Chương 5: THÉP CÁC BON

Thép cácbon là hợp kim của sắt và cácbon với chứa lượng cácbon dưới 2,14%. Tuynhiên do điều kiện nấu luyện nên có nhiều nguyên tố khác cũng có mặt trong thép. Chúnglà các tạp chất thường có như Mangan (Mn), Silíc (Si), Phốt pho (P), lưu huỳnh (S), các tạpchất ẩn như hydrô (H), nitơ (N), ôxy (O), và các tạp chất ngẫu nhiên như crôm (Cr), nikel(Ni), vônfram (W), titan (Ti), molibden (B), vanadi (V),…
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 5: THÉP CÁC BON Chương 5 THÉP CÁC BON 5.1 Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tổ chức, cơ tính của thép các bon. 5.1.1 Tổng quan. Thép cácbon là hợp kim của sắt và cácbon với chứa lượng cácbon dưới 2,14%. Tuynhiên do điều kiện nấu luyện nên có nhiều nguyên tố khác cũng có mặt trong thép. Chúnglà các tạp chất thường có như Mangan (Mn), Silíc (Si), Phốt pho (P), lưu huỳnh (S), các tạpchất ẩn như hydrô (H), nitơ (N), ôxy (O), và các tạp chất ngẫu nhiên như crôm (Cr), nikel(Ni), vônfram (W), titan (Ti), molibden (B), vanadi (V),… Tất cả các loại nguyên tố kể trên có ở trong thép với lượng chứa nhỏ và ảnh hưởngkhông đáng kể đến tổ chức và tính chất của thép. Chính vì thế mà kể cả các nguyên tố cólợi đều được gọi là tạp chất. Cần lưu ý rằng nếu một hay một vài nguyên tố kể trên mà người ta cố ý cho vàothép với dụng ý nào đó thì chúng lại được gọi là nguyên tố hợp kim ( sẽ được trình bày chitiết trong phần thép hợp kim). Tóm lại ngoài sắt ra thành phần hóa học của thép cácbon thông thường bao gồm: C < 2%; Mn ≤ 0,5-0,8%; Si ≤ 0,3-0,6%; P ≤ 0,05-0,06%; S ≤ 0,05-0,06%. 5.1.2 Ảnh hưởng của nguyên tố cácbon. Trong tất cả nguyên tố, cácbon là nguyên tố quan trọng nhất, quyết định chủ yếuđến tổ chức và tính chất của thép cácbon (và cả đối với thép hợp kim). Sự thay đổi hàm lượng cácbon ảnh hưởng đến cơ tính của thép gồm giới hạn bền(σ b), độ cứng (HB), độ giãn dài (δ ), độ thắt tỉ đối (ψ) và độ dai va đập (ak). Khi hàm lượng cácbon trong thép tăng, độ bền và độ cứng của thép tăng còn độ dẻovà độ dai va đập lại giảm. Tuy nhiên, độ bền của thép chỉ tăng lên và đạt tới giá trị cựcđại khi hàm lượng của cácbon tăng lên tới khoảng giới hạn 0,8 tới 1,0%, vượt quá giớihạn này độ bền lại giảm đi. Cứ tăng 0,1% cácbon, trong thép độ cứng tăng thêm khoảng 20-25HB và giới hạnbền (σ b) tăng thêm khoảng 60-80 MPa, nhưng độ giãn dài tương đối (δ ) giảm đi khoảng 2-4%, độ thắt tỉ đối (ψ) giảm đi 1-5% và độ dai va đập (ak) giảm đi khoảng 200 kJ/m2. Quiluật thay đổi này được giải thích như sau: − Các thép có hàm lượng cácbon thấp (≤ 0,25%) nói chung dẻo, mềm và độ bền, độ cứng thấp, hiệu quả hóa bền bằng nhiệt luyện như tôi và ram không cao, nên chúng được dùng chủ yếu làm các chi tiết cần qua dập nguội (là những sản 81 phẩm cần độ dẻo cao và không cần qua nhiệt luyện) và làm các kết cấu xây dựng. Muốn tăng hiệu qủa của nhiệt luyện của các thép này cần phải qua thấm cácbon lớp bề mặt. − Các thép với hàm lượng cácbon trung bình (0,3-0,5%) có cơ tính