Những vấn đề cơ bản của Vật liệu kỹ thuật: Phần 2

Nối tiếp phần 1 của tài liệu Những vấn đề cơ bản của Vật liệu kỹ thuật, phần 2 tiếp tục trình bày các nội dung về mối quan hệ giữa cấu tạo bên trong (thành phần, tổ chức) với tính chất bên ngoài (cơ, lý, hóa tinh) của vật liệu mà cụ thể là vật liệu gang và thép, kim loại và hợp kim màu, vật liệu phi kim loại, vật liệu composite, vật liệu bột. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Những vấn đề cơ bản của Vật liệu kỹ thuật: Phần 2 Chương 6 GANG VÀ TH ÉP 6.1. GANG Gang là loại vật liệu được sử dụng rấ t rộng rãi do rẻ tiền, dễ chế tạo và có một số tính chất đặc biệt. ỉ. Các đặc tín h cơ bản của g an g а. Thành p h ầ n h ó a học Theo giản đồ trạng thái Fe-C, găng là hợp kim của sắt - cacbon với lượng cacbon lớn hơn 2,14%. Do lượng cacbon cao, nhiệt độ nóng chảy của gang thấp hơn đáng kể so với thép. Vì vậy nấu chảy gang dễ thực hiện hơn. Trong thực tế, lượng cacbon trong gang thường trong khoảng 2 - 4%. M angan.và silic là hai nguyên tố quan trọng thường gặp trong gang vối hàm lượng từ 0,5% -ỉ-2,5% mỗi nguyên tố. Chúng có tác dụng điều chỉnh sự tạo thành graphit, tổ chức và cơ tính của gang. Photpho và lưii huỳnh ià hai tạp chất vớí lượng thấp (0,05%-ỉ-0,5%), trong đó lưu huỳnh là nguyên tố có hại với gang. Ngoài ra, trong gang có thể có một số nguyên tố khác-như Crf Ni, Mo, Mg, Cu ... б. Tổ chức t ế vỉ Theo tổ chức tế vi, có thể phân gang thành các loại: trắng, xám, cầu và đẻo. Gang trắng là gang trong dó tâ 't cả cacbon nằm ỏ dạĩig liên kết hóa học Fe3C. Vì vậy gang trẩng luôn chứa hỗn hợp cùng tinh ■Cêđêburit. Gang xám, cầu, dèo là các loại gang inà trong dó phần lớn cacbon ở dạng tự do (graphit) với hình dạng khác nhau: tấm, cầu, cụm. V TỔ chức t ế vi của gang chứa graphit còn phụ thuộc vào tỉ lệ phân bố của cacbon ở pha graphìt và xêmentit. Khi hầu như tấ t cả cacbon ở dạng tự do th ì nền kim loại của tổ chức chỉ gồm ferit, còn khi một phần cacbon ở dạng liên kết thì nền kim loại của tổ chức có thể là ferit - peclit, pecỉit hoặc peclit - xêmentit. c. Cơ tin h oà tin h còng nghệ Về cơ tính, nói chung gang là loại vật liệu có đ 4 ổể«r kéo thấp độ giòn cao. Dò chứa một lượng ỉớn xêmentit, gang trắng ếố độ bền kéơ*rất thấp và độ giòn rấ t cao. Trong gang xám, gang dẻo, gang cầu, tổ chức graphit do độ bền bằng không (0) nên được coí như là các lỗ hổng có sẵn trong gang, làm m ất tính liên tục của nền gang, là nơi tập trung ứng suất lớn, làm gang kém bền. Mức độ tập trung ứng suất phụ thuộc vào hình dạng graphit, lớn nh ất ở gang xám với graphit dạng tâm và bé nhất ở gang cầu với graphit dạng cầu tròn. Vì vậy gang cầu có độ bền cao n h ất phối hợp với tính dẻo tố t n h ất tròng các loại gang. Ngoài ra, sự có m ặt của graphit trong gang có ảnh hưởng tốt đến cơ tính như tăng khả năng chông mòn do ma sát, làm tắ t rung động và dao động cộng hưởng. Về tính công nghệ, gang có tính đúc tốt do nhiệt độ nóng chảy thấp, độ chảy loãng cao và tính gia công cắt gọt tốt (ở gang xám, cầu, dẻo) do graphít trong gang làm phoi dễ gãy vụn. d. Công dụng Các loại gang có graphit được dùng nhiều trong chế tạo cơ khí và trong các lĩnh vực khác. Ví dụ\ trong ô tô, các chi tiết bằng gang có thể chiếm tới 50% khối