GIÁO TRÌNH MÔN HỌCMÔ ĐUN VẬT LIỆU CƠ KHÍ NGHÀNH NGHỀ HÀN

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH HÀ NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM
---------o0o---------

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC/MƠ ĐUN: VẬT LIỆU CƠ KHÍ
NGHÀNH/ NGHỀ: HÀN
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP NGHỀ
Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ……….ngày……tháng……năm……….
……………..của ………………….

Hà Nam, năm 2020


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được
phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
Dựa theo giáo trình này, có thể sử dụng để giảng dạy cho các trình độ hoặc
nghề ngành/ nghề khác của nhà trường.
Cần giảng dạy bổ sung những môn học, mô đun bắt buộc và một số môn học,
mô đun tự chọn mà trong chương trình đào tạo trình độ cao đẳng chưa giảng dạy;

1


LỜI GIỚI THIỆU
Giáo trình “Vật liệu cơ khí” này được biên soạn dựa theo chương trình
khung của Bộ Giáo dục và Đào tạo và được tác giả cụ thể hoá bằng chương trình
chi tiết.

Để đáp ứng nhu cầu về tài liệu học tập cho sinh viên và tạo điều kiện thuận lợi
cho giáo viên khi giảng dạy môn học “Vật liệu cơ khí”. Tổ mơn vật liệu thuộc khoa
kỹ thuật cơ sở trường cao đẳng nghề giao thông vận tải trung ương 2 đã biên soạn
giáo trình “Vật liệu cơ khí”. Giáo trình được biên soạn theo chương trình khung
Quốc gia nghề Hàn, trình độ Cao đẳng nghề. Nội dung của giáo trình nhằm trang bị
những kiến thức cơ bản về vật liệu của ngành Cơ khí cho học sinh hệ công nhân
lành nghề và kỹ thuật viên trung cấp. Đồng thời, đây còn là tài liệu phục vụ cho việc
bổ túc nâng bậc cho công nhân ở nhà máy, xí nghiệp. Nội dung gồm hai phần.
Phần thứ nhất: Vật liệu kim loại và nhiệt luyện gồm: những tính chất chung
của kim loại, gang, thép, kim loại màu và hợp kim màu, sự biến đổi tính chất của
kim loại khi nhiệt luyện và các phương pháp nhiệt luyện.
Phần thứ hai: Vật liệu phi kim loại gồm các tính chất và công dụng của
những vật liệu phi kim loại thường dùng trong ngành chế tạo cơ khí như, chất dẻo,
gỗ, vật liệu compozit.
Trong q trình biên soạn, tổ mơn đã tham khảo nhiều tài liệu vật liệu cơ khí
của các trường dạy nghề, giáo trình của trường đại học Bách khoa Hà Nội và nhiều
tài liệu khác Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song khơng tránh khỏi những thiếu sót.
Rất mong được đồng nghiệp và bạn đọc góp ý kiến để tập tài liệu này ngày càng
hoàn chỉnh hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

2


MỤC LỤC
Trang
LỜI GIỚI THIỆU.................................................................................................................2
MỤC LỤC............................................................................................................................ 3
Tên môn học : Vật Liệu Cơ Khí .......................................................................................... 6
Mã số của mơn học: MH 10 .................................................................................................6

Vị trí, tính chất, vai trị và ý nghĩa môn học ........................................................................6
Mục tiêu môn học ................................................................................................................6
Nội dung môn học ................................................................................................................6
Chương 1. Lý thuyết về hợp kim ......................................................................................... 7
Mã chương: MH 10.01 .........................................................................................................7
1. Khái niệm về hợp kim ......................................................................................................7
1.1. Định nghĩa hợp kim ...................................................................................................7
1.2. Đặc tính hợp kim. ......................................................................................................7
1.3. Ưu và nhược điểm của hợp kim ................................................................................8
2. Cấu trúc tinh thể của hợp kim .......................................................................................... 8
2.1. Các dạng cấu tạo của hợp kim ...................................................................................8
2.2. Giản đồ pha của hợp kim ........................................................................................... 8
2.3. Dung dịch rắn ..........................................................................................................10
Chương 2: GANG ..............................................................................................................12
Mã chương: MH 10.02 .......................................................................................................12
1. Khái niệm về gang .........................................................................................................12
1.1. Khái niệm chung......................................................................................................12
1.2. Tổ chức tế vi ............................................................................................................12
1.3. Cơ tính và cơng nghệ ............................................................................................... 12
2. Công dụng ...................................................................................................................... 13
3. Các loại gang thường dùng: ........................................................................................... 13
3.1. Gang xám.................................................................................................................13
3.2. Gang biến tính..........................................................................................................14
3.3. Gang trắng ...............................................................................................................15
3.4. Gang dẻo ..................................................................................................................15
3.5. Gang cầu ..................................................................................................................16
3.6. Gang hợp kim. .........................................................................................................17
Chương 3. Thép .................................................................................................................18
Mã chương: MH 10.03 .......................................................................................................18
1. Thép các bon ..................................................................................................................18

