bị biến dạng ngay ở trạng thái nguội. Tính gia công cắt gọt của nhôm thấp.
Trong chế tạo cơ khí, người ta không dꢄng nhôm nguyên chất làm các chi tiết
máy vꢀ cơ tính thấp mà hay dꢄng hợp kim của nó.
2.1.4. Công dꢁng
Dꢄng làm vật liệu dẫn điện ở dạng dây hoặc tấm.
Màng nhôm dꢄng để chế tạo tꢁ điện trong công nghiệp điện tử và dꢄng rộng rãi trong
công nghiệp thực phẩm làm vật liệu bao gói thay cho màng thiếc.
Do có khả năng nhộm màu, nên nhôm còn được dꢄng làm vật liệu trang trí nội, ngoại
thất như khung cửa, ống dẫn, thꢄng chứa…
3
Ngoài ra nhôm còn dꢄng trong hàn nhiệt nhôm để hàn nối đường ray, hàn đắp
các lỗ hổng trong chi tiết vật đúc.
2.1.5. Ký hiệu:
TCVN 1659 -75: hợp kim nhôm: AlCu4Mg là hợp kim nhôm chứa = 1%Mg.
Với nhôm sạch bằng nhôm và chỉ số phꢂn trăm của nó.
3. Phân loại hợp kim nhôm ( 04 giờ )
3.1. Hợp kim nhôm đúc (silumin)
Silumin là hợp kim của nhôm và silic, nếu trong thành phꢂn hợp kim chỉ có hai
nguyên tố nhôm và silic thꢀ được gọi silumin đơn giản.
Nếu ngoài hai nguyên tố trên còn có thêm đồng, magiê, kẽm… thꢀ được gọi là silumin
phức tạp.
* Ký hiệu
- CHLB Nga ký hiệu silumin bằng “A” kèm theo số thứ tự chỉ các số hiệu
thường dꢄng.
- TCVN 1859 – 75 ký hiệu hợp kim nhôm đúc bằng chữ “Al” là nguyên tố
chính sau đó là
nguyên tố phꢁ, số đằng sau mỗi nguyên tố chỉ hàm lượng tính theo % tương ứng.
4
- Nếu đằng sau ký hiệu có thêm chữ “Đ” là hợp kim nhôm đúc.
Ví dꢁ: AlSi12MgCu2Mn0,6Đ: là hợp kim nhôm đúc có chứa Si = 12%, Mg =
1%, Cu = 2%, Mn = 0,6%, Al = 84.4%.
Thành phꢂn hoá học (%)
Dạng
vật đúc
Số hiệu
Si
Mg
-
Mn
-
Cu
Zn
-
Ti
Sn
AĐ2
-
-
-
-
-
10 13
Chi tiết
máy
AĐ4
-
-
-
810,5 0,170,3 0,250,5
AĐ9
-
-
-
-
68
0,20,4
AĐ25
AĐ26
AĐ30
0,5
0,3
0,2
0,05
1113
2022
1113
0,81,3 0,30,6 1,53
0,40,7 0,40,8 1,52,5
0,02
-
-
Pittông
0,81,3 0,2
0,81,5
0,01
Bảng thành phần hoá học của một số loại hợp kim nhôm đúc
* Tính chất và công dꢁng:
Silumin có tính đúc cao, tuỳ thuộc vào thành phꢂn các nguyên tố hợp kim mà
nó có tính chất khác nhau.
A: có tính chảy loãng cao có khả năng điền đꢂy vào khuôn tốt, độ nhẳn bề mặt
cao nên được dꢄng để chế tạo các chi tiết có hꢀnh dáng phức tạp.
A4, Ặ9: ngoài tính đúc tốt còn có cơ tính tốt dꢄng làm các chi tiết quang trọng
như: chi tiết máy, nắp máy của động cơ đốt trong,….
3.2. Hợp kim nhôm biến dạng (Đuara)
* Thành phꢂn và ký hiệu
Đuara là hợp kim của 3 nguyên tố cơ bản là: nhôm, đồng, magiê. Ngoài ra còn
có sắt, silic, mangan.
Đồng và magiê làm tăng cơ tính, mangan tăng độ bền và khả năng chịu mài
mòn, silic và sắt làm tăng tính chịu nhiệt.