lượng kim loại, trong các th iết bị và m áy tĩnh tại, tỉ lệ này là 50 - 80%. Nói chung, gang được đùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng tĩnh và ít chịu va dập như bệ máy, vỏ, nắp, các bộ phận tĩnh tại, các chi tiết chịu mài mòn ma sát làm việc trọng điều kiện khó bôi trơn. Ngoài ra, gang cầu, gang dẻp, do cơ tính cao, có thể dùng thay thế cho thép trong một sô' trường hợp. 2. Gang xám Gang xám là loại gang được dùng phổ biến n h ất trong chế tạo cơ khí và dân dụng. a. Tổ chức t ế vi Gang xám là loại gang mà phần lớn cacbon của nó nằm ở dạng tự do (graphit), rấ t ít hoặc không có cacbon ở dạng liền kết với sắt (FeaC). Lượng cacbon liên kết d khoảng 0 -5-1,0% c trong tổng lượng cacbon của gang (thường là 3 - 4%). Do tổ chức chứa nhiều graphit, m ặt gang có màu xám, tối (màu của graphit) nên cổ tê n là gang xám. Graphìt trong gang xám có dạng tấm cong. Tổ chức tế vi nhìn dưới kính hiển vi chỉ thây được giao tuyến của các tấm graphit với bề mặt nhẵn làm ta chỉ thấy graphit dưới dạng vảy, vạch, đường cong nhọn hai đầu, H.6.1. Tùy theo mức độ tạo thành graphit m ạnh hay yếu, gang xám được chia thành các loại sau: - Gang xám ferit, có mức độ tạo thành graphit m ạnh nhất, trong đó hầu như tấ t cả cacbon ở dạng graphit, không có xêmentit. Gang chỉ có hai pha: graphit tấm và nền kim loại fierit, H.6.2.C. - Gang xám ferit - peclit, có mức độ tạo thành graphit mạnh, trong dó cacbon liên kết khoảng 0,1 - 0,6%, tạo nên nền kim loại ferit - peclit, tương ứng với nền thép trước cùng tích. Tổ chức của gang gồm graphit tấm và nền kim loại ferit - peclit, H.6.2.b. - Gang xám peclit có mức độ tạo thành graphit trung bình trong đó lượng cacbon liên kết khoảng 0,6 - 0,8%, tạo nên -nền kim loại peclit, tương ứng với nền thép trước cùng tích. Tổ chức của gang gồm graphit tấm và nền kim loại peclit, H.6.2a. H ình 6.2. Tổ chức tế vi của các ỉoại gang xám, nền: a) pecỉìt b) ferit-peclit c) ferit Như vậy, có th ể nói tổ chức tế vi của gang xám giống tổ chức tế vi của thép trước cùng tích và cùng tích, song có thêm các tấm graphit. Chính do điều này mà cơ tính của gang khác thép. 6. Thành p h ầ n h óa học của gang xám Thành phần các nguyên tố trong gang xám phải bảo đảm mức độ tạo thành graphit và cơ tính theo yêu cầu. Cacbon: cacbon càng nhiều trong gang, khả năng tạo thành graphit càng m ạnh, n h iệt độ chảy càng thấp, càng dễ đúc. Tuy nhiên không th ể dùng gang với cacbon quá cao, vì khi đó sẽ tạo th àn h nhiều graphit làm giảm cơ tính. Xu hướng hiện đại là dùng gang với lượng cacbon càng th ếp càng tốt. Lượng cacbon trong gang xám thông thường khoảng 2,84-3,5%. 165 - Siỉic: silic cũng là nguyên tố thúc đẩy m ạnh sự tạo th à n h graphit và là nguyên tố quan trọng trong gang xám. Lượng silic trong gang xám khoảng 1,5 -ỉ- 3% tùy yêu cầu mức độ tạo thành graphit. Ngoài ra, khi silic hòa tan vào ferit của gang làm tăng rấ t m ạnh độ cứng và độ bền pha này. - Mangan: mangan là nguyên tô” cản trở sự tạo graphit. Để bảo đảm yêu cầu tạo thành graphit, giữa Mn và Si cần phải có tỉ lệ tương ứng: Mn cao thì Si cũng phải cao. Thường dùng gang xám với hàm lượng 0,5*1% Mn. - Phốt pho; không ảnh hưởng đến quá trình tạo graphit, trong một số trường-hợp phốt pho là nguy ...