3


1.1. Khái niệm chung......................................................................................................18
1.2. Thành phần của thép các bon ..................................................................................18
1.3. Ký hiệu .................................................................................................................... 18
1.4. Công dụng ...............................................................................................................19
1.5. Ảnh hướng của các nguyên tố đến tính chất của thép .............................................19
2. Thép hợp kim .................................................................................................................21
2.1. Khái niệm ................................................................................................................21
2.2. Đặc tính của thép hợp kim ....................................................................................... 21
2.3. Tác dụng của nguyên tố hợp kim đến tính chất của thép ........................................22
2.4. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến quá trình luyện nhiệt .......................... 22
2.5. Các dạng hỏng của thép hợp kim ............................................................................24
Chương 4. Kim loại và hợp kim màu ................................................................................26
Mã chương MH 10.04 ........................................................................................................26
1. Nhôm và hợp kim nhôm ................................................................................................ 26
1.1. Khái niệm nhôm nguyên chất ..................................................................................26
1.2. Phân loại hợp kim nhôm .......................................................................................... 26
1.3. Hợp kim nhôm biến dạng ........................................................................................ 27
1.4. Hợp kim nhôm đúc ..................................................................................................27
2. Đồng và hợp kim đồng...................................................................................................27
2.1. Đồng nguyên chất. ...................................................................................................27
2.2. Phân loại hợp kim đồng ........................................................................................... 28
3. Hợp kim làm ổ trượt. .....................................................................................................29
3.1. Yêu cầu đối với hợp kim làm ổ Trượt. ...................................................................29
3.2. Hợp kim làm ổ trượt có độ nóng chảy thấp ............................................................. 30
3.3. Hợp kim làm ổ trượt có độ nóng chảy cao .............................................................. 30
Chương 5: Nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện ........................................................................31
Mã chương: MH 10.05 .......................................................................................................31

1. Nhiệt Luyện.................................................................................................................... 31
1.1. Khái niệm về nhiệt luyện ......................................................................................... 31
1.2. Phân loại nhiệt luyện................................................................................................ 32
1.3. Tác dụng của nhiệt luyện đối với ngành cơ khí ....................................................... 39
1.4. Các tổ chức đạt được khi nung nóng và làm nguội thép .........................................39
1.5. Các dạng hỏng xảy ra khi nhiệt luyện thép. ............................................................ 42
2. Hóa nhiệt luyện. .............................................................................................................42
2.1. Định nghĩa. ..............................................................................................................42
2.2. Mục đích. .................................................................................................................43
4


2.3. Phân loại. .................................................................................................................43
2.4. Thấm Các bon..........................................................................................................43
2.5. Thấm Các bon-nitơ (thấm xianua). .........................................................................44
2.6. Các phương pháp hóa nhiệt luyện khác(Thấm nito) ...............................................45
Chương 6. Vật liệu phi kim loại ........................................................................................ 46
Mã chương: MH 10.06 .......................................................................................................46
1. Polyme, Cao su, Chất dẻo. ............................................................................................. 46
1.1. Polyme. .................................................................................................................... 46
1.2. Chất dẻo. ..................................................................................................................47
1.3. Cao su. ..................................................................................................................... 48
2. Dầu mỡ bôi trơn .............................................................................................................49
2.1. Dầu bôi trơn. ............................................................................................................49
2.2. Mỡ bôi trơn. .............................................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................54

5

CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC
Tên mơn học : Vật Liệu Cơ Khí
Mã số của mơn học: MH 10
Vị trí, tính chất, vai trị và ý nghĩa mơn học
Vật liệu cơ khí là mơn học kỹ thuật cơ sở trong chương trình đào tạo trung
cấp nghề và cao đẳng nghề ngành cơ khí, Mơn học được bố trí sau khi học sinh học
xong các môn học chung, trước các môn học/ mô đun đào tạo chuyên môn nghề
Môn học này cung cấp cho học sinh những kiến thức cơ bản về các loại vật
liệu thường dùng trong ngành cơ khí. Tạo điều kiện cho học sinh tiếp thu tốt các
môn kỹ thuật chuyên ngành và thực tập nghề, đồng thời giúp cho người cơng nhân
kỹ thuật sử dụng vật liệu có hiệu quả trong thực tiễn sản xuất sau này.
Mục tiêu môn học
- Về kiến thức:
+ Trình bày đầy đủ các ký hiệu và thành phần hoá học của các loại vật liệu:
Thép các bon, thép hợp kim, gang, kim loại và hợp kim màu.
+ Giải thích đúng các ký hiệu vật liệu ghi trên bản vẽ chi tiết.
+ Lựa chọn đúng phương pháp và khoảng nhiệt độ nhiệt luyện cho các loại
vật liệu khác nhau
- Về kỹ năng:.
+ Lựa chọn và sử dụng được các thiết bị để đo cơ tính vật liệu.
+ Chọn đúng vật liệu cho kết cấu khi biết yêu cầu sử dụng chúng trong thực tế.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Làm việc độc lập hoặc làm việc theo nhóm, giải quyết cơng việc phức
tạpviệc liên quan đến vật liệu cơ khí trong điều kiện làm việc thay đổi.
+ Hướng dẫn, giám sát những người khác giải thích ký hiệu, chọn phương
pháp nhiệt luyên, do cơ tính vật liệu, chọn vật liêu cho kết cấu; chịu trách nhiệm cá
nhân và trách nhiệm đối với nhóm.
+ Đánh giá giải thích ký hiệu, chọn phương pháp nhiệt luyên, do cơ tính vật
liệu, chọn vật liêu cho kết cấu của các thành viên trong nhóm.
Nội dung mơn học

6


Chương 1. Lý thuyết về hợp kim
Mã chương: MH 10.01
Giới thiệu
Trong thực tế, đặc biệt trong cơ khí và xây dựng, người ta không dùng thuần
kim loại nguyên chất, nguyên tố hóa học và hợp chất hóa học mà thường là tổ hợp
các chất cơ bản trên. Tính chất của vật rắn (vật liệu) phụ thuộc chủ yếu vào các
cách sắp xếp của các phần tử cấu thành và lực liên kết giữa chúng. Trong chương
này các khái niệm cơ bản sẽ được đề cập lại: cấu tạo nguyên tử, các dạng liên kết
và cấu trúc tinh thể, không tinh thể (vơ định hình) của vật rắn.
Mục tiêu
- Giải thích được các khái niệm về hợp kim
- Trình bày được cấu trúc mạng tinh thể của các loại hợp kim khác nhau.
- Rèn luyện tính tự giác, ý thức trong khi tham gia học tập.
Nội dung
1. Khái niệm về hợp kim
1.1. Định nghĩa hợp kim
Hợp kim là vật thể của nhiều nguyên tố và mang tính kim loại(đãn điện, dẫn
nhiệt cao, dẻo, dễ biến dạng, có ánh kim…)
Nguyên tố chủ yếu trong hợp kim là nguyên tố kim loại, hợp kim có thẻ tạo nên
giữa các nguyên tố kim loại với nhau, hay giữ nguyên tố kim loại với phi kim loại.
Ví dụ: Thép các bon là hợp kim của nguyên tố kim loại và phi kim loại (Fe +C)
La tông là hợp kim của hai nguyên tố kim loại (Cu+Zn)
Thành phần nguyên tố trong hợp kim được biểu thị theo % khối lượng mỗi
nguyên tố. Tổng các thành phần trong hợp kim luon luôn bằng 100%. Đôi khi
người ta cịn dùng tỉ lệ % ngun tử
Dù hợp kim hình thành trên cơ sở hai hoặc nhiều nguyên tố thì ngun tố kim loại

