VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ NHIỆT LUYỆN (Vật liệu cơ khí)

MỤC LUC
LỜI NÓI ĐẦU
PHẦN I: VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ NHIỆT LUYỆN
CHƯƠNG I: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM
LOẠI VÀ HỢP KIM
1.1. Tầm quan trọng của kim loại và hợp kim.
1.2 Cấu tạo của kim loại và hợp kim.
1.3. Các tính chất chung của kim loại và hợp kim:
CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỬ KIM LOẠI.
2.1. Thử kéo:
2.2 Thử độ cứng.
2.3 . Thử va đập.
2.4. Thử công nghệ
CHƯƠNG 3: GANG
3.1 . Sơ lược về quá trình luyện gang.
3.2. Các loại gang thường dùng.
CHƯƠNG IV: THÉP
4.1. Sơ lược về quá trình luyện thép.
4.2. Thép các bon.
4.3. Thép hợp kim.
CHƯƠNG V. HỢP KIM CỨNG
5.1 Thành phẩm, tính chất.
5.2. Phân loại hợp kim cứng.
CHƯƠNG VI. KIM LOẠI MÀU VÀ HỢP KIM MẦU
6.1. Đặc điểm và tích chất của kim loại màu.
6.2. Đồng và hợp kim đồng.
63. Nhôm và hợp kim nhơm.
6.4.Thiếc, Chì, Kẽm.
6.5 Hợp kim đỡ trục
CHƯƠNG VII. ĂN MÒN KIM LOẠI
7.1. hiện tượng, nguyên nhân và tác hại của sự ăn mòn kim loại

7.2. Các phương pháp chống ăn mịn kim loại.
CHƯƠNG 8: NHIỆT LUYỆN VÀ HỐ NHIỆT LUYỆN THÉP
8.1. Nhiệt luyện

8.2 . hoá nhiệt luyện
VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ NHIỆT LUYỆN
CHƯƠNG I: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ TÍNH CHẤT CHUNG
CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM
1.1. TẦM QUAN TRỌNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM.
Để xây dựng và phát triển nền kinh tế quốc dân vững mạnh cần phát triển cơng
nghiệp nặng, trong đó ngành chế tạo máy cơ khí là then chốt.
Để chế tạo máy móc thiết bị cơ khí phải có vật liệu, trong đó kim loại là vật liệu
chủ yếu.

1


Sở dĩ kim loại được sử dụng là vật liệu chủ yếu của ngành chế tạo cơ khí bởi nó
có nhiều tính chất tham số, đặc điểm quan trọng ưu việt hơn hẳn so với các loại vật
liệu khác.
Không thể có máy móc thiết bị nếu khơng có kim loại và hợp kim.
Lấy một máy tiện làm ví dụ, ta thấy: Bàn máy làm bằng gang, các trục chính
máy tiện ,máy phay, máy bào ... bánh răng của máy đều làm bằng thép cacbon hoặc
thép hợp kim, các ổ trượt băng hợp kim đồng, các ổ bi làm bằng thép hợp kim IIIX – 15.
Qua ví dụ ta thấy hầu hết các chi tiết máy đều làm bằng kim loại hoặc hợp kim
của chúng.
Cho đến nay loài người đã biết được hơn 108 ngun tố hố học, trong đó kim
loại chiếm 84 nguyên tố. Kim loại chứa nhiều nhất trong vỏ quả đất là nhơm gồm 7%
sau đó là sắt 5%.
Ngày nay, ngành công nghiệp vật liệu phát triểm mạnh mẽ với nhiều loại tự

nhiên và nhân tạo khác nhau như: gỗ, sứ, thuỷ tinh, chất dẻo...với tính năng ngày càng
tốt, sản lượng ngày càng cao nhưng không thể thay thế hoàn toàn kim loại và hợp
kim. Do vậy song song với việc nghiêm cứu các loại vật liệu phi kim loại mới để thay
thế kim loại, người ta vẫn tiến hành nghiên cứu nhưng kim loại và hợp kim mới có
nhiều tính năng ưu việt hơn như: nhẹ, bền, chịu ăn mòn, chịu nhiệt, chịu va đập. Việc
nghiên cứu và sản xuất các loại gang thép vẫn được coi trọng trong cơng nghiệp vật
liệu nói riêng và trong nền kinh tế quốc dân nói chung, đối với tất cả các nước có cơng
nghiệp phát triển. Bên cạnh gang và thép là hai vật liệu chính của cơng nghiệp chế tạo,
thì nhơm và Titan cùng các hợp kim của nó cũng là những loại vật liệu được sử dụng
ngày càng nhiều và là những vật liệu của ngành công nghiệp hiện đại trong tương lai.

2


1.2 CẤU TẠO CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM.
1.2.1 Cấu tạo nguyên tử của kim loại
1.2.1.1- Định nghĩa kim loại: Kim loại là vật thể sáng có thể rèn được, có tính
dẫn nhiệt và dẫn điện cao.
Bất cứ kim loại nào ở bề mặt nhẵn bóng khi chưa bị ơxy hố cũng đều có ánh
kim, phần lớn kim loại dẻo có thể gia cơng kim loại bằng áp lực. Cá biệt có một số
kim loại khơng rèn được vì tính dịn của nó như: Ăngtimoan (Sb), Ce (Xeri) và Pr
(Prafêơdin) có tính dẫn điện kém.
1.2.1.2- Đặc điểm cấu tạo của nguyên tử kim loại
Kim loại cũng như các vật chất khác đều do các nguyên tử tạo thành. Mỗi
nguyên tử là một hệ thống phức tạp bao gồm: Hạt nhân mang điện tích dương nằm ở
giữa các điện tử mang điện tích âm quay xung quanh hạt nhân với vận tốc rất lớn và
theo quỹ đạo hình Elip. Sự phân bố điện tử theo các mức năng lượng:
1s2 2s2 2p6 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 thường điện tử ở lớp ngoài cùng từ 0 đến 8.
Đối với các nguyên tử kim loại ở lớp ngồi cùng thường có tử 1 đến 2 điện tử
các điện tử này dễ bị bứt ra và trở thành điện tử tự do còn nguyên tử trở thành Ion

dương và đó chính là sự khác nhau chủ yếu giữa kim loại và chất phi kim loại.
Ví dụ: Ngun tử Cu có số điện tử Z = 29 sự phân bố điện tử sau:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1
- Nguyên tử Mg có số điện tử Z = 12 sự phân bố điện tử sau:
1s2 2s2 2p6 3s2
- Nguyên tử Cl với số nguyên tử Z = 17 sự phân bố điện tử sau:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
1.2.2 – Cấu tạo tinh thể của kim loại.
1.2.2.1- Mạng tinh thể: Kim loại ở trạng thái rắn có cấu tạo bên trong theo
mạng tinh thể. Tức là các ngun tử của nó sắp xếp trong khơng gian theo một vị trí
hình học nhất định chứ khơng hỗn độn như các
vật
liệu
a

khác

(hình 1-1)

Hình 1- 1

3

Hình 1- 2


1.2.2.2- Ô cơ bản
là phần nhỏ bé nhất đặc trưng cho cho một kiểu mạng tinh thể nào đó gọi là ơ
cơ bản (hình 1.2)
1.2.2.3- Thơng số của mạng