- CHLB Nga ký hiệu bằng chữ “” (đuara) và số chỉ thứ tự ký hiệu.
- TCVN 1859-75 ký hiệu nhôm biến dạng giống như nhôm đúc nhưng không
ghi chữ “Đ” đằng sau ký hiệu.
Ví dꢁ: AlMg5: là hợp kim nhôm biến dạng có Mg = 5%.
Thành phꢂn hoá học (%)
Cu Mg Mn
HB
Số
hiệu
b(N/mm2) (%)
Sau khi tôi
Si
Fe
Đ1
< 0,7 < 0,7 420
< 0,5 < 0,5 300
< 0,5 < 0,5 320
< 0,5 < 0,5 170
15
15
17
24
95
3,84,8 0,40,8 0,40,8
4,65,2 0,61,0 0,50,9
3,84,9 1,21,8 0,30,9
Đ6
105
105
70
Đ16
Đ18
-
2,23,0 0,20,5
Bảng thành phần hoá học một số loại đuar
5
* Tính chất và công dꢁng:
Tuỳ thuộc vào hàm lượng của đồng và magiê cao hay thấp mà đaura cvó sự
thay đổi về cơ tính. Nói chung đuara có độ bền khá cao nhưng tính chồng ăn mòn kém.
Trong các loại đuara thꢀ 6, 16 có độ bền cao nhất được làm khung và cá kết cấu chịu
lực của máy bay, còn 18 có độ dẻo cao, độ bền thấp dꢄng làm đinh tán.
4. Quan sát tổ chức tế vi của hợp kim nhôm ( 05 giờ )
Hình 4: Tổ chức tế vi của hợp kim Al - (10-30)%Si:
a. Không biến tính
b. Có biến tính
6
Thời gian ( giờ )
Thực
Kiểm tra*
(LT hoặc
TH)
Tổng
số
Lý
hành
CHƯƠNG II: GANG VÀ THÉP
thuyết
Bài tập
21
14
06
1
MỤC TIÊU
- Vẽ và giải thích được giản đồ sắt – các bon
- Trꢀnh bày được đặc điểm, phân loại và ký hiệu các loại gang và thép
- Nhận dạng các loại gang và thép
- Tuân thủ các quy định, quy phạm về vật liệu học.
NỘI DUNG
1. Giản đồ trạng thái fe – C ( 04 giờ)
1.1. Ý nghĩa của giản đồ
- Biết được quy luật về sự kết tinh và chuyển biến tổ chức của hợp kim Fe – C
khi nung nóng và làm nguội
- Xác định được nhiệt độ nung nóng cho từng loại thép khi rèn, dập và nhiệt
luyện
- Là tài liệu không thể thiếu của người làm việc nhiệt luyện
1.2. Dạng giản đồ
Điểm
A
Nhiệt độ
1539
911
%C
0
B
0
C
1147
1600
1147
1147
4,3
6,67
2,14
6,67
D
E
F
G
H
K
727
727
727
0,02
0,8
6,67
7
tº
D
1539 A
1500
I
III
Lỏng +
1400
Lỏng I
II
Xêmentit1
Lỏng + Ôstenit
E
C
1200
1100
1000
900
F
IV
Ôstenit
B
VI
VII
V
Ô + Xê2 + Lê
Xê1 + Lê
800
VIII
Ô + Xê2
Ô + F
700
600
H
K
G
IX
P + F
X
XI
XII
Xê1 + Lê
P + Xê2
P + Xê2 + Lê
Hình 7.2.2. Giản đồ trạng thái hợp kim Fe – C
1.3. Các tổ chức của hợp kim Fe – C trên giản đồ
a. Các khu vực trên giản đồ
- Khu vực I : Hợp kim Fe – C ở pha lỏng ( L )
- Khu vực II : Lỏng + Ôsentit1 ( L + Ô )
- Khu vực III : Lỏng + Xêmentit1 ( L + Xê1 )
- Khu vực IV : Ôstenit ( Ô)
- Khu vực V : Ôstenit + Xêmentit2 ( Ô + Xê2 )
- Khu vực VI : Ôstenit + Xêmentit2 + Lêđêburit ( Ô + Xê2 + Lê )
- Khu vực VII : Xêmentit1 + Lêđêburit Xê1 + Lê
8
- Khu vực VII : Ôstenit + Ferit ( Ô + F )