vẫn là chính. Nếu có hai ngun tố với nhau ta có hợp kim đơn giản. Nếu có nhiều
nguyên tố ta có hợp kim phức tạp.

1.2. Đặc tính hợp kim.
Các kim loại nguyên chất thể hiện lên ưu việt rõ nhất trong dẫn điện, dẫn
nhiệt vì chúng có các chỉ tiêu này cao nhất (vì vậy các dây dẫn điện được làm bằng
đồng, nhôm nguyên chất). Tuy vậy trong chế tạo cơ khí, thiết bị đồ dùng… các vật
liệu đem dùng thường là hợp kim vì nó có các đặc tính phù hợp hơn về sử dụng,
gia cơng và kinh tế.
Các đặc tính cơ bản là:
- Có độ bền và độ dẻo cao: Đây là đặc tính rất quan trọng của hợp kim để chịu
tải trọng cao khi làm việc, đồng thời hợp kim cũng không được giòn dẫn đến bị
phá huỷ.
7


- Các kim loại nguyên chất nói chung rất dẻo (dễ rát mỏng, kéo sợi…) song
độ bền, tính chống mài mòn, độ cứng kém xa hợp kim từ vài ba đến hàng chục lần.
- Tính cơng nghệ đa dạng và thích hợp: Để tạo thành bán thành phẩm và sản
phẩm, vật liệu phải có khả năng chế biến thích hợp được gọi là tính cơng nghệ.
Kim loại ngun chất tuy dễ biến dạng dẻo nhưng khó cắt gọt, đúc, khơng hố bền
được bằng nhiệt luyện. Hợp kim trái lại có tính cơng nghệ rất đa dạng như: Dễ cắt
gọt, đúc, nhiệt luyện… Phù hợp với nhiều điều kiện công nghệ khác nhau.
- Tính kinh tế cao: Trong nhiều trường hợp luyện hợp kim đơn giản và rẻ hơn
so với luyện kim loại ngun chất do khơng phải chi phí để khử nhiều nguyên tố
lẫn vào. Ví dụ như: Luyện hợp kim Fe – C (thép và gang) đơn giản hơn so với
luyện sắt nguyên chất. Pha Zn vào kim loại chủ Cu ta được đồng Latông vừa bền
lại vừa rẻ (do Zn rẻ hơn Cu nhiều).
1.3. Ưu và nhược điểm của hợp kim
Hợp kim được sử dụng rộng dãi trong chế tạo cơ khí vì nó có đặc tính ưu việt

hơn hẳn kim loại nguyên chất và giá thành hạ
Hợp kim có cơ tính tổng hợp tốt hơn kim loại nguyên chất: có độ bền cao hơn
nhiều so với kim loại nguyên chất, độ dẻo thấp hơn nhưng cơ tính chung của nó
đảm bảo thoat mãn đầy đủ các yêu cầu của chế tạo cơ khí
Hợp kim có tính cong nghệ đa dạng và phù hợp: Đảm bảo gia công cắt gọt,
biến dạng dẻo, có độ thấm tơi lớn… một số hợp kim đặc biệt có tính chất rát q
như khơng bị hoen rỉ, có điện trở lớn, giãn nở đặc biệt, chống mài mòn lớn, chịu
nhiệt độ cao… mà kim loại ngun chất khơng thể có được.
Hợp kim dễ chế tạo, đơn giản, rẻ tiền: luyện thép có nhiệt độ chảy thấp hơn
luyện sắt, la tông bền và rẻ hơn đồng….
Độ bền cao hơn, cho phép chế tạo các chi tiết chịu tải nặng
Tính cơng nghệ đa dạng: cắt gọt, gia công áp lực, đúc, nhiệt luyện…
Trong nhiều trường hợp, nấu hợp kim dễ hơn nấu kim loại nguyên chất
2. Cấu trúc tinh thể của hợp kim
2.1. Các dạng cấu tạo của hợp kim
Hợp kim có cấu tạo một pha là dung dịch rắn
Hợp kim có cấu tạo một pha là hợp chất hóa học(hay pha trung gian)
Hợp kim có cấu tạo bởi hai hay nhiều pha
2.2. Giản đồ pha của hợp kim
2.2.1. Định nghĩa: Giản đồ pha là giản đồ biểu thị sự biến đổi tổ chức pha
theo nhiệt độ và thành phần của hệ ở trạng thái cân bằng
2.2.2. Quy tắc pha và công dụng