Là khoảng cách giữa tâm của 2 nguyên tử gần nhau nhất dơn vị đo bằng A o (đọc là
ăngtrôn) 1 = cm .
1.2.2.4- Ba kiểu mạng tinh thể thường gặp trong kim loại
nguyên chất
a . Kiểu mạng Lập phương thể tâm
Ô cơ bản của mạng này là hình lập phương có 9
nguyên tử, 8 nguyên tử nằm ở 8 đỉnh, 1 nguyên tử nằm ở
tâm của hình. Hình 1.3
Kim loại này thuộc kiểu mạng này gồm: Sắt , Crơm, Vơnfram,
Hình 1-Mơlipđen,
3
Vanađi...
b. Kiểu mạng Lập phương diện tâm.
Ô cơ bản của kiểu mạng này có 14 nguyên tử,
8 nguyên tử nằm ở 8 đỉnh còn 6 nguyên tử nằm ở trung
tâm
của 6 mặt của hình lập phương. Các kim loại thuộc kiểu
mạng này là: Fe, Cu, Ni, Pb, Au, Al... (hình 1- 4)

Hình 1- 4

c. Kiểu mạng Lục phương dày đặc
Ơ cơ bản của kiểu mạng này là hình
lăng trụ đáy lục giác đều có 17 nguyên tử,
trong đó
12 nguyên tử nằm ở 12 đỉnh (nút mạng)
dưới, 3 nguyên tử nằm ở trung tâm ở 3 khối

c

2 nguyên tử nằm ở tâm 2 mặt đáy trên và
lăng trụ tam giác cách nhau (hình 1-5)
Các kim loại thuộc kiểu mạng này là:
Zn, Mg, Ti, Be...
a

Hình 1- 5
4


5


1.2.2.5- Tính thù hình kim loại.
Khá nhiều kim loại có đặc tính là: ở các nhiệt độ và áp suất khác nhau một
nguyên tố có thể tồn tại với những kiểu mạng tinh thể hoặc thơng số mạng khác nhau.
Tính chất này được gọi là tính thù hình.

1539

NhiƯt ®
é °C

1392

911

Thêi gian

Hình 1- 6

Những kiểu mạng tinh thể khác nhau của cùng một kim loại được gọi là các
dạng hình thù.
Sắt là kim loại có tính thù hình ở nhiệt độ dưới 911 0C và từ 13920C đến 15390C
(là nhiệt độ chảy) nó có mạng lập phương thể tâm, cịn trong khoảng 911 0C – 13920C
có mạng lập phương diện tâm (hình 1.6 )
Các dạng thù hình của cùng một nguyên tố được ký hiệu bằng các chữ cái
Hylạp    ... trong đó  là dạng tồn tại ở nhiệt độ thấp nhất, còn    lần lượt ở
nhiệt độ cao hơn.
Ví dụ: Nung sắt tới 9110C có sự chuyển biến Fe (Thể tâm có Mv=68%) sang
Fe (diện tâm có Mv=74%) thể tích giảm đi đột ngột. Khi làm nguội quá trình ngược
lại.
1.2.3- Cấu tạo của hợp kim
1.2.3.1- Khái niệm về hợp kim.
a . Định nghĩa: Nếu đem kim loại nóng chảy hay thiêu kết (nung nóng ở
trạng thái rắn để dính kết) với một hay nhiều nguyên tố khác ( là kim loại hay á kim)
để được vật liệu mới có tính chất kim loại thì vật liệu mới đó gọi là hợp kim.
Hợp kim là vật thể có chứa nhiều ngun tố và mang tính chất kim loại.
Nguyên tố chủ yếu trong hợp kim là nguyên tố kim loại.

6


1.2.3.2- Các dạng cấu tạo của hợp kim.
a. Dung dịch đặc: Hợp kim có cấu tạo là dung dịch đặc khi ngun tử
của ngun tố thành phần có kích thước gần giống nhau. Khi kết tinh các hợp kim này
tạo thành mạng tinh thể trong đó có nguyên tử của các nguyên tố thành phần.
- Dung dịch đặc có 2 loại:
+ Dung dịch đặc thay thế: là một số nguyên tử của nguyên tố hoà tan đẩy
một số nguyên tử của nguyên tử cơ bản để chiếm chỗ.
Ni

Hình 1- 7

Hình 1- 8

Ví dụ: Dung dịch đồng kẽm, nguyên tử của kẽm đẩy nguyên tử của đồng ra
khởi nút mạng để chiếm chỗ (hình 1.7)
+ Dung dịch xen kẽ: Nguyên tử của nguyên tố hoà tan. Nằm xen kẽ vào các
khoảng chống giữa các nút mạng tinh thể của nguyên tố dung mơi (hình 1-8).
Đồng thanh, đồng thau đều có cấu tạo là dung dịch đặc:
b. Hợp chất hoá học.
Hợp kim có cấu tạo là hợp chất hố học. Khi ngun tử của các nguyên tố khác
nhau tác dụng hoá học với nhau theo tỷ lệ chính xác, Tạo nên một hợp chất mới có
kiểu mạng và thành phần hố học xác định, biểu diễn bằng một cơng thức hố học.
Ví dụ: Hợp chất của Sắt và Cacbon
3Fe + C = Fe3C (Các bít sắt)
c. Hỗn hợp cơ học.
Hợp kim có cấu tạo hỗn hợp cơ học, khi nguyên tử của các nguyên tố thành
phần khác nhau nhiều về kích thước và mạng tinh thể. Các nguyên tử của mỗi nguyên
tố sẽ tụ tập thành những hạt riêng rẽ.
Phân biệt rõ rệt được trên tổ chức tế vi:
Ví dụ: P = Fe + Xê là hỗn hợp cơ học.

7


1.3. CÁC TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM:
Bao gồm 4 tính:
- Tính chất vật lý
- Tính chất hố học

- Tính chất cơ học
- Tính chất cơng nghệ
1.3.1. Tính chất vật lý:
1.3.1.1. Vẻ sáng mặt ngồi
Theo vẻ sáng mặt ngồi của kim loại có thể chia kim loại thành kim loại đen,
kim loại màu.
Ví dụ: Sắt và hợp kim của sắt, gang, là hợp kim đen, đồng, nhôm ...là kim loai
màu, đồng thau, đồng thanh là hợp kim màu.
1.3.1.2. Trọng lượng riêng
Là trọng lượng của vật trên một đơn vị thể tích của vật.
Trong đó:
d là trọng lượng riêng của vật đơn vị G/cm3
P là trọng lượng của vật tính bằng G
V là thể tích của vật tính bằng cm3
1.3.1.3. Tính nóng chảy
Kim loại có tính nóng chảy lỗng khi đốt nóng và đặc lại khi nguội. Nhiệt độ
ứng với kim loại chuyển từ thể đặc sang thể lỏng hồn tồn gọi là điểm nóng chảy
(nhiệt độ nóng chảy)
Sắt có nhiệt độ nóng chảy 15390C, đồng 10830C....
1.3.1.4. Tính giãn nở về nhiệt
Khi đốt nóng thì kim loại giãn nở ra, nguội lạnh nó co lại. Sự giãn nở này cần
phải đặc biệt chú ý trong nhiều trường hợp cụ thể. Ví dụ: Đối với cầu làm bằng thép, ta
phải tính đến sự giãn nở của vật liệu tuỳ theo nhiệt độ của các mùa. Sự giãn nở của các
vật liệu khơng giống nhau.
1.3.1.5. Tính dẫn nhiệt
Là tính chất truyền nhiệt của kim loại khi bị nung nóng hoặc làm lạnh. Kim loại
có tính truyền nhiệt tốt thì càng dễ đốt nóng nhanh và đồng đều, cũng như càng dễ làm
nguội nhanh.
Ví dụ: Bạc là kim loại có tính dẫn nhiệt tốt nhất, lấy bạc là một đơn vị thì các
kim loại khác có thể so sánh như sau:

Bạc : 1,0
Đồng: 0,9

Nhôm: 0,5
Sắt : 0.15

8


1.3.1.6. Tính dẫn điện
Là khả năng dẫn điện của kim loại. Các kim loại có tính dẫn điện khác nhau,
kim loại có tính dẫn điện cao tức là kim loại ít cản trở dịng điện chạy qua hoặc ta nói
điện trở của kim loại đó thấp.
Kim loại có tính dẫn nhiệt tốt thì tính dẫn điện cũng tốt và ngược lại.
1.3.1.7. Tính nhiễm từ
Một số kim loại có tính nhiễm từ tức là nó bị từ hố khi đặt trong một từ
trường.
- Sắt và hầu hết các hợp kim của sắt có tính nhiễm từ.
- Đồng, nhơm và hợp kim của đồng, nhơm khơng có tính nhiễm từ.
1.3.2. Tính chất hố học
Tính chất hố học là khả năng của kim loại và hợp kim chống lại tác dụng hoá
học của mơi trường có hoạt tính khác nhau.
Tính chất hố học của kim loại biểu thị ở hai dạng:
1.3.2.1. Tính chống ăn mòn
Là khả năng chống lại sự ăn mòn của hơi nước hay ơxy của khơng khí ở nhiệt
độ thường hay nhiệt độ cao.
1.3.2.2. Tính chịu Axit
là khả năng chống lại tác dụng của các mơi trường Axít.
1.3.3. Tính chất cơ học (hay cịn gọi là tính cơ học)
Là khả năng chống lại tác dụng của lực bên ngoài lên kim loại. Cơ tính của kim

loại bao gồm: Tính cứng, tính bền, tính dẻo, tính đàn hồi...
Lực tác dụng lên chi tiết máy trong quá trính máy làm việc cũng có nhiều dạng
khác nhau. Có lực làm cho chi tiết máy bị kéo, có lực làm cho nó bị uốn, bị xoắn, nén.
Có lực tác dụng từ từ đều đặn gọi là lực tĩnh.
Có lực tác dụng đột ngột gây ra va đập gọi là lực động.
1.3.3.1. Tính bền: là khả năng chống lại tác dụng của lực bên ngoài như kéo,
nén, uốn, xoắn...mà kim loại không bị phá hỏng.
1.3.3.2. Tính cứng: là khả năng kim loại và hợp kim chống lại vật cứng hơn ấn
vào bề mặt của nó.
1.3.3.3. Tính dẻo: là khả năng biến dạng vĩnh cửu của kim loại và hợp kim
dưới tác dụng của lực bên ngồi mà khơng bị phá hỏng...đồng thời vẫn giữ ngun
hình dạng mới sau khi bỏ lực tác dụng bên ngoài.
1.3.3.4. Tính đàn hồi: là khả năng của kim loại và hợp kim có thể thay đổi hình
dạng dưới tác dụng của lực bên ngoài rồi trở lại như cũ khi bỏ lực tác dụng.
1.3.4. Tính chất cơng nghệ

9


Tính cơng nghệ là khả năng mà kim loạivà hợp kim có thể thực hiện các
phương pháp cơng nghệ để sản xuất các sản phẩm có hình dáng kích thước theo u
cầu . Tính cơng nghệ bao gốm: Tính gia cơng áp lực, tính đúc, tính cắt gọt, tính nhiệt
luyện...
1.1.4.1. Tính cắt gọt: là khả năng của kim loại ,hợp kim gia cơng cắt gọt khó
hay dễ được xác định băng tốc độ cắt, lực cắt gọt và độ nhám bề mặt của kim loại sau
khi gia công cắt gọt.
1.3.4.2. Tính hàn: là khả năng tạo thành sự liên kết giữa các chi tiết khi nung
nóng cục bộ chỗ nối đến trạng thái chảy hay dẻo.
1.3.4.3. Tính gia cơng áp lực: là khả năng biến dạng vĩnh cửu của kim loại
,hợp kim .khi chịu tác dụng của lực bên ngoài để tạo thành chi tiết mà khơng bị phá

hỏng.
1.3.4.4. Tính đúc: được xác định bởi độ chảy loãng của kim loại khi nấu chảy
để điền đầy khuôn đúc sau khi đơng đặcta được vật đúc .Tính đúc tốt khi độ congót
ít, thành phần hố học đồng đều, tính chảy loảng cao ..
1.3.4.5. Tính nhiệt luyện: là khả năng thay đổi độ cứng, độ bền, độ deỏ dai..
của kim loại bằng cách nung kim loại lên nhiệt độ cần thiết, giữ ở nhiệt độ đó một thời
gian. Sau đó làm nguội kim loại theo một chế độ nhất định.
Sau khi nhiệt luyện mức độ thay đổi cơ tính của mỗi kim loại khác nhau, có kim
loại thay đổi ít, có kim loại thay đổi nhiều...

10


CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỬ KIM LOẠI.
2.1. THỬ KÉO:
Thử kéo là quá trình thử quan trọng để xác định được độ bền, độ đàn hồi, độ
dẻo của kim loại.

F0

+ Để xác định được độ bền của một vật liệu, ta tiến hành thử trên máy thử kéo
l

với mẫu thử bằng vật liệu đó có kích thước và hình dáng quy định.
0

l

+ Thường mẫu thử có mặt cắt trịn, có chiều dài gấp 10a) lần đường kính.
Ví dụ: đường kính 20mm, chiều dài 200mm hoặc đường kính 10mm, chiều dài

Hình2- 1
F1

100mm (như hình 2-1)

Để đánh giá tình trạng chịu lực của vật liệu khác nhau
ta dùng khái niệm ứng
l
1

b)

suất, ứng suất là tải trọng tác dụng lên một đơn vị diện tích mặt cắt của mẫu thử.
Để xác định độ bền lấy lực Pmax là lực làm cho mẫu thử bị kéo đứt chia cho
diện tích mặt cắt ban đầu Fo của mẫu thử.
Tỷ số Pmax được gọi là giới hạn bền của vật liệu.
Fo
Ký hiệu bằng chữ  đọc là xích ma)

Pmaxx
B =

Fo

KG/mm2

+ Độ đàn hồi.
Trên máy thử kéo ta tăng dần lực kéo P và theo dõi sự dãn dài của vật thử cho
tới khi lực kéo đạt tới giá trị P p, tại giá trị này nếu bỏ lực kéo đi thì mẫu thử lại co lại

(chiều dài ban đầu) tức là kim loại biến dạng đàn hồi.
- Khi tăng lực kéo đạt tới giá trị P e, nếu bỏ lực kéo đi thì mẫu thử khơng hoàn
toàn co lại đúng chiều dài ban đầu mà dài hơn một ít (gọi là độ dãn dài dư) biến dạng
dư này không quá 0,005% chiều dài ban đầu của mẫu thử.
Nếu lấy lực Fe này chia cho diện tích mặt cắt ban đầu mẫu thử, ta được giới hạn
đàn hồi ký hiệu p.