tổng hợp cao vì có sự hài hòa giữa độ bền, độ cứng, độ dẻo và độ dai. Các thép này thường được dùng làm các vật liệu kết cấu như các chi tiết chịu tải trọng tĩnh và va đập cao như trục truyền lực, bánh răng,…. − Các thép có hàm lượng cácbon tương đối cao (0,55-0,7%) có độ cứng cao và giới hạn đàn hồi cao nhất nên thường được sử dụng làm các chi tiết đàn hồi như lò xo, nhíp. − Các thép có hàm lượng cácbon cao (≥ 0,7%) có độ cứng và tính chống mài moon cao, nên thường được dùng làm dụng cụ cắt gọt, dụng cụ đo, khuôn dập nguội, … Chú ý rằng, ngoài ảnh hưởng đến cơ tính, cácbon coi ảnh hưởng đến một số tínhchất hóa lý của thép. Chẳng hạn khi hàm lượng cácbon tăng, mật độ (khối lượng riêng γ )cùng độ từ thẩm (µ) và khả năng chống ăn mòn của thép giảm đi còn điện trở ( ρ) và lựckhử từ (Hc) lại tăng lên. 5.1.3 Ảnh hưởng của các nguyên tố khác. Mangan (Mn): Nguyên tố mangan được cho vào thép cácbon khi tinh luyện ở dướidạng fero mangan nhằm mục đích khử ôxy và lưu huỳnh. Khi hòa tan vào ferit mangan cótác dụng nâng cao độ bền, độ cứng của pha này, nên có làm tăng cơ tính của thép. Nhưngdo lượng mangan trong thép cácbon nhỏ (thường dưới 0,8%) nên tác dụng này không đángkể và tác dụng chủ yếu của nó chỉ để khử ôxy và hạn chế sự có mặt của lưu huỳnh. Silíc (Si): Nguyên tố silíc được cho vào nhiều loại thép nhằm khử ôxy triệt để hơn.Cũng như mangan, khi được hòa tan vào pha ferít, nguyên tố silic nâng cao độ bền và độcứng cho pha này. Cũng do hàm lượng silíc trong thép cácbon còn nhỏ (thường dưới 0,6%)nên tác dụng hóa bền coi nhỏ và tác dụng chủ yếu của nó chỉ để khử ôxy. Phốt pho (P): Nguyên tố phốt pho dù ở dạng hòa tan trong ferít hay ở dạng liên kếtFe3P đều làm cho thép bị giòn, đặc biệt là ở trạng thái nguội do đó nó là nguyên tố có hạicần phải hạn chế ở dưới mức cho phép nào đó. Đối với thép cácbon thông thường hàmlượng cácbon nhỏ hơn 0,06%. Riêng đối với thép dễ cắt, để nâng cao khả năng bẻ gãyphoi, lượng phốt pho co thể cao tới 0,08-0,15%. Phốt pho có mặt trong thép từ các quặnghay từ nhiên liệu than trong quá trình luyện gang ban đầu. Lưu huỳnh (S): Tương tự như phốt pho, lưu huỳnh có mặt trong thép từ các quặngvà đặc biệt là từ than khi nấu luyện gang. Cùng tinh (Fe + FeS) có nhiệt độ nóng chảythấp khoảng 9880C nằm ở biên giới hạt dễ bị mềm và chảy khi nung nóng làm thép bị đứtở biên giới hạt tạo hiện tượng phá hủy giòn, coi được gọi là dịn nóng. Vì vậy cần hạnchế hàm lượng nguyên tố có hại này trong thép dưới mức độ cho phép nào đó. Đối vớithép thông thường hàm lượng lưu huỳnh thường phải nhỏ hơn 0,06%. Tuy nhiên đối vớithép dễ cắt, để nâng cao hiện tượng gãy phoi, hàm lượng lưu huỳnh có thể lên tới 0,08 –0,3%. 82 5.2 Phân loại thép các bon 5.2.1 Phân loại theo hàm lượng cácbon. Theo hàm lượng cácbon ở trong thép người ta chia thép cácbon ra làm bốn loại: - Thép cácbon thấp với hàm lượng cácbon nhỏ hơn 0,25%, - Thép cácbon trung bình với hàm lượng cácbon trong khoảng từ 0,25 – 0,5%, - Thép cácbon tương đố ...