8


Trạng thái cân bằng của hệ được xác định bởi các yếu tố bên trong(thành
phần hóa học) và các yếu tố bên ngoài (nhiệt độ và áp suất). Tuy nhiên các yếu tố
này phụ thuộc lẫn nhau. Bậc tự do là số lượng các yếu tố độc lập có thể thay đổi
được trong phạm vi nhất định mà không làn thay đổi số pha của nó (ký hiệu F –

freedom)
Quy tắc pha xác định mối quan hệ giữa số pha P (phase), bậc tự do F và số
cấu tủ C (component) ta có:
F=C-P+2
Nhưng do việc nghiên cứu vật liệu tiến hành trong khí quyển, có áp suất khơng
đổi nên số yếu tố bên ngồi chỉ cịn là một nhiệt độ. Vì vậy cơng thức của nó là:
F = C – P +1
Cần chú ý rằng bậc tự do là những số nguyên và không âm và số pha cực đại
của 1 hệ chỉ có thể lớn hơn số cấu tủ của nó 1 đơn vị (Pmax = C +1), nó giúp cho
việc xác định số pha của một hệ hợp kim dễ dàng. Ví dụ
- Khi F = 1 tức là chỉ có một yếu tố có thể thay đổi được ( nhiệt độ hay thành
phần), lúc này số pha bằng số cấu tủ
- Khi F =2 có hai yếu tố thay đổi được cùng một lúc, số pha bằng số cấu tủ trừ đi 1
2.2.3. Cấu tạo của giản đồ pha và công dụng
2.2.3.1. Cấu tạo của giản đồ pha
Giản đồ pha của một hệ hợp kim (còn gọi là giản đồ trạng thái, cân bằng) biểu
thị mối quan hệ giữa nhiệt độ, thành phần và số lượng pha ở trạng thái cân bằng.
Các hệ hợp kim khác nhau có giản đồ pha khác nhau. Giản đồ pha được xây dựng
bằng thực nghiệm.
a. Giản đồ pha 1 cấu tử
Hệ một cấu tử khơng có sự biến đổi về thành phần hóa học nên chỉ có một
trục, trên đó người ta ghi các nhiệt độ nóng chảy, hiệt độ chuyển biến pha
b. Giản đồ pha hai cấu tử
giản đồ pha của hệ hai cấu tử gồm hai trục, trục tung biểu diễn nhiệt độ, trục
hồnh biểu diễn thành phần hóa học ( thường theo % khối lượng) trong hệ trục đó
người ta vẽ các đường phân chia giản đồ thành các khu vực có tổ chức và pha
giống nhau
Các điểm trên đường nằm ngang biểu thị cho các hợp kim có thành phần khác
nhau nhưng ở cùng một nhiệt độ. Đi từ trái qua phải tỷ lệ cấu tử B tăng dần lên,
cấu tử A giảm đi và ngược lại

Các điểm nằm trên đường thẳng đứng biểu thị cho 1 hợp kim có thành phần
xác định nhưng ở nhiệt độ khác nhau

9


Nếu hợp kim có hai pha thì điểm biểu diễn của chúng phải nằm về hai phái
đối diện với điểm biểu diễn hợp kim

Hình 1.1. Giản đồ pha của sắt
Hình 1.2. Hệ trục của giản đồ pha hai cấu tử
2.2.3.2. Công dụng của giản đồ pha
Giản đồ pha cảu hợp kim hai cấu tử có cơng dụng rất lớn trong thực tế. Từ
giản đồ pha có thể xác định được:
Cấu tạo pha của hệ hợp kim tại các nhiệt độ và thành phần khác nhau, từ cấu
tạo pha có thể suy đốn tính chất của từng hợp kim cụ thể
Thành phần và tỷ lệ các pha của các hợp kim bằng quy tắc đòn bẩy: Từ ba
điểm biểu diễn hợp kim (thành phần và hai pha) tạo ra hai đoạn thằng mà độ dài
của mỗi đoạn biểu thị tỷ lệ của pha đối diện trong hợp kim. Cụ thể như sau:

Nhiệt độ chảy, nhiệt độ chuyển biến pha của các hợp kim, từ đó xác định
được nhiệt độ rèn, cán , đúc…
Các chuyển biến pha, dự đoán được các tổ chức tạo thành ở trạng thái không
cân bằng…
2.3. Dung dịch rắn
a. Khái niệm: Dung dịch rắn là pha tinh thể (có thành phần thay đổi) trong đó
các nguyên tử của nguyên tố thứ nhất A vẫn được giữ nguyên kiểu mạng khi
nguyên tố thứ hai B được phân bố vào mạng của A thay thế hoặc xen kẽ.
Trong đó - A là nguyên tố dung môi
- B là nguyên tố hoà tan

- Ký hiệu: A(B)
b. Phân loại dung dịch rắn
* Dung dịch rắn thay thế: là nguyên tử của nguyên tố hoà tan b thay thế cho
các nguyên tố dung mơi A ở chính các nút mạng của A( hình 1.6a) theo độ hoà tan
lại chia ra:
10


- Dung dịch rắn hồ tan vơ hạn: khi chất hồ tan B có thể hồ tan vào dung
mơi A với tỷ lệ bất kỳ
- Dung dịch rắn hoà tan có hạn: nếu lượng hồ tan của b trong a không thể
vượt quá giá trị nhất định, nghĩa là sự thay thế chỉ xảy ra ở một tỷ lệ nào đó.
* Dung dịch rắn xen kẽ: các nguyên tử của nguyên tố hoà tan B nằm ở các lỗ
hổng trong mạng tinh thể của nguyên tố dung môi A ( hình 1.6b)
c. Các đặc tính của dung dịch rắn:
Có liên kết kim loại như kim loại nguyên chất. vì vậy, dung dịch rắn vẫn có
tính dẻo tốt, tuy khơng cao bằng kim loại ngun chất làm dung mơi.
Thành phần hố học thay đổi trong phạm vi nhất định mà không làm thay đổi
kiểu mạng của chất dung môi.
Mạng tinh thể của dung dịch ln bị xơ lệch, cịn lại thơng số mạng khác với
thông số mạng của dung môi.