Pe
p =

F0

(KG/mm2)

Vậy giới hạn đàn hồi là tỷ số giữa lực kéo gây biến dạng dư tới 0.005%l o) chia
diện tích mặt cắt ban đầucủa mẫu thử.
- Độ dẻo được đánh giá băng độ dãn dài tương đối và độ thắt tỷ đối.
- Độ dãn dài tương đối  ( đen ta).
=

L1 – L 0
L0

x 100%

11


Trong đó: - L0 là chiều dài tính tốn ban đầu của mẫu thử.
- L1 là chiều dài tính tốn sau khi mẫu thử kéo đứt của mẫu thử.

- Độ thắt tỷ đối  (đọc là si) được tính tốn theo cơng thức:
 = F0-F1/F0 .100%
Trong đó: - F1 là diện tích tiết diện của mẫu tại chỗ đứt .
- F0 là diện tích mặt cắt ban đầu của mẫu.
Kim loại càng dẻo thì độ dãn dài và độ thắt tỷ đối càng lớn.
Ví dụ: Sắt ngun chất có thể kéo dài gấp 1,5 lần chiều dài ban đầu.
- Gang thì có độ dãn dài tương đối và độ thắt tỷ đối có thể coi là gần bằng khơng.
- Biểu đồ thử kéo.

P (KG)
P

Khi kéo mẩu thử trên máy
thử kéo, máy vẽ lên biểu đồ kéo

Ps
Pe
PP

của vật liệu (hình 2-2).
Trục tung biểu thị lực kéo:P
(KG ).Trục hoành biểu thị đỗ giãn
dài của mẫu thử  (mm).
Đoạn OPP trên biểu đồ l
on thng

S
P

Z

e

0
Giớ i hạn đàn hồi
Giớ i hạn chảy

mm

Gớ i h¹n bỊn

chứng tỏ trong giai

Hình 2- 2

đoạn này độ dãn dài tỷ lệ thuận

với lực kéo, tức là lực kéo tăng bao nhiêu thì độ dãn dài tăng bấy nhiêu.
Qua đoạn OPP’ nếu ta tăng lực kéo lên thì giá trị của độ dãn dài và lực kéo
không tỷ lệ thuận với nhau nữa, mà độ dãn dài tăng nhanh hơn lực kéo.
Ứng suất tại điểm PP có thể coi gần đúng như là giới hạn đàn hồi của vật liệu.
Tăng lực kéo tiếp tục , mẫu thử tiếp tục dãn dài, từ điểm S, kim loại có hiện
tượng “ chảy” tức là lực kéo không tăng, nhưng mẫu thử vẫn dãn dài thêm ra đoạn sk
biểu thị giai đoạn biến dạng chảy của vật liệu .
ứng suất tại điểm S là:

PS
T =

F0

(KG/mm2)

T gọi là giới hạn chảy của vật liệu.
Giới hạn chảy có ý nghĩa quan trọng đối với cơ tính của vật liệu. Qua điểm S,
nếu tiếp tục tăng lực kéo, mẫu thử tiếp tục dãn dài thêm rồi thắt nhỏ ở đoạn giữa và

12


đứt. Tại điểm b lực kéo là lớn nhất, khi mẫu thử bị thắt nhỏ lại lực kéo sẽ giảm đi
nhưng mẫu thử vẫn bị đứt ứng suất tại điểm b là giới hạn bền kéo của vật liệu xác định
được.
Như vậy trên biểu đồ kéo, ta có thể xác định được giới hạn bền, giới hạn chảy,
giới hạn đàn hồi và độ dẻo của vật liệu .
2.2 THỬ ĐỘ CỨNG.
2.2.1- Mục đích: Xác định độ cứng của vật liệu.
2.2.2- Phương pháp: Có nhiều phương pháp thử độ cứng, nhưng nói chung
đều trên nguyên tắc ấn vào bề mặt kim loại cần thử một vật cứng hơn và sau đó đo
kích thước vết lõm và xác định độ cứng của vật liệu.
2.2.2.1- Thử độ cứng bằng phương pháp Brimen.
Dùng viên bi bằng thép được tơi cứng có đường kính 2,5, 5, 10 mm ấn vào bề
mặt vật thử với một lực nhất định P (hình 2-3). Tỷ số giữa lực P và diện tích vết lõm
(F) của vật gọi là độ cứng Brimen.

P
Ký hiệu: HB và HB =

F

( KG/mm2)

Trong đó: - P là lực đặt vào viên bi
- F là diện tích vết lõm có hình chỏm cầu

D
P

- Lực P phụ thuộc vào đường kính viên bi và vật liệu mà ta cần thử. Thông thường khi
thử gang thép P = 30D2; khi thử kim loại màu P = 10D 2. Trong thực tế để đơn giản
tính tốn, người ta thường đo đường kính vết lõm và tra bảng ta được độ cứng HB.

h

- Phương pháp thử độ cứng Brimen áp d
dụng cho những kim loại mềm và thép chưa bị
tôi cứng.
2.2.2.2- Thử độ cứng theo phương pháp Rocven.
Dùng viên bi có đường kính 1,58mm hoặc mũi nhọn kim cương có góc ở đỉnh 120 0
để ấn lên mặt vật cần thử.

Hình 2- 3

13


Pn

P
hn

h

h

120°

Hình 2- 4

Lực ấn ban đầu 10KG sau đó tác dụng thêm tải trọng chính là P2
Kim đồng hồ trên máy chỉ kêt qủa đo được trên mặt số của thang chia
Dưới tác dụng của lực ấn thứ nhất mũi nhọn bị lún xuống là h1, dưới lực ấn thứ 2 nó
sẽ lún xuống với độ sâu h2. Hiệu số giữa h2 – h1 = h là sự chênh lệch về độ lún của
hai lần ấn .Đặc trưng cho độ cứng của phương pháp Rocven.
Độ cứng Rocven được ký hiệu bằng HR, 1HR tương ứng với độ lún 0,002 mm
trên máy thử độ cứng Rocven có một mặt số với kim chỉ kết quả của độ cứng đo
được. Trên mặt số có 3 thang chia.
- Thang C chữ đen khi thử bằng mũi nhọn kim cương với lực ấn P2 = 150KG. Dùng
thử các vật cứng như thép gang . .đơn vị :HRC .
- Thang B chữ đỏ khi thử bằng viên bi với lực ấn P2 = 100KG dùng để thử thép chưa
tôi, hợp kim đồng .đơn vị :HRB ..
-Thang A chữ đen thử bằng mũi nhọn kim cương với lực ấn P2 = 60KG dùng để thử
hợp kim cứng. đơn vị :HRA .
- Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi, thao tác đơn giản, vết lõm nhỏ, không
làm hỏng bề mặt chi tiết.