- Khu vực IX : Peclit + Ferit ( P + F )
- Khu vực X : Peclit + Xêmentit2 ( P + Xê2 )
- Khu vực XI : Peclit + Xêmentit2 + Lêđêburi( P + Xê2 + Lê )
- Khu vực XII : Xêmentit1 + Lêđêburit (Xê1 + Lê)
b. Các tổ chức của hợp kim Fe – C
- Xêmentit : ( Fe3C, Xê ) là hợp chất hóa học của Fe và C, có độ cứng rất cao
(700HB ) có 3 dạng :
+ Xêmentit1 : Kết tinh từ pha lỏng
+ Xêmentit2 : Kết tinh từ pha rắn
+ Xêmentit3 : Tiết ra từ dung dịch rắn Ferit
- Ferit ( F ) là dung dịch rắn của C trong Feα, có độ cứng thấp ( 80HB ), có độ
dẻo cao, có từ tính
- Ôstenit ( Ô ) là dung dịch rắn của C trong Feγ. Ô rất dẻo và dai, phꢁ hợp với
công nghệ rèn
- Peclit ( P ) là hỗn hợp cơ học cu F và Xê. Trong P có 88% F và 12% là Xê, có
tính cắt gọt tốt, P có 2 dạng :
+ Peclit tấm : Xê ở dạng tấm, phiến, HB = 200 – 220
+ Peclit hạt : Xê ở dạng hạt HB = 180 – 200
- Lêđêburit (Lê ) là hỗn hợp cơ học của Ô và Xê hoặc hỗn hợp cơ học của P và
Xê. Lêđêburit rất cứng.
2. Đặc điểm chung của sắt và thép( 03 giờ)
2.1.Tính chất vật lý.
- Trọng lượng riêng :
Là trọng lượng của một đơn vị thể tích của vật thể.
P
d = — ( Kg/mm³ hoặc N/mm³)
V
Trong đó : P là trọng lực của vật (KG, 1 KG = 10 N )
- Nhiệt độ nóng chảy :
Là nhiệt độ nung nóng đến đó thꢀ làm cho kim loại từ thể rắn trở thành thể lỏng.
+ Sắt nguyên chất có nhiệt độ nóng chảy là 1539°C
+ Gang có nhiệt độ nóng chảy là 1130 - 1350°C
+ Thép có nhiệt độ nóng chảy là 1400 - 1500°C
- Tính dãn nở :
Là khả năng dãn nở của kim loại khi nung nóng. Độ giãn nở lớn hay bé có thể
biểu thị bằng hệ số giãn nở trên chiều dài của đơn vị ( 1mm ) gọi là hệ số giãn nở theo
chiều dài.
- Tính dẫn điện :
9
Là khả năng dẫn điện của kim loại và hợp kim. Kim loại đều là vật dẫn điện tốt,
nhất là bạc, sau đó đến đồng và nhôm nhưng do bạc đắt tiền nên kim loại được dꢁng
nhiều nhất trong kỹ thuật để làm vật dẫn điện là đồng và nhôm. Hợp kim có tính dẫn
điện kém hơn so với kim loại.
- Tính dẫn nhiệt :
Là khả năng truyền nhiệt của kim loại và hợp kim khi đốt nóng và khi làm
nguội. Độ dẫn nhiệt của các kim loại và hợp kim không giống nhau.
- Tính nhiễm từ :
Chỉ có một số kim loại có tính nhiễm từ tức là nó bị từ hóa sau khi đặt trong
một từ trường.
2.2. Tính chất hóa học
2.2.1. Khái niệm :
Là khả năng của kim loại và hợp kim chống lại tác dꢂng hóa học của môi
trường xung quanh
2.2.2. Các đặc trưng
- Tính chống mòn : Là khả năng kim loại và hợp kim chống lại sự phá hủy của
hơi nước hoặc oxy trong không khí ở nhiệt độ thường và nhiệt độ cao.