a- Dung dịch rắn thay thế
b- Dung dịch rắn xen kẽ
Hình 1. Dung dịch rắn

11


Chương 2: GANG

Mã chương: MH 10.02
Giới thiệu
Hiện nay kim loại sắt và hợp kim của sắt là (gang , thép) được dùng rộng rãi
trong các ngành kinh tế và đang đóng vai trị quan trọng trong sự tiến hóa của xã
hội loài người. Gang là vật liệu chủ yếu của cơng nghiệp cơ khí và các phương tiện
giao thơng vận tải, một khối lượng thép khá lớn được sử dụng trong xây dựng. Sở
dĩ gang được sử dụng rộng rãi để chế tạo máy và công cụ là do chúng có nhiều cơ
tính tốt đảm bảo được các u cầu đề ra. Để sử dụng gang trong cơng nghiệp cơ
khí một cách hợp lý nhất, những người làm công tác cơ khí cần phải có những kiến
thức nhất định về gang. Chương Gang sẽ giới thiệu đến độc giả về thành phần hóa
học, tính chất , ký hiệu, cơng dụng của gang.
Mục tiêu
Trình bày khái niệm về gang , cách phân loại gang và các yếu tố ảnh hưởng
đến tính chất của gang ;
Phân biệt được gang qua các ký hiệu;
Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì cẩn thận, nghiêm túc chủ động và tích cực
sáng tạo trong học tập.
1. Khái niệm về gang
1.1. Khái niệm chung
Gang là hợp kim của sắt và các bon với lượng c= ( 2,14  6,67)%. ngồi
ra cịn có một số tạp chất như: Mn, Si, p, s.
Thành phần hoá học
+ C = ( 2,14  6,67)% thường dùng gang có c = (34)%
+ Si = (14,25)%
+ Mn = (22,5)% trong gang trắng, Mn < 1,3% trong gang xám
+P = (0,10,2)%
+ S 0,15%
1.2. Tổ chức tế vi
+ Cacbon ở trạng thái liên kết hợp chất hóa học( Fe3C ) thường gặp trong
gang trắng.

+ Cacbon ở trạng thái tự do( graphit) với các dạng tấm, phiến, cụm bông, cầu
thường gặp trong gang xám, gang dẻo, gang cầu.
1.3. Cơ tính và cơng nghệ
a. Cơ tính
+ Nhìn chung gang là loại vật liệu có độ bền kéo thấp,độ dòn cao.
+ Trong gang xám, gang dẻo, gang cầu, tổ chức graphit tồn tại như những lỗ
12


hổng có sẵn trong gang, là nơi tập trung ứng suất lớn làm gang kém bền.
Tuy nhiên, graphit có ảnh hưởng tốt đến cơ tính như: tăng khả năng chống
mài mịn do ma sát ( vì bản thân graphit có tính bơi trơn, thêm vào đó có ``lỗ
hổng”, graphit là nơi chứa dầu bôi trơn) làm tắt rung động và dao động cộng
hưởng.
b.Tính cơng nghệ:
+ Tính đúc tốt( có nhiệt độ nóng chảy thấp và tính chảy lỗng cao)
+ Tính gia cơng cắt gọt tốt, vì độ cứng tốt, phoi dễ gẫy vụn
+ Khơng rèn được.
2. Cơng dụng
Nói chung, gang có tính tổng hợp khơng cao như thép,nhưng có tính đúc tốt,
dễ cắt gọt, chế tạo đơn giản hơn và rẻ. vì vậy, các loại gang có graphit dùng rất
nhiều trong chế tạo cơ khí, dùng để chế tạo các loại chi tiết chịu tải trọng tĩnh và ít
chịu va đập như: bệ máy, vỏ.....
3. Các loại gang thường dùng:
3.1. Gang xám
3.1.1. Thành phần và tổ chức C:
Thành phần: c = ( 2,8  3,2)%, ngồi ra cịn có Mn = (0,5  0,8)%;
Si = (0,5 3)% p = (0,15 0,4)% ; s = (0,12 0,2)%
Tổ chức tế vi: gang xám là loại gang mà phần lớn cacbon nằm ở dạng tự do(
gọi là graphit). graphít trong gang xám có dạng tấm ( hay phiến) cong tự nhiên.

Phân loại: tuỳ theo mức độ tạo thành graphit mạnh hay yếu, gang xám được
chia ra các tổ chức sau:
+ Gang xám ferit: có mức độ tạo thành graphít mạnh nhất. tất cả cacbon đều ở
dạng tự do, khơng có xêmentit. gang chỉ có 2 pha: graphit và nền kim loại là ferit
+ Gang xám ferit-peclit: có mức độ tạo thành graphit mạnh, lượng cacbon
liên kết ( Fe3 C ) chỉ khoảng 0,1 0,6% tạo ra nền kim loại Ferit - peclit.
+ Gang xám peclit: có mức độ tạo thành graphit bình thường, lượng Fe3C
khoảng 0,6  0,8 %, tạo nên nền kim loại peclit.

Hình 2.1
3.1.2. Tính chất
13


a. Lý tính:
- Do graphit có màu xám nên mặt gẫy của gang có màu xám.
- Dẫn nhiệt, dẫn điện kém hơn so với thép
- Nhiệt độ nóng chảy thấp
b. Cơ tính:
- Do graphít có độ cứng, độ bền thấp hơn xêmentit nên gang xám có độ cứng,
độ bền thấp hơn gang trắng nhiều. ( 150  250hb,  k = 150  400 n/mm2 )
- Độ dẻo, độ bền thấp hơn thép, độ bền nén gần bằng
- Không chịu biến dạng và va đập

c. Tính cơng nghệ:
- Biến dạng kém, tính cắt gọt cao, cho phoi vụn.
- Tính đúc tốt hơn thép
- Có khả năng khử cộng hưởng và tự bơi trơn tốt( hệ số ma sát nhỏ)
d. Tính kinh tế: chế tạo gang xám đơn giản hơn so với thép.
3.1.3.Phạm vi sử dụng

