Bài giảng Vật liệu kim loại - Chương 5: Thép và gang

Gang xám biến trắng: Trong sản xuất cơ khí hầu như không dùng gang trẵng do cứng, giòn không gia công cơ khí được, song có dùng gang xám biến trắng ở bề mặt có tính chống mài mòn rất cao, ví
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật liệu kim loại - Chương 5: Thép và gang 88 d./ Gang xám biến trắng: Trong sản xuất cơ khí hầu như không dùng gang trẵng do cứng, giòn khônggia công cơ khí được, song có dùng gang xám biến trắng ở bề mặt có tính chốngmài mòn rất cao, ví dụ: bi nghiền, trục cán, trục nghiền. Muốn vậy khi đúc gangxám người ta làm nguội nhanh những phần cần cứng bằng cách đặt kim loại dẫnnhiệt nhanh trong phần khuôn cát tiếp giáp để tạo ra gang trắng. 2-/ GANG CẦU: Gang cầu là loại gang có độ bền cao nhất trong các loại gang do grafit ởdạng quả cầu tròn, bề ngoài cũng có màu xãm tối như gang xám, nên khi nhìn bênngoài không thể phân biệt được hai loại gang này. a./ Tổ chức tế vi: Tổ chức tế vi của gang cầu cũng giống như gang xám song chỉ khác là grafitcủa nó có dạng thu gọn nhất - hình quả cầu. Chính điều này quyết định độ bềnkéo rất cao của gang cầu so với gang xám. Khác với gang xám, grafit dạng cầu ở đây được tạo thành nhờ biến tính đặcbiệt gang xám lỏng. Về tổ chức tế vi, gang cầu cũng giống như gang xám ở chổ nó cũng có 3loại nền kim loại: ferit, ferit-peclit và peclit , chỉ khác là grafit trong đó ở dạng cầu.Tương tự, ta cũng có 3 loại gang cầu. b./Thành phần hóa học và cách chế tạo: * Thành phần hoa học: Để chế tạo gang cầu phải dùng gang xám lỏng rồi biến tính, do vậy về cơbản thành phần hóa học của gang cầu giống gang xám, song có những điểm lưu ýsau: - Lượng cacbon và silic cao để bảo đảm khả năng grafit hóa-(%C + %Si) đạttới 5-6%. - Không có hoặc có không đáng kể ví dụ (< 0,1-0,01%) các nguyên tố cản trởcầu hóa như Ti, Al, Sn, Pb, Zn, Bi và đặc biệt là S. - Có một lượng nhỏ chất biến tính Mg (0,04-0,08%) hoặc Ce (xêri). - Có các nguyên tố nâng cao cơ tính như Ni (2%) Mn (< 1%). Do vậy gang nấu luyện về cơ bản phải là gang xám được kiểm tra kỹ vềthành phần hóa học. * Cách chế tạo: Việc chế tạo gang cần phải qua 2 bước: - Nấu chảy gang xám, bảo đảm cho nhiệt độ nước gang đạt khoảng 14500Ctức cao hơn bình thường 50-80oC và khử S trong gang để bảo đảm thành phần củanó không lớn hơn 0,01%. Cách tốt nhất hiện nay (đối với các nước công nghiệp) lànấu chảy gang trong lò điện tính bazơ (xỉ có nhiều CaO khử S). Cũng có thể dùnglò đứng song khi phối liệu phải đưa vào nhiều đất đèn CaC2 để khi chảy nó toảnhiệt và tạo ra CaO có tác dụng nâng cao nhiệt độ nước gang và khử S. - Biến tính, thường dùng kim loại hay hợp kim trung gian của Mg. Yêu cầucủa biến tính là sao cho sau khi cháy hao do bốc hơi, cháy kết hợp S (khử S),lượng Mg còn lại trong gang lỏng ( đi vào thành phần của gang) ở trong giới hạn 89rất nhỏ từ 0,04-0,08% mới làm cho Grafit cầu hóa* (lý thuyết cầu hóa Grafit rấtphức tạp, không trình bày ở đây), nhỏ hơn giới hạn này gang nhận được vẫn làgang xám, lớn hơn giới hạn này ta lại được gang trắng vì Mg lại là nguyên tố gâyhóa trắng gang. Do vậy nếu không khống chế được một tỷ lệ cháy hao thật ổnđịnh thì không thể biến tính với kết quả ổn định. Hiện nay người ta dùng hai cáchsau đây: + Dùng bình áp suất (Ôtôclav) tới 6 at, lúc đó Mg không bị sôi, bốc hơi, cháy,nhờ vậy lượng Mg tiêu thụ giảm đi và có thể tính toán dễ dàng lượng Mg đưa vào,(để khử S và cầu hóa). + Dùng hợp kim trung gian có tỷ lệ Mg thấp ( 20%), Mg cũng không bị sôi,bốc hơi mạnh, phản ứng sẽ êm hơn. Hiện nay hay dùng các hợp kim trung giannhư Ni- Mg, Fe-Si-Mg. Sau khi biến tính Grafit hóa bằng Ferô- Silic và biến tính cầu hóa bằng Mg,hợp kim lỏng phải được rót vào khuôn ngay. c./ Cơ tính và biện pháp nâng cao cơ tính: * Cơ tính: Do Grafit hình cầu là dạng thu gọn nhất, ít chia cắt nền kim loại nhất vàkhông có đầu nhọn để tập trung ứng suất, nên nó làm giảm rất ít cơ tính của nềnkim loại, do vậy gang cầu có độ bền khoảng 70-90% của thép, tức không thua kémthép nhiều lắm. Các đặc điểm của gang cầu là: - Giới hạn bền kéo (và giới hạn chảy) cao trong giới hạn từ 400 đến 1000N/mm2 tức là tương đương với thép Cacbon thông thường như CT.3 (CT38) hoặc 45(C45), - Có độ dẻo và độ dai tương đối cao ψ =5-15%, ak=300-600KJ/m2, tuy cókém thép chút ít, song cao hơn gang xám rất nhiều. Điều này bảo đảm cho gangcầu ít có khả năng bị phá hủy giòn. - Độ cứng vừa phải (trên dưới 200HB), dễ gia công cắt. * Biện pháp nâng cao cơ tính: Độ bền của gang cầu phụ thuộc vào đặc tính của tổ chức tế vi, chủ yếu làcủa nền kim loại. Ngoài biện pháp biến tính tốt tạo ra Grafit cầu càng tròn và càngnhỏ, người ta thường áp dụng các biện pháp sau để nâng cao cơ tính của nền kimloại: - Hợp kim hóa nâng cao độ bền của Ferit và hiệu quả đối với nhiệt luyệntôi+ram. Với mục đích người ta hay dùng Niken. - Nhiệt luyện tôi+ram, đặc biệt gang cầu rất thích hợp với tôi đẳng nhiệt ...