- Tính chịu axit : Là khả năng của kim loại và hợp kim chống lại tác dꢂng của
các môi trường có axit
2.3. Tính chất cơ học
Tính chất cơ học là biểu thị khả năng chống lại các tác dꢂng của ngoại lực
2.3.1. Độ bền
- Là khả năng của vật liệu chịu được tác động của ngoại lực mà không bị phá
hủy. Độ bền được ký hiệu bằng chữ σ ( xích ma )
- Có các loại độ bền : độ bền kéo , độ bền uốn, độ bền nén
Độ bền được tính theo công thức
P
σ = — ( N/ mm²)
F0
Trong đó :
P là ngoại lực ( N)
F0 là diện tích tiết diện ngang (mm²)
2.3.2. Độ cứng
- Là khả năng của kim loại và hợp chống lại sự biến dạng dẻo cꢂc bộ của bề
mặt kim loại và hợp kim dưới tác dꢂng của tải trọng bên ngoài tại chỗ ta ấn vào đó một
vất cứng hơn
- Độ cứng Brinen được tính theo công thức :
P
HB = — ( Kn/m² )
F
10
Trong đó : F là diện tích mặt cꢃu của vết lõm (mm² )
P là tải trọng nén ( N )
2.3.3. Độ đàn hồi
- Là khả năng kim loại thay đổi hꢀnh dạng dưới tác dꢂng của lực bên ngoài rồi
trở lại như cũ khi bỏ lực tác dꢂng, độ đàn hồi có thể xác định bằng quá trꢀnh thử kéo.
Bằng cách trên máy thử kéo ta tăng lực kéo mẫu thử lên dꢃn dꢃn và theo dõi sự dãn dài
của mẫu thử cho đến khi lực kéo đạt tới giá trị Pp tại gí trị này nếu bỏ lực kéo đi thꢀ
mẫu thử co lại chiều dài đúng như ban đꢃu tức là kim loại có tính đàn hồi
- Khi lực kéo đạt tới giá trị Pc nếu bỏ lực kéo đi thꢀ mẫu thử co lại không đúng
chiều dài như cũ mà dài hơn một ít gọi là biến dạng dư. Biến dạng dư này không quá
0.005% chiều dài ban đꢃu.
Pe
Tỷ số —
F0
Gọi là giới hạn đàn hồi ký hiệu bằng chữ
Pe
σB = — KG/mm²(MN/m²)
F0
2.3.4. Tính biến hꢀnh :
Tính biến hꢀnh là khả năng mà kim loại và hợp kim thay đổi hꢀnh dạng ban đꢃu
của nó.
2.4. Tính công nghệ
Tính công nghệ của kim loại và hợp kim là khả năng mà kim loại và hợp kim
thực hiện được các phương pháp công nghệ để sản xuất ra các sản phẩm. Tính công
nghệ bao gồm tính cắt gọt, tính hàn, tính rèn, tính đúc, tính nhiệt luyện…
- Tính cắt gọt
Là khả năng kim loại gia công cắt gọt dễ hay khó được xác định bởi tốc độ cắt,
lực cắt gọt và dộ bóng bề mặt của kim loại sau khi cắt gọt.
- Tính hàn
Là khả năng tạo thành sự liên kết giữa các phân tử hàn khi được nung nóng sơ
bộ chỗ mối hàn đến trạng thái chảy hay dẻo.
- Tính đúc
+ Tính đúc được đặc trưng bởi độ chảy loãng, độ co và tính thiên tích
+ Độ chảy loãng biểu thị khả năng điền đꢃy khuôn của kim loại và hợp kim.
Nếu độ chảy loãng càng cao thꢀ tính đúc càng tốt.
+ Độ co càng lớn thꢀ tꢀnh đúc càng kém.
- Tính rèn dập.
11
+ Là khả năng biến dạng vĩnh cửu của kim lọai khi chịu tác dꢂng của ngoại lực
để tạo thành hꢀnh dạng của chi tiết mà không bị phá hủy.
+ Thép có tính rèn cao khi nung ở nhiệt độ phꢁ hợp vꢀ tính dẻo tương đối
lớn.Gang không có khả năng rèn vꢀ giòn, đồng, chꢀ có tính rèn tốt ngay cả trong trạng
thái nguội
- Tính nhiệt luyện
Là khả năng thay đổi độ cứng, độ bền, độ dẻo dai…của kim loại bằng cách
nung nóng kim loại tới nhiệt độ nhất định giữ ở nhiệt độ đó một thời gian rồi làm
nguội theo một chế độ nhất định
3. Gang ( 03 giờ)
3.1. Các loại gang thường dꢁng.
Gang là loại vật liệu rẻ tiền được dꢁng nhiều trong các ngành kinh tế quốc dân,
các loại gang thường dꢁng là gang xám, gang trắng, gang cꢃ, gang dẻo, gang giun,
gang biến tính..