Dùng để chế tạo các sản phẩm đúc có đặc điểm: kích thước sản phẩm lớn, kết
cấu phức tạp, các chi tiết không chịu va đập khi làm việc mà chịu nén là chủ yếu,
cần giảm rung động khi làm việc và có khả năng tự bơi trơn.
Ví dụ: thân máy, bệ máy, các ổ trượt, bánh răng chịu tải trọng nhỏ….
3.1.4. Ký hiệu
Theo tiêu chuẩn nga: CЧ với 2 số chỉ giới hạn bền kéo và giới hạn bền uốn,
đơn vị: KG/mm2
ví dụ: CЧ 24-14 là gang xám có k =240n/mm2 , u = 440n/mm2
thường dùng các loại gang xám: CЧ 12-28, CЧ 15-32, CЧ 21-40, CЧ 24-44 .
Theo tiêu chuẩn việt nam: GXvà 2 số giống như của nga.
3.2. Gang biến tính
3.2.1. Thành phần và tổ chức C
Thực chất gang biến tính là gang xám có tấm graphit thu nhỏ nhờ có thêm
chất biến tính vào thành phần của gang trước khi kết tinh nên thành phần, tổ chức
tương tự như gang xám.
3.2.2. Tính chất và cơng dụng
Có độ bền cao hơn gang xám
Để chế tạo các chi tiết quan trọng như: mâm cặp máy tiện, băng trượt của
máy…
3.2.3. Ký hiệu
Tương tự như gang xám và có thêm chữ M trước chữ CЧ ví dụ: MCЧ 28-48,
MCЧ 32-52.
14


3.3. Gang trắng
3.3.1. Thành phần tổ chức C
- Thành phần: c = (3,54,3)%
Tổ chức C: tồn tại ở dạng Fe3C , pha này chiếm tỷ lệ rất lớn ( 50% trong tổ chức
của gang)

3.3.2. Tính chất
a. Lý tính: trên bề mặt gẫy của gang có màu sáng trắng do cacbon ở trạng
thái hợp chất hóa học Fe3C . do đó gọi là gang trắng.
b. Cơ tính
+ Do C ở dạng Fe3C nên gang rất cứng ( 650  700) hb và dịn. do đó
khơng thể gia cơng cắt gọt, khơng thể dùng gang thuần trắng để làm các chi tiết
máy có độ chính xác cao.
+ Độ dẻo, độ bền thấp
+ Có khả năng chịu mài mịn tốt
c. Tính kinh tế: phương pháp chế tạo gang trắng đơn giản, giá thành rẻ.
3.3.3. Cơng dụng
- Do gang trắng rất cứng và có tính chống mài mịn tốt nên được dùng làm
các chi tiết yêu cầu độ cứng cao ở bề mặt làm việc trong điều kiện chịu mài mòn
như: bi nghiền, bề mặt trục cán, mép lưỡi cày, bề mặt vành bánh xe lu... ( cần chú
ý là khơng làm tồn bộ chi tiết bằng gang trắng, vì như vậy dễ bị gãy, vỡ và chỉ
tạo cho lớp bề mặt là gang trắng, còn lõi vẫn là gang graphit. muốn bề mặt bị biến
trắng người ta làm nguội nhanh bề mặt đúc)
- Phần lớn gang trắng được dùng để sản xuất thép, một phần dùng để ủ thành
gang dẻo.
3.4. Gang dẻo
3.4.1. Thành phần và tổ chức C
- Thành phần: c = ( 2,2  2,8)%; si = ( 0,8  1,4)%; Mn  1,0%; s  0,1%;
p =0,2%
- Tổ chức tế vi ở dạng cụm bông
- Chế tạo gang dẻo: ủ gang trắng thành gang dẻo
3.4.2. Tính chất:
Do graphit tập trung đều, gọn hơn nên gang dẻo có độ dẻo cao và bền hơn
gang xám (  k = 300 600n/ m m2 ;  = 510%)
3.4.2. Phạm vi sử dụng

Gang dẻo có cơ tính tổng hợp tốt hơn gang xám nhưng đắt do quá trình nấu
luyện chế tạo lâu, tốn nhiệt và thời gian ủ nên gang dẻo chủ yếu được dùng làm
chi tiết máy đồng thời thoả mãn các yêu cầu sau:
15


- Hình dạng phức tạp; Tiết diện(thành) mỏng; Chịu va đập.

3.4.3. Ký hiệu
Theo tiêu chuẩn nga: KЧ với 2 số chỉ giới hạn bền kéo (đơn vị là KG/ m m2
) và độ giãn dài tương đối ( đơn vị là %)
k
ví dụ: KЧ 33-8 là gang dẻo
có:  = 330N/ m m2 ;  = 8%
Theo TCVN: GZ và 2 số giống như tiêu chuẩn nga
- Các loại gang dẻo thường dùng: KЧ 30-6, KЧ 33-8, KЧ 37-12, KЧ 45-12,

Hình 2-2: Gang
dẻo

3.5. Gang cầu
3.5.1. Thành phần và tổ chức C:
- Thành phần: c = (3,2  3,6)%; Mn = ( 0,5  1,0)%; si  ( 2,0  3,0)%;
s  0,35%; p  0,15%
- Tổ chức tế vi: graphit thu nhỏ, hình cầu do có chất biến tính Mg hoặc Ce(
xêri)