14


2.3 . THỬ VA ĐẬP.

2.3.1 . Mục đích
Xác định độ dai của kim loại.
2.3.2 . Phương pháp Mẫu thử được làm theo kích thước nhất định là:
10 x10 x 55 mm (hình 2-5). Khi thử nâng đầu búa 3 lên độ cao H, đầu búa có trọng
lượng P được thả rơi theo quỹ đạo vòng tròn, trên đường rơi búa đập vào mẫu thử, làm
gẫy mẫu thử. Sau đó nó cịn đi tiếp đến vị trí cao h. Năng lượng của đầu búa trước khi
rơi là PH,
năng lượng của đầu búa sau khi rơi là Ph...
Như vậy trên đường rơi búa đập gẫy mẫu thử và đã mất đi một năng lượng.
A = PH – Ph (KGm )
3

10±0, 1

H

10±0, 1

2

4

1- Thâ
n máy
2- Đ ĩ
ađ
o
3- Búathử
4- Đ ầu đ
o

5- Mẫu thử

5
h

1

I
2
2

a)

b)

Hỡnh
Nng lượng này chính là cơng cần
thiết2-5
làm gẫy mẫu thử.
Vậy cơng tiêu hao đập gẫy mẫu thử là A= P(H-h) KGm. Xét đến cơng tiêu hao trên
một đơn vị diện tích tiết diện mẫu thử. Nếu cơng càng lớn thì khả năng chịu va đập
càng tốt... Bởi vậy khả năng chịu va đập của kim loại được đo bằng tỉ số giữa cơng
tiêu hao đập gẫy mẫu thử và diện tích mặt cắt tại chỗ bị gẫy.
- Vật liệu càng giòn thì độ dai va đập ah càng nhỏ khoảng: 0,1  0,2 KGm/cm2.
- Với thép ah = 212 KGm/cm2
-Với hợp kim đồng ah = 5 5,5KGm/cm2

15

2.4. THỬ CƠNG NGHỆ
Tính cơng nghệ của vật liệu biểu thị khả năng gia công của vật liệu ứng với các hình
thức gia cơng khác nhau như: Rèn, dập, cắt gọt, đúc ...
Để tiến hành xác định khả năng gia công của vật liệu, ta tiến hành các cách thử sau:
Bằng cách uốn cong, chồn ở trạng thái nguội, gấp mép, dập sâu thép tấm và bằng cách
xem tia lửa.
2.4.1. Cách thử uốn cong
Được sử dụng cho các kim loại dẻo cho ta xác định được mức độ chịu uốn cong của
vật liệu mà không bị phá hỏng. Mẫu thử có thể tiến hành ở trạng thái nóng hoặc nguội.
2.4.2. Cách thử chồn ở trạng thái nguội: Được tiến hành cho các kim loại
dùng để làm đinh tán, ri vê...
2.4.3. Cách thử tia lửa.
Dùng để xác định một cách gần đúng thành phần của kim loại bằng cách nhìn vào
màu sắc, hình dáng của tia lửa, hoa lửa toé ra khi mài kim loại. Thép chứa càng nhiều
cabon thì hoa lửa toé ra càng nhiều và có màu vàng tươi. Thép chứa Vơnpram thì tia
lửa có màu đỏ, và chứa nhiều Vơnpram thì hầu như khơng có hoa. Lửa, tia lửa hình
răng cưa. Thép chứa Crơm tia lửa màu vàng da cam . Bằng cách thử đó ta biết sơ bộ
thành phần hoá học của thép và xác định được xem loại thép đó có thích ứng với cơng
việc hay khơng.
Câu hỏi ơn tập
1. Nêu mục đích, phân tích ba giai đoạn biểu đồ thử kéo kim loại?
2. So sánh sự khác nhau giữa hai phương pháp thử độ cứng HB và HR?

16


CHƯƠNG 3: GANG
3.1 . SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH LUYỆN GANG.
3.1.1. Nguyên nhiên vật liệu dùng cho luyện gang.
3.1.1.1. Quặng sắt: Quặng sắt gồm nhiều loại: quặng sắt đỏ, quặng sắt nâu,

quặng sắt từ và quặng sắt cabonnát.
- Quặng sắt đỏ chủ yếu là Fe2O3 có màu đỏ chứa 50% đến 60% là Fe. Quặng sắt đỏ là
quặng tốt nhất.
- Quặng sắt nâu chủ yếu là sắt ơxít ngậm nước (Fe2O3. H2O và 2Fe2O3. 3H2O) có màu
vàng đến màu nâu thẫm chứa khoảng 40% đến 55% là Fe.
- Quặng sắt từ: là quặng Manhetít tức là sắt từ Fe3O4 . Quặng này có màu đen chứa tới
60% đến 65% đối khi tới 70% là Fe. Đây là loại quặng giàu Fe nhất nhưng lại khó
hồn ngun.
- Quặng sắt Cácbonát là quặng Xiđêrít FeCO3 chứa khoảng 35% đến 48% là Fe.
Trong các loại quặng trên, quặng sắt đỏ được sử dụng nhiều nhất (gần 57% số lượng
khai thác trên thế giới). Những quặng khác có ít hơn: Quặng sắt nâu 16%, quặng sắt
từ gần 10%...
Trước khi đưa quặng vào lò ta phải nghiền nhỏ để có kích thước quặng đồng đều và
thích hợp với q trình luyện trong lị cao. Sau đó tiến hành làm giàu quặng để khử bỏ
các chất bẩn.
3.1.1.2. Nhiên liệu
Để nấu chảy gang người ta thường dùng than cốc, ngồi ra cịn dùng than củi nhưng ít
hơn. Than cốc có nhiệt lượng cao, bền, độ xốp cao và chứa ít lưu huỳnh (nó được dùng
tới 99% cho nhiên liệu lò cao).
3.1.1.3. Chất trợ dung:
Trong các quặng sắt có chứa chất bẩn Al2O3, MgO bền và khó chảy. Muốn cho các chất
đó dễ chảy ra ta thêm chất trợ dung thường là CaCO3 để tạo thành xỉ loãng.
3.1.1.4. Q trình phản ứng xảy ra ở lị luyện gang:
Q trình tạo thành gang là một quá trình biến đối hố học phức tạp nó gồm 3 giai
đoạn chính:
- Giai đoạn hoàn nguyên sắt
- Giai đoạn tạo thành gang
- Giai đoạn tạo xỉ
Hai khí chủ yếu làm nhiệm vụ hồn ngun sắt là CO và H2
Sự hình thành khí CO như sau:

Than cốc cháy tạo thành khí CO2 theo phản ứng:
C + O2 = CO2

17


ở nhiệt độ cao than cốc lại khử ôxi của khí CO2 tạo thành khí CO
CO2 + C = 2 CO
Sự hình thành khí H2 là do hơi nứơc H2O lẫn trong khơng khí thổi vào lị cao.
H2O + C = H2 + CO
khí CO và H2 sẽ hồn ngun sắt theo các bước sau:
Fe2O  Fe3O4  FeO  Fe
q trình đó diễn ra theo các phản ứng:
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 + Q calo
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 + Q calo
FeO + CO = Fe + CO2 + Q calo
các phản ứng này đều kèm theo toả nhiệt.
Hồn ngun sắt bằng khí H2 theo các phản ứng sau:
3Fe2O3 + H2 = 2 Fe3O4 + H2O
Fe3O4 + H2 = 3 FeO + H2O
FeO + H2 = Fe + H2O
Ngoài ra C ở thể rắn cũng tham gia hoàn nguyên Fe theo phản ứng sau:
FeO + C = Fe + CO + Q calo
Phản ứng này hồn ngun tới 50% FeO ở lị cao
Sau khi Fe hồn ngun ở thân lị, thì phản ứng tiếp với C
3Fe + C = Fe3C (Xêmantít)
Cácbon hồ tan dần vào sắt đến 4%. Đồng thời với sự hoàn nguyên sắt một số tạp chất
cũng được hoàn nguyên là Si, Mn, S, P là các chất chứa sẵn trong quặng. Sự hoàn
nguyên này tiến hành ở nhiệt độ 1000oC đến 1200oC kèm theo sự thu nhiệt.
Mn được hoàn nguyên theo phản ứng sau: MnO + C = Mn + CO - Q calo

Si được hoàn nguyên theo phản ứng sau: SiO2 + C = Si + 2CO – Q calo
Do sự hồn ngun ngun tố kim loại trên trong lị cao, sau khi hồn ngun ta có
một hỗn hợp phức tạp của hợp kim sắt cacbon, Mg, Si, P, S hợp kim đó gọi là gang.
Sự hình thành và chảy của xỉ ở phần dưới thân lị có nhiệt độ gần 90oC đá vơi phân hố
ra CaO và khí CO2
CaCO3  CaO + CO2 – 4250 calo
Trong lò cao ở vùng bụng lị bắt đầu hình thành xỉ lỏng từ các chất bẩn của quặng và
chất trợ dung (SiO2, Al2O3, CaO, MgO) và từ cả FeO và MnO chưa kịp khử ôxy. Xỉ
lỏng chảy xuống dưới, cuốn cả theo tro và chất bẩn còn lại tập trung ở nồi lò trên lớp
gang lỏng.
Thường thì nấu 1 tấn gang có 0,4 đến 1 tấn xỉ và phải tốn 2 tấn quặng, 0,7 đến 0,8 tấn
than cốc và 0,25 đến 0,4 tấn chất trợ dung.

18


3.1.2. Các nguyên tố ảnh hưởng đến tính chất của gang.
3.1.2.1. Ảnh hưởng của cácbon.
Các bon ở trong gang nếu nằm ở dạng hợp chất hố học xêmantit thì gọi là gang trắng,
nếu nằm ở dạng gaaphit thì gang đó là gang xám. Cacbon ở trong gang càng nhiều thì
tính dịn càng cao, tính dẫn nhiệt càng kém.
3.1.2.2. Ảnh hưởng của Mangan.
Mangan có trong gang thúc đẩy sự tạo thành xêmantít thúc đẩy sự tạo thành gang
trắng.Trong gang trắng Mangan chứa nhiều khoảng (2 đến 2,5%) còn trong gang xám
nhỏ hơn 1,3%.
3.1.2.3. Ảnh hưởng của Silic.
Silic có ảnh hưởng nhiều đến cấu trúc tinh thể gang vì nó thúc đẩy sự tạo thành
graphit, do đó trong gang xám lượng Silic cao khoảng (1 đến 4,25%)
3.1.2.4. Ảnh hưởng của Phôtpho
Phốtpho là ngun tố có hại trong gang làm giảm tính bền, tăng tính giịn. Tuy nhiên

phốtpho có tác dụng làm tăng tính chảy lỗng của gang do đó gang dễ đúc. Những chi
tiết khơng quan trọng và phức tạp có thể tăng thành phần phốtpho đến 1%.
3.1.2.5. Ảnh hưởng của lưu huỳnh.
Nguyên tố lưu huỳnh là tạp chất có hại làm giảm độ bền của gang, tăng tính giịn, giảm
tính đúc. Do vậy gang chứa lưu huỳnh không quá 0,15%.
3.2. CÁC LOẠI GANG THƯỜNG DÙNG.
3.2.1. Gang trắng.
3.2.1.1. Thành phần hoá học:
Cacbon ở trong gang trắng nằm ở dạng hợp chất xêmantít và chứa khoảng 3 đến
3,5%, Mangan khoảng 2 đến 2,5%, Silic nhỏ hơn 1,3%.
3.2.1.2. Tính chất.
Gang trắng mặt gẫy có màu trắng. Do cacbon nằm ở dạng hợp chất hoá học
Fe3C nên gan trắng rất cứng 450  650HB và rất giòn, chịu ma sát mài mòn tốt, nhưng
chịu va đập kém, độ dãn dài xấp xỉ băng không, gang trắng không thể gia công cắt gọt
và gia công áp lực được. Chỉ sử dụng gang trắng ở dạng vật đúc.
3.2.1.3. Công dụng.
Gang trắng thường được dùng để chế tạo các chi tiết máy làm việc chịu ma sát
và mài mịn như: Bi nghiền, mép lưỡi cày, quả lơ máy xát gạo...các chi tiết máy thường
mặt ngoài la gang trắng còn bên trong là gang xám.
Trong thực tế sản xuất gang trắng chủ yếu để luyện thép và một phần đúc để nhiệt
luyện ra gang dẻo.
3.2.2. Gang dẻo.

19


Để có gang dẻo, đúc các chi tiết máy từ gang trắng, đem nung lên nhiệt độ 900
đến 1000oC, giữ ở nhiệt độ đó từ 70 đến 100 giờ. Sau đó cho nguội chậm cùng với lị.
Ta được loại gang có độ bền, dẻo hơn gang trắng và gang xám, gọi là gang dẻo.
3.2.2.1. Thành phần hoá học:

Sau khi ủ từ gang trắng các nguyên tố có trong gang dẻo gồm: C = 2 2,8%,
Si = 0,8 1,4%, Mn  1%, P  0,2%, S  0,1% còn lại là Fe và một ít tạp chất khác.
3.2.2.2. Tính chất.
Do graphit ở dạng cum bông là dạng tương đối thu gọn nên có độ bền kéo cao
K= 300  660 MPa, độ dẻo khá cao  = 315%, khả năng chịu va đạp tốt.
3.2.2.3. Ký hiệu.
Theo tiêu chuẩn Việt Nam: Bằng 2 chữ GZ (gang dẻo) tiếp theo là 2 cặp: Cặp
thứ nhất chỉ độ bền kéo giới hạn, Cặp thứ 2 chỉ độ dãn dài tương đối tính theo %.
Ví dụ: GZ 30 – 6
GZ 33 – 8
GZ gang dẻo độ bền kéo giới hạn 30KG/mm2. Độ dãn tương đối 6%. GZ gang dẻo, độ
bền kéo giới hạn 33KG/mm2, độ dãn dài tương đối 8%.
- Theo tiêu chuẩn Liên bang Nga: Bằng 2 chữ Kì gang dẻo. Các cặp số tiếp sau
giống tiêu chuẩn Việt Nam.
Ví dụ: Kì 30-6, Kì 33-8.
2. 3.2.4. Công dụng.
Gang dẻo ngày càng được sử dụng nhiều trong chế tạo ôtô, máy kéo...dùng cho
các chi tiết chịu tải trọng lớn, có hình dạg phức tạp như: Cầu sau ơtơ, may ơ ơtơ, bánh
răng,bánh vít...
3.2.3. Gang Xám.
3.2.3.1. Thành phần hoá học.Thành phần hoá học của gang xám trong giới
hạn sau: cacbon 33,8%, Silic 0,53%, Mangan 0,50,8%, Phốtpho 0,10,2%, Lưu
huỳnh 0,10,12%
3.2.3.2. Tính chất.
Do cấu trúc tinh thể các bon ở dạng tự do graphit hình tấm phiến nên gang xám
có độ bền cơ học kém, chịu kéo nhỏ K 120240 MPa, độ dẻo dai kém aK
100KJ/m2, độ dãn dài xấp xỉ 0,5%, độ cứng thấp 150250 HB.
Tuy nhiên gang xám có khả năng chịu ma sát, mài mịn tốt vì graphít có tác
dụng như một chất bơi trơn, có tính cắt gọt dễ vì phoi vụn. Chịu nén tốt, dập tắt dung
động nhanh tính đúc dễ vì co ngót ít, tính chảy lỗng cao, giá thành rẻ.

20


3. 2.3.3. Ký hiệu
- Theo tiêu chuẩn Việt Nam ; bằng 2 chữ GX (gang xám) tiếp theo sau là 2 cặp
số cách nhau bằng dấu gạch ngang (-) cặp số thứ nhất chỉ độ bền kéo giới hạn, cặp số
thứ 2 chỉ độ bền uốn giới hạn. Đơn vị: KG/mm2 .
Ví dụ: GX 15-32 . GX chỉ gang xám có độ bền kéo giới hạn 15 KG/mm2, độ bền uốn
giới hạn 32 KG/mm2.
- Theo tiêu chuẩn Liên bang Nga: bằng 2 chữ Cì. Cịn các cặp số tương tự như
tiêu chuẩn Việt Nam.
Ví dụ: Cì 12-24
Cì 15-32
3.2.3.4. Cơng dụng (Xem bảng 2-1)
Thường dùng để chế tạo chi tiết máy trong q trình làm việc ít bị va đập, chịu
kéo nhỏ như: Thân máy, bệ máy, ống nước...
Do có tính chịu ma sát và mài mịn tốt nên đơi khi còn dùng làm ổ trượt chịu
tait trọng lớnvà với độ thấp.
Bảng 2-1 ký hiệu công dụng của gang xám.

Ký hiệu
GX12-24

Giới hạn bền
k

u

n

120

240

500

Độ cứng

Công dụng

HB
143229

Dùng làm bệ máy, khung, cột trong kiến
trúc

GX12-32

150

320

650

163229

Dùng rộng rãi cho các chi tiết đúc, chế tạo

GX18-36

180

360

700

170229

ôtô, máy công cụ, động cơ đốt trong...

GX21-40

210

400

750

170241

Dùng để chế tạo các chi tiết máy quan trọng

GX24-44

240

440

850

170231

trong chế tạo máy như thân máy, các chi tiết
của tua bin.

3.2.4. Gang biến tính.
Để có gang biến tính cho vào nước gang xám một số chát biến tính như
Pêrơsilíc, Pêrơ silic can xi. Các chất này tạo nên trung tâm kết tinh Graphít hố, do đó
các phiến Granphít càng nhỏ.
3.2.4.1. Thành phần hố học: Gồm có C = 33,8%; Mn = 0,50,8%;
P = 0,10,2%; Si = 23%; S = 0,10,12% còn lại là Fe và một ít tạp chất khác.
3.2.4.2. Tính chất
So với gang xám thì gang biến tính có nhiều tính chất tốt hơn như: Có độ bền
cao hơn, độ dẻo cao hơn, chịu va đập tôts hơn, kết cấu vật đúc đồng đều và nhỏ hạt

21


hơn, tính chống ăn mịn và chịu ma sát mài mịn tốt hơn, có thể nhiệt luyện để nâng
cao cơ tính.
3.2.4.3. Ký hiệu
- Theo tiêu chuẩn Liên bang Nga: bằng 3 chữ MCì chỉ gang biến tính, tiếp theo
là 2 cặp số: Cặp số thứ nhất chỉ độ bền kéo giới hạn, cặp số thứ 2 chỉ độ bền uốn giới
hạn. Đơn vị KG/mm2 .
Ví dụ: MCì 28-48
MCì 35-56
+ Gang biến tính có độ bền kéo giới hạn 28KG/mm 2 (280MN/m2). Độ bền uốn
giới hạn 48KG/mm2.
+ Gang biến tính có độ bền kéo giới hạn 35KG/mm 2. Độ bền uốn giới hạn

56KG/mm2.
3.2.4.4. Cơng dụng
Gang biến tính được sử dụng rộng rãi để chế tạo thân máy, mâm cặp máy tiện,
bánh răng chịu trọng tải nhỏ, xéc măng, ống lót xi lanh...
3.2.5. Gang Cầu
3.2.5.1. Thành phần hố học: Gồm có C = 33,8%; Mn = 0,50,8%; P 
0,1%; Si = 23%; S  0,03%, ngồi ra cịn có Mg = 0,040,08%, còn lại là Fe và một
lượng nhỏ tạp chất khác.
3.2.5.2. Tính chất: Do có cácbon ở trong gang cầu nằm ở dạng granphít hình
cầu nên gang cầu có độ bền cao  = 400800 MPa, độ dẻo dai cao  = 215%, chịu va
đập tốt ak = 300600 KJ/m2 (gang cầu vừa có tính chất của gang, vừa có tính chất của
thép) gang cầu có cơ tính cao hơn gang xám nhiều. Gang cầu có thể làm việc và bền
vững ở nhiệt độ tới 400oC, gang xám chỉ có thể làm việc ở nhiệt độ 250oC.
Độ cứng, độ bền của gang cầu có thể tăng cao hơn nữa nếu ta nhiệt luyện nó.
3.2.5.3. Ký hiệu.
- Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN): Bằng 2 chữ GC chỉ gang cầu, tiếp theo
sau là 2 cặp số cách nhau gạch nối (-). Cặp thứ nhất chỉ độ bền kéo giới hạn, cặp số 2
chỉ độ dẫn dài tương đối tính theo phần trăm (%).
Ví dụ: GC 40-10 Gang cầu có độ bền kéo giới hạn 40KG/mm 2 và độ dãn dài tương đối
10%. GC 50-2 Gang cầu có độ bền kéo giứo hạn 50KG/mm 2 và độ dãn dài tương đối
2%.
- Theo tiêu chuẩn Liên bang Nga: Bắt đầu bằng 2 chữ Bì tiếp sau giống TCVN
Ví dụ: Bì 40-10; Bì 50-2.

22


3.2.5.4. Công dụng.
Gang cầu ngày nay được sử dụng nhiều để thay thế thép trong một số trường
hợp như: Gang cầu có thể dùng để chế tạo các chi tiết máy của ôtô, động cơ đốt trong

như trục khuỷu, pittông, biên, bánh răng... và các chi tiết máy quan trọng khác như
trục chính máy cắt gọt, có thể làm đường ray loại nhỏ.
Câu hỏi ơn tập
1. Gang xám có đặc điểm gì? Tại sao gang xám thường được dùng làm thân máy? 2.
So sánh sự khác nhau tinh thể các bon trong gang xám và gang biến tính?Nêu thành
phần ,tính chất , ký hiệu và công dụng của gang xám ?
3. So sánh sự khác nhau tinh thể các bon trong gang zẻo và gang cầu? Nêu thành
phần ,tính chất ,ký hiệu và công dụng của gang cầu ?
4. Đọc tên giải thích các ký hiệu và nêu cơng dụng của vật liệu sau:
GX 12- 24 , GZ 37 –12 , GC 60 – 15 , MC ì 24- 44 .

23


CHƯƠNG IV: THÉP
4.1. SƠ LƯỢC VỀ QUÁ TRÌNH LUYỆN THÉP.
4.1.1. Luyện thép bằng lị Máctanh.
4.1.1.1. Q trình luyện thép bằng thép vụn.
Nguyên liệu chủ yếu của lò là thép vụn và gang thỏi trong đó thép vụn chiếm tỷ
lệ 80%. Q trình này được sử dụng cho các lị nấu tại các nhà máy chế tạo cơ khí, tại
đây cần phải tận dụng các thép vụn sẵn có.
4.1.1.2. Q trình luyện thép bằng quặng.
Nguyên liệu chủ yếu là quặng sắt và gang lỏng, lượng gang lỏng chiếm tới 80%
đến 90%. Quá trình này được sử dụng cho các nhà máy luyện kim.
Nhiên liệu dùng cho lị Máctanh có thể là hỗn hợp khí lị cao và khí than cốc,
đơi khi người ta cịn dùng khí đốt thiên nhiên. Ngồi ra cũng có thể dùng dầu lửa và
dầu mazút làm nhiên liệu.
4.1.1.3. Q trình phản ứng xảy ra trong lị Máctanh.
u cầu q trình luyện thép lị Máctanh là: Giảm lượng C, Mg, Si đến mức
yêu cầu và khử càng nhiều tạp chất có hại càng tốt. Nếu cần luyện thép hợp kim, ta

pha vào kim loại lỏng những nguyên tố hợp kim tương ứng.
Để giảm các nguyên tố có hại chứa trong thép người ta tiến hành oxy hoá chúng
bằng khơng khí hoặc thổi oxy vào lị. Sản phẩm của sự oxy hố là khí và xỉ lỏng.
Những ơxít ở dạng khí tạo thành trong kim loại lỏng nổi lên bề mặt kim loại ở dạng
bọt, làm cho kim loại sơi lên, hồ lẫn với khí lị rồi thốt ra ngồi. Những ơxít lỏng
chia làm 2 thứ: Thứ hồ tan trong kim loại và thứ khơng hồ tan. Những ơxít khơng
hồ tan nổi lên hình thành lớp xỉ phủ lên mặt lớp kim loại. Cịn đối với những ơxít hồ
tan vào kim loại ta phải khử hoặc chuyển chúng thành xỉ. Để cho các ơxít hồ tan vào
kim loại được hoá thành xỉ người ta cho thêm chất trợ dung CaO vào lị, nó kết hợp
với ơxít hồ tan tạo thành các hợp chất phức tạp dễ chảy khơng hồ tan vào kim loại
và chuyển thành xỉ. Do đó thành phần của xỉ phải thích hợp để cho những ơxít khi
thoát ly khỏi kim loại lỏng đi vào xỉ phải ở dạng những hợp chất bền vững và không
trở vào kim loại nữa.
Để hoàn nguyên một phần kim loại cơ bản đã bị ơxy hố người ta pha vào nước
kim loại những chất khử ơxy. Đó là những ngun tố mà áp lực của nó với ơxy mạnh
hơn với Fe. Sắt được hồn ngun ở lại trong kim loại, cịn những ngun tố khử ơxy
thì chuyển vào xỉ đi ra ngoài.

24


4.1.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố đến cơ tính của thép.
4.1.2.1 Cácbon: C ác bon là nguyên tố quan trọng nhất quyết định chủ yếu tổ
chức và cơ tính của thép cácbon, kể cả thép hợp kim.
Khi lượng cácbon thay đổi thì lượng Xêmentít cũng tăng tương ứng làm cho cơ
tính của thép thay đổi rất nhiều. Quy luật chung là khi thành phần cácbon tăng lên độ
bền, độ cứng cũng tăng lên còn độ deỏ, độ dai giảm đi. Tuy nhiên riêng độ bền chỉ
tăng lên khi các bon trong giới hạn 0,8 – 1% C, vượt quá giới hạn này độ bền lại giảm
đi.
4.1.2.2. Mangan: Mn cho vào mọi thép dưới dạng Pêro mangan để khử ôxy

lúc luyện thép tức loại trừ FeO rất có hại.
FeO + Mn  MnO + Fe
MnO nổi lên đi vào xỉ và được cào ra khỏi lị. Ngồi ra cịn khử được tác dụng
có hại của lưu huỳnh (FeS) đối với thép. Mặt khác Mn ít nên tác dụng này khơng lớn
Mn 0,8%.
1.2.3. 4 . Silíc : Si được đưa vào thép cũng giống như Mn để khử ôxy một cách
triệt để:
2FeO + Si  SiO2 + 2Fe
SiO2 Nổi lên đi vào xỉ và được cào ra khỏi lò. Mặt khác Si hoà tan vào Phaferit
cũng nâng cao độ bền, độ cứng của pha này.
Song lượng Si quá thấp 0,17 – 0,37% nên tác dụng hố bền khơng rõ rệt.
4.1.2.4. Phốtpho: P là nguyên tố có hại trong thép. Nếu vượt quá giới hạn 0,1%
tạo nên Fe3P nâng độ bền và đặc biệt là độ dịn ở nhiệt độ thường. Vì vậy P nâng cao
tính dịn nguội của thép. Cơ tính của thép giảm. Bởi vậy hàm lượng P trong thép 
0,05%.
Mặt khác P có ảnh hưởng tốt đến tính cắt gọt cho nên trong thép dễ cắt người ta
đưa vào lượng P đến 0,15% thép này gọi là thép tự động.
4.1.2.5. Lưu huỳnh: S là tạp chất có hại nhất trong thép nó làm cho thép giịn
nóng, do đó khó cán, rèn hay dập. S chỉ có lợi khi cần tăng tính giịn để dễ gia cơng cắt
gọt, nó được đưa vào thép tự động với lượng 0,3%S.
4.1.2.6. Các chất khí (O2, N2).
Ngồi các ngun tố có ảnh hưởng đến thép như: C, Si, Mn, P, S trong thép cịn
có ơxy ,là các tạp chất có hại vì làm thép giịn, cứng ,cịn N 2 là tạp chất có lợi :làm nhỏ
hạt thép tăng cứng , tăng khả năng chịu mài mịn ... với lượng rất nhỏ nên ít tác dụng .
4.1.3. Phân loại thép.
Tuỳ theo các thành phần, các nguyên tố trong thép mà người ta chia thép ra làm
2 nhóm: Thép cácbon và thép hợp kim.

25