3.1.1. Gang trắng.
a. Thành phꢃn tổ chức C.
- Thành phꢃn : 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 bề mặ gãy của gang có màu sáng trắng do Các bon ở dạng hợp
chất hóa học Fe3C. Do đó gọi là gang trắng.
- Cơ tính :
+ Do các bon ở dang Fe3C nên gang rất cứng ( 600 ÷ 700 ) HB và dòn. Do đó
không thể gia công cắt gọt, không thể dꢁng gang thuꢃn 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, giá thành rẻ.
c. Công dꢂng
- Do gang trắng rất cứng và có tính chống mài mòn tốt nên được dꢁnh làm các
chi tiết yêu cꢃu độ cứng cao ở bề mặt làm việc trong điều kiện chịu mài mòn như : Bi
nghiền, bề mặt trꢂc cán, mép lưꢄi cày…, ( cꢃn chú ý không làm toàn bộ chi tiết bằng
gang trắng vꢀ dễ bị gãy, vꢄ và chỉ tạo cho lớp bề mặt là gang trắng, còn lõi vẫn là gang
graphít. Muốn bề mặt bị biến trắng người ta làm nguội nhanh bề mặt vật đúc.
- Phꢃn lớn gang trắng được dꢁng để sản xuất thép, một phꢃn dꢁng để ủ thành
gang dẻo.
d. Ký hiệu : Gang trắng được ký hiệu bằng một công thức hóa học Fe3C ( là hợp
chất hóa học )
12
3.1.2. Gang xám
a. Thành phꢃn và tổ chức C
- Thành phꢃn : 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 : Gang xám là lọai gang mà phꢃn lớn Cacbon nằm ở dạng tự do (
gọi là graphit ). Graphit trong gang xám có dạng tấm hay phiến cong tự nhiên
- Phân loại : Tꢁy theo mức độ tạo thành graphit mạnh hay yếu, gang xám được
chia ra các tổ chức sau :
+ Gang xám Ferit : có mức độ tạo thành graphit mạnh nhất. Tất cả cacbon đều
ở dạng tự do, không có Xêmentit. Gang chỉ có 2 pha : Graphit và kim loại là ferit.
+ Gang xám Fertit – Peclit : Có mức độ tạo thành graphit mạnh, lựợng cacbon
liên kết ( Fe3C) chỉ khoảng 0,1 ÷ 0,6%., tạo ra nền kim loại Ferit – Peclit.
+ Gang xám Peclit : Có mức độ tạo thành graphit bꢀnh thường, lựợng cacbon
liên kết ( Fe3C) chỉ khoảng 0,6 ÷ 0,8%., tạo ra nền kim loại Peclit
Hình 1.2.2. Gang Xám
b. Tính chất
- Lý tính:
+ Do graphit có màu xám nên mặt gãy của gang có màu xám.
+ Dẫn nhiệt, dẫn điện kém hơn so với thép.
+ Nhiệt độ nóng chảy thấp.
13
- Cơ tính :
+ Do graphit có độ cứng, độ bền thấp hơn Xementit nên gang xám có độ cứng,
độ bền thấp hơn gang trắng nhiều ( 150 ÷ 250 HB, σk = 150 ÷ 400 N/mm² )
+ Độ dẻo, độ bền thấp hơn thép, độ bền nén gꢃn bằng.
+ Không chịu biến dạng và va đập
- Tính công nghệ :
+ Biến dạng kém, tính cắt gọt cao, cho phoi vꢂn.
+ Tính đúc tốt hơn thép.
+ Có khả năng khử cộng hưởng và tự bôi trơn tốt ( hệ số ma sát nhỏ )
- Tính kinh tế :
Chế tạo gang xám đơn giản hơn so với thép.
c. Phạm vi sử dꢂng :
Dꢁng để chế tạo các sản phẩm đúc có đặc điểm : Kích thước sản phẩm lớn, kết
cấu phức tạp, các chi tiết không chịu va đập khi làm việc mà chịu nén là chủ yếu, cꢃn
giảm rung động khi làm việc và có khả năng bôi trơn.
Ví dꢂ : Thân máy, bệ máy, các ổ trựot, bánh răng chịu tải trọng nhỏ…
d. Ký hiệu :
Theo TCVN 1659 – 75 ký hiệu gang xám gồm 2 phꢃn, các chữ cái chỉ dạng
gang GX và nhóm số chỉ thứ tự độ bền kéo và độ bền uốn.
Ví dꢂ GX 21- 40 có các nhóm chỉ số độ bền :
σ
kéo = 210 N/mm²,
σuốn = 400 N/mm²
3.1.3. Gang cꢃu
a. Thành phꢃn và tổ chức C
- Thành phꢃn : C = ( 3,2 ÷ 3,6 )%
: Mn = ( 0,5 ÷ 1,0 )%
: Si ≤ ( 2,0 ÷ 3,0 )%
: S ≤ 0,35%
: P ≤ 0,15%
- Tổ chức tế vi : Graphit thu nhỏ, hꢀnh cꢃu do có chất biến tính Mg hoặc
Ce(Xêri)
- Chế tạo gang lỏng :
( 0,05 – 1)% Mg hoặc Ce
Gang lỏng
Gang cꢃu
( Xê ri )
b. Tính chất.
- Có độ dẻo dai và cấu trúc bền chặt vꢀ nền kim loại ít bị chia cắt ( graphit hꢀnh
cꢃ dạng thu gọn nhất )
14
- Có cơ tính tổng hợp cao gꢃn như thép C.
- Gang cꢃu vừa có tính chất của gang, vừa có tính chất của thép.
- Các chi tiết máy làm bằng gang cꢃu có thể làm việc và bền vững ở nhiệt độ
bằng 400°C ( gang xám ở nhiệt độ nhỏ hơn 200°C)
Hình 1.3. Gang cầu
c. Phạm vi sử dꢂng
Để chế tạo các chi tiết máy quan trọng thay cho thép như : Trꢂc cán, thân tuốc
bin, trꢂc khuỷu và các chi tiết quan trọng khác.
d. Ký hiệu.
Theo tiêu chuẩn TCVN gang cꢃu ký hiệu : gồm 2 phꢃn, các chữ cái chỉ dạng
gang là GC và nhóm số chỉ thứ tự độ bền kéo và độ dãn dài tương đối.
Ví dꢂ : GC 42- 12 là gang cꢃu có σk = 420 N/mm² và δ =12%
3.1.4. Gang dẻo
a. Thành phꢃn và tổ chức C
- Thành phꢃn : C = ( 2,2 ÷ 2,8 )%
: Si = ( 0,8 ÷ 1,4 )%
: Mn ≤ 1,0%
: S ≤ 0,1%
: P ≤ 0,2%
- Tổ chức tế vi ở dạng cꢂm bông
15
- Chế tạo:
Đúc
Gang trắng Fe3C
+ Gang lỏng
Nguội nhanh
Ủ
Gang dẻo
+ Gang trắng
t° = (860 – 900) °C
Hình 1.4. Gang dẻo
b. Tính chất
Do graphit tập trung đêu, gọn hơn nên gang dẻo có độ dẻo cao và bền hơn gang
xám.
c. Phạm vi sử dꢂng
Gang dẻo có cơ tính tổng hợp tốt hơn gang xám nhưng đắt do quá trꢀnh nấu
luyện, chế tạo lâu, tốn nhiệt và thời gian ủ nên gang dẻo chủ yếu được dꢁng làm chi
tiết máy, đồng thời thỏa mãn các yêu cꢃu sau :
- Hꢀnh dạng phức tạp
- Tiết diện (thành) mỏng
- Chịu va đập
d. Ký hiệu
Theo tiêu chuẩn TCVN gang dẻo ký hiệu : gồm 2 phꢃn, các chữ cái chỉ dạng
gang là GZ và nhóm số chỉ thứ tự độ bền kéo và độ dãn dài tương đối.
Ví dꢂ : GZ 42- 12 là gang dẻo có σk = 420 N/mm² và δ =12%
16
Tải về để xem bản đầy đủ
59 trang
19160
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Vật liệu học", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_vat_lieu_hoc.pdf