Hình 2.3. Gang cầu
3.5.2. Tính chất
Có độ dẻo dai và cấu trúc bền chặt vì nền kim loại ít bị chia cắt ( graphit hình

cầu dạng thu gọn nhất)
Có cơ tính tổng hợp cao gần như thép c
16


Gang cầu vừa có tính chất của gang, vừa có tính chất của thép.
Các chi tiết máy làm bằng gang cầu có thể làm việc và bền vững ở
t=4000 C (gang xám ở t0 < 2000 C).
3.5.3. Phạm vi sử dụng:
Để chế tạo các chi tiết máy quan trọng thay cho thép như: trục cán, thân
tuốcbin, trục khuỷu và các chi tiết quan trọng khác.
3.5.4. Ký hiệu:
Theo tiêu chuẩn nga: BЧ 38-17 là gang cầu có:  k = 380n/mm ;  = 17%
TheoTCVN: GC và 2 số tương tự như tiêu chuẩn nga, các loại gang cầu
thường dùng: BЧ 38-17, BЧ 42-12, BЧ 45-5, BЧ 50-2, BЧ 60-2, BЧ 70-3,
BЧ 80-3
3.6. Gang hợp kim.
Gang hợp kim là gang mà ngồi sắt và các bon ra cịn có thêm các nguyên tố
khác đưcọ cố ý đưa vào để nâng cao các tính chất của chúng (chủ yếu là cơ tính)
như Cr, Mn, Ni, Cu… trong đó Cr làm tăng mạnh độ thấm tôi, MN và Ni làm tăng
độ bền, Cu nâng cao tác dụng chống ăn mòn… Gang hợp kim có cơ sở là gang
xám, dẻo, cầu.

17


Chương 3. Thép
Mã chương: MH 10.03
Giới thiệu
Hiện nay thép được dùng rộng rãi trong các ngành kinh tế và đang đóng vai

trị quan trọng trong sự tiến hóa của xã hội lồi người. Thép là vật liệu chủ yếu của
cơng nghiệp cơ khí và các phương tiện giao thơng vận tải, một khối lượng thép khá
lớn được sử dụng trong xây dựng. Sở dĩ thép và gang được sử dụng rộng rãi để chế
tạo máy và công cụ là do chúng có nhiều cơ tính tốt đảm bảo được các yêu cầu đề
ra. Để sử dụng thép và gang trong cơng nghiệp cơ khí một cách hợp lý nhất, những
người làm cơng tác cơ khí cần phải có những kiến thức nhất định về thép và gang.
Chương Thép sẽ giới thiệu đến độc giả về thành phần hóa học, tính chất , ký hiệu,
công dụng của thép cacbon, thép hợp kim và gang.
Mục tiêu
- Trình bày khái niệm về thép, cách phân loại thép và các yếu tố ảnh hưởng
đến tính chất của thép;
- Phân biệt được thép qua các ký hiệu;
- Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì cẩn thận, nghiêm túc chủ động và tích cực
sáng tạo trong học tập.
Nội dung
1. Thép các bon
1.1. Khái niệm chung
Thép là hợp kim của sắt và cacbon với hàm lượng C ≤ 2,14%, ngồi ra cịn có
một số tạp chất khác như: Mn < 0,8%, Si < 0,5%, P < 0,05%, S  0,05%
1.2. Thành phần của thép các bon
Thép cacbon là hợp kim của Fe - C, Trong đó C < 2,14% ngồi ra cịn có
một số tạp chất khác như: Mn, Si, P, S.
1.3. Ký hiệu
1.3.1. Thép các bon chất lượng thường
Là loại thép chủ yếu dùng trong xây dựng, được cung cấp qua cán nóng
khơng nhiệt luyện, dưới dạng bán thành phẩm: ống, thanh, tấm, thép hình,
sợi…theo tiêu chuẩn việt nam TCVN 1765-75, được ký hiệu bằng chữ CT( C- các
bon, T – Thép chất lượng thường) nếu cuối mác thép khơng ghi gì cả là thép lặng,
nếu có s là thép sơi, n là thép nửa lặng, chúng được chia làm 3 nhóm:
- Phân nhóm A: là thép quy định về cơ tính, khơng quy định về thành phần

hóa học, gồm các mác CT31, 33,34,38,42,51,61…
- Phân nhóm B: là loại thép chỉ được quy định về thành phần hóa học mà
khơng quy định về cơ tính. Ký hiệu của phân nhóm này tương tự như phân nhóm
18


A, chỉ khác là thêm chữ B ở đầu mác. Ví dụ BCT31, BTC33, BCT61.
- Phân nhóm C: gồm các thép được quy định cả về cơ tính và thành phần hóa
học, ký hiệu tương tự như phân nhóm A, chỉ khác có thêm chữ C ở đầu mác. Ví dụ
CCT31, CCT33…..CCT61. Để tìm các chỉ tiêu của thép phân nhóm ta dựa vào hai
phân nhóm trên. Chẳng hạn với mác thép CCT38, khi tìm thành phần hóa học ta tra
bảng theo mác BCT38, cơ tính theo mác CT38.
1.3.2. Thép kết cấu
Được ký hiệu bằng chữ C và các chữ số tiếp theo chỉ lượng các bon trung
bình trong thép theo phần vạn, ví dụ C05, C10, C15…Nếu cuối mác thép có chữ A
là chất lượng thép cao hơn (P,S  0,030%)
1.3.3. Thép dụng cụ
Theo TCVN 1822 – 75 quy định ký hiệu bằng chữ CD (C – các bon, D - dụng
cụ) và các chữ số tiếp theo chỉ lượng các bon trung bình trong thép theo phần vạn.
nếu cuối mác thép có thêm chữ A có nghĩa là chất lượng cao hơn. Ví dụ CD70,
CD80….CD130( CD70A, CD80A, CD130A)
1.4. Cơng dụng
- Thép kết cấu: vì có độ bền, đọ dẻo và độ dai bảo đảm nên dùng làm các kết
cấu và chi tiết máy chịu tải, nhóm thép này sử dụng nhiều vì chủng loại sản phẩm
của nó rất lớn
- Thép dụng cụ: là loại thép làm các dụng cụ gia công và biến dạng kim loại
như dụng cụ cắt, khuôn dập, khuôn kéo
1.5. Ảnh hướng của các nguyên tố đến tính chất của thép
1.5.1. Cacbon: C < 2,14%
Cacbon là nguyên tố quan trọng nhất ảnh hưởng lớn tới tổ chức và cơ, lý,

