Bài giảng Thép hợp kim (Alloys)

Bài giảng Thép hợp kim (Alloys) trình bày về thành phần hóa học, các đặc tính của thép hợp kim, tác dụng của thép hợp kim đến các tổ chức của thép. Bài giảng được trình bày khoa học, súc tích giúp các bạn sinh viên tiếp thu bài học nhanh.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Thép hợp kim (Alloys)THÉP HỢP KIM (ALLOYS)1. Thành phần hóa học Thép HK là thép C (loại tốt) + NTHK NTHK là nguyên tố cố ý đưa vào để làm thay đổi thành phần và tổ chức nhằm nhận được tính chất yêu cầu. NTHK có thể là KL hay phi KL Hàm lượng NTHK cho vào phải đủ lớn và tùy mục tiêu định trước, nhỏ hơn giới hạn đó được coi là tạp chất, thông thường chúng phải có giá trị như sau (%) : Mn ≥ 0.80 -1.00 Si ≥ 0.50 - 0.80 Cr ≥ 0.50- 0.80 Ni ≥ 0.50 – 0.80 W ≥ 0.10 – 0.50 Mo ≥ 0.05 – 0.20 Ti ≥ 0.10 Cu ≥ 0.30 B ≥ 0.00052 Các đặc tính của thép hợp kimCơ tính :• Có độ thấm tôi cao, nên : - Lớp được tôi có chiều dày lớn, có độ bền cao hơn thép C, vì vậy dùng cho chi tiết kích thước lớn - Làm nguội chậm nên ít cong vênh khi tôi, thích hợp với các chi tiết phức tạp - Độ dẻo và độ dai giảmTính chịu nhiệt độ cao Các NTHK cản trở sự khuếch tán của C cũng như sự kết tụ cacbit ở nhiệt độ cao hơn 2000C, nên nó giữ được cơ tính ở nhiệt độ cao hơn, nhất là độ cứng ( tính cứng nóng cao –red hardness) (Các ưu việt của thép HK chỉ phát huy khi qua tôi + ram )Tính công nghệ Thép HK có tính công nghệ kém hơn thép C ( tính hàn, đúc, biến dạng, cắt gọt...)Tính chất vật lý, hóa học đặc biệt Với hàm lượng thích hợp, thép HK có một số tính chất quý giá: tính không gỉ, không giãn nở, từ tính, bền nóng,…Tính kinh tế Thép HK khó nấu luyện, đắt tiền, gia công khó nên giá thành cao. Việc sử dụng NTHK gây ảnh hưởng đến môi trường Thép HK là vật liệu không thể thiếu được trong những lĩnh vực đặc biệt.3 Tác dụng của NTHK đến các tổ chức của thép Khi hòa tan vào thép, NTHK tác động đến 2 tổ chức cơ bản của thép là ferrit và xêmentit.Ảnh hưởng của NTHK trong thép dụng cụ.pptTác động của NTHK đến ddr : chủ yếu là Mn, Si, Cr, Ni Với hàm lượng tổng NTHK thấp : chúng không làm thay đổi đáng kể hình dạng của GĐTT sắt-cacbon. Chúng hòa tan vào các ddr α ở nhiệt độ thấp và γ ở nhiệt độ cao.Ảnh hưởng của NTHK đến các vùng pha.ppt NTHK hòa tan vào F dưới dạng ddr thay thế, làm xô lệch mạng, tăng bền và cứng, giảm dẻo, dai. Ảnh hưởng của NTHK đến cơ tính.ppt - Mn và Si tăng mạnh độ bền (cứng), giảm mạnh độ dẻo, dai nên dù rẻ tiền, cũng chỉ hạn chế từ 1-2% - Cr và Ni ở hàm lượng tới 4%, vừa tăng độ cứng, vừa tăng độ dai, tăng độ thấm tôi → là các NTHK ưa dùng (tuy giá cao) Với tổng lượng NTHK lớn ( >10%), Cr, Ni và Mn làm thayđổi hẳn hình dạng của GĐTT sắt-cacbon.Ảnh hưởng củaNTHK đến các vùng pha.ppt- Mn và Ni mở rộng vùng γ và thu hẹp vùng α, ở hàm lượngcủa chúng lớn (>10%), γ tồn tại ở cả nhiệt độ thường. Tạo ranhóm thép ôstenit.Ảnh hưởng của NTHK đến vùnggamma.ppt. - Cr ngược lại thu hẹp vùng γ và mở rộng vùng α. Khi Cr >20%, vùng γ không tồn tại, chỉ còn α, tạo ra nhóm thép ferritSự tạo cacbit Trừ các nguyên tố Si, Ni, Al, Cu, Co không tạo K (chỉ hòa tan vào sắt), các nguyên tố hợp kim còn lại Mn, Cr, Mo, W, Ti, Zr, Nb, ngoài khả năng hòa tan vào sắt, còn có thể tác dụng với C tạo thành K. Các nguyên tố có lớp nd (3d, 4d, 5d) càng ít điện tử thì có ái lực với C càng lớn. Trong thép (nền Fe) thì nguyên tố nào có nd ít hơn Fe ( là 6) thì có khả năng tạo K.Cấu hình điện tử của các nguyên tố.ppt. Thứ tự tạo K : Fe (6), Mn(5), Cr(5), Mo(5), W(4), V(3), Ti(2), Zr(2), Nb(2). Các loại K trong thép• Xêmentit hợp kim (Fe, Me)3C : khi trong thép chứa ít các NTHK tạo K trung bình và mạnh (1-2% : Mn, Cr, Mo,W), chúng hòa tan thay thế vị trí Fe trong Xe, có tính ổn định cao hơn một chút . Nhiệt độ tôi cao hơn thép C một chút.• Các bit với kiểu mạng phức tạp : khi hợp kim hóa bằng 1 nguyên tố, nhưng hàm lượng lớn ( > 10%) hoặc có Mn ( dC/dMe> 0.59), chúng tạo ra K phức tạp, ví dụ : Cr7C3, Cr23C6, Mn3C,… có các tính chất : - Độ cứng cao hơn Xe - Nhiệt độ chảy không cao lắm khoảng 1550-18500C, có tính ổn định cao hơn và nhiệt độ tôi thép phải cao hơn 10000C.• Cacbit kiểu Me6C : trong thép chứa Cr với W hoặc Mo sẽ tạo K kiểu Me6C, kiểu mạng phức tạp, Chúng khó hòa tan vào ôstenit và ổn định hơn. Nhiệt độ tôi của thép khoảng 1200- 13000C (thép dụng cụ).• Cácbit kiểu mạng đơn giản MeC (Me2C) : do các nguyên tố tạo K rất mạnh như V, Ti, Zr và Nb trong thép (dù hàm lượng rất nhỏ (0,1%), ví dụ : VC, TiC, Zrc, NbC, chúng là pha xen kẽ, kiểu mạng đơn giản (dC/dMe < 0,59), đặc điểm : - Độ cứng cao, nhưng ít giòn hơn Xe - Nhiệt độ nóng chảy rất cao (khoảng 30000C), khó phân hủy và hòa tan vào ôstenit khi nung. Chúng không làm tăng độ thấm tôi, chủ yếu là nhỏ hạt và chống mài mòn.Tóm tắt : Các K hợp kim cứng hơn, ổn định hơn, khó hòa tan vào ôstenit khi nung so với Xe, chúng làm tăng độ chịu mòn, bền nóng, hạn chế phát triển hạt, nâng cao độ dai và làm tăng nhiệt độ tôi so với thép C. Nói chung, mỗi nhóm thép HK thường chỉ gặp một số cacbit nhất định như : - Xêmentit HK trong thép kết cấu - K kiểu mạng phức tạp trong thép không gỉ và bền nóng - K kiểu Me6C trong thép dụng cụ - K kiểu mạng đơn giản MeC được tạo ra với hàm lượng nhỏ trong một số nhóm thép4. Ảnh hưởng của NTHK đến nhiệt luyệnChuyển biến khi nung nóng Đa số thép HK vẫn có chuyển biến cơ bản P→γ khi nung, tuy nhiên, chúng có các đặc điểm sau :• K hợp kim khó hòa tan vào ôstenit hơn, đòi hỏi nhiệt độ nung và thời gian nung, giữ dài hơn.Ảnh hưởng của NTHK đến nhiệt độ và thành phần C cùng tích.ppt• K nằm ở tinh giới hạt, hạn chế sự phát triển của hạt, làm hạt nhỏ, nhất là các K của các nguyên tố tạo K mạnh như Ti, Zr, Nb, hoặc tương đối mạnh như W, Mo. Riêng Mn lại thúc đẩy sự phát triển của hạt.Sự phân hóa đẳng nhiệt Khi hòa tan vào ôstenit, các NTHK (trừ Co) đều làm chậm quá trình phân hủy đẳng nhiệt của ôstenit, làm đường cong chữ “C” dịch sang phải, làm giảm Vth. Mạnh nhất là Mo (khi riêng rẽ) hay Cr-Ni (khi kết hợp). Cù ...