hóa tính của thép.
- Tổ chức
Khi lượng cacbon của thép tăng lên thì lượng xêmentit cũng tăng lên dẫn
đến tổ chức của thép thay đổi.
- Cơ tính
Khi lượng cacbon thay đổi cơ tính của thép thay đổi rất nhiều. Quy luật
chung là, khi thành phần cacbon tăng lên độ bền, độ cứng cũng tăng lên, còn độ
dẻo, độ dai giảm đi. Tuy nhiên độ bền chỉ tăng lên theo cacbon đến giới hạn (0,8
– 1 )% vượt quá giới hạn này độ bền của thép lại giảm đi. Hình 4.1 trình bày
ảnh hưởng của cacbon đến cơ tính của thép.
Có thể giải thích quy luật đó như sau: khi tăng lượng cacbon, số lượng
pha xêmentit cứng, dịn cũng tăng tương ứng, do vậy thép có độ cứng tăng lên,
độ dẻo dai giảm đi. Riêng ảnh hưởng của lượng pha xêmetit đến độ bền có nét hơi
19


khác. Thoạt tiên sự tăng số lượng pha xêmentit với độ cứng cao có tác dụng cản trở
sự trượt của ferit do đó làm tăng giới hạn bền của thép, nhưng khi xêmentit quá
nhiều (khi cacbon > 0,8%) tạo nên xêmetit II ở dạng lưới (liên tục) thì nó lại giảm
độ bền, do lưới xêmentit làm dễ dàng cho sự tạo thành cho sự phát triển vết nứt khi
phá hủy

- Lí, hóa tính:
Khi tăng lượng cacbon thì điện trở và lực khử từ tăng, tính chống ăn mịn
và độ từ thẩm của thép giảm đi.
- Thép có %c khác nhau sẽ có cơ tính khác nhau, và do đó được dùng vào
các mục đích khác nhau.
+ Thép có c  0,25%: tính dẻo dai cao , độ bền thấp, được dùng làm kết cấu
xây dựng, các chi tiết dập.
+ Thép có c = ( 0,3  0,5)%: độ bền, độ cứng, độ dẻo dai khá cao. do đó

thích hợp cho các chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh và va đập.
+ Thép có c = (0,5  0,65)%: độ cứng, độ bền cao và giới hạn đàn hồi cao
nhất, dùng làm các chi tiết yêu cầu độ đàn hồi cao.
+ Thép có c ≥0,7%: độ cứng và tính chống mài mịn cao, do đó thích hợp cho
các loại dụng cụ cắt, dụng cụ đo, khuôn dập.
1.5.2. Mangan: Mn < 0,8%
- Mangan hòa tan vào nền ferit làm tăng độ bền và làm giảm độ giãn dài
của thép.
- Một phần của mangan kết hợp với cacbon tạo thành hợp chất Mn3C có
tính chất giống Fe3C làm tăng độ cứng, tăng tính chống mài mòn.
- Mangan được đưa vào thép dưới dạng fero- mangan để khử ơxy và lưu
huỳnh có hại.
1..5.3. Silic: Si < 0,5%
- Silic hòa tan vào nền ferit làm tăng độ bền, độ cứng của pha này, do đó làm
tăng độ bền, độ cứng và giảm độ giãn dài cho thép.
20


- Silic có tác dụng khử ơxy mạnh hơn so với mangan:
Si + 2FeO → SiO2 + 2Fe
- Silic có khả năng làm tăng tính thấm từ.
1.5.4. Phốtpho: P < 0,05%
- Phốt pho làm cho thép giòn ngay ở nhiệt độ thường (giòn nguội). Phốt pho
hòa tan vào ferit làm xô lệch mạng tinh thể của pha này.
- Phốt pho tăng sẽ cải thiện được tính cắt gọt.
1.5.5. Lưu huỳnh: S < 0,05%
Lưu huỳnh làm cho thép giòn ở nhiệt độ cao (giịn nóng) dẫn đến các cơng
nghệ rèn, cán, kéo, ép, hàn … gặp nhiều khó khăn.
Trong thép chứa nhiều lưu huỳnh tạo thành FeS, nóng chảy ở nhiệt độ
(9850C). Khi rèn, cán thường phải nung thép tới nhiệt độ (1200)0C sẽ chảy làm

yếu sự liên kết giữa các hạt kim loại nên thép dễ bị đứt.
Ngoài ra trong thép cịn có ơxy, nitơ, hiđrơ và một số tạp chất khác làm
giảm độ dẻo, tăng độ giòn.
1.5.6. Ảnh hưởng của các tạp chất khí ơxy, nitơ, hiđrơ:
Các ngun tố này ảnh hưởng xấu đến cơ tính của thép ở chỗ làm giảm độ
dẻo, tăng khuynh hướng phá huỷ dòn.
2. Thép hợp kim
2.1. Khái niệm
Thép hợp kim là loại thép ngoài Fe, c và các tạp chất người ta cố ý đưa vào các
nguyên tố đặc biệt với một lượng nhất định để thay đổi tổ chức và tính chất của thép
Các nguyên tố, hợp kim thường dùng là: cr, Ni, Mn, si, w, v, Mo,Ti...
Mục đích của việc hợp kim hoá thép là:
Nâng cao độ bền cho thép
Nâng cao độ thấm tơi cho thép
Nâng cao tính chịu nhiệt cho thép làm cho thép có khả năng làm việc lâu dài
ở nhiệt độ cao.
Tạo cho thép một số tính chất đăc biệt như: tính giãn nở đặc biệt tính khơng dỉ
2.2. Đặc tính của thép hợp kim
Cơ tính: có độ bền cao hơn hẳn thép cacbon. điều này thể hiện đặc biệt rõ sau
khi nhiệt luyện, tơi và ram.
Về tính chịu nhiệt độ cao: Thép hợp kim giữ được cơ tính cao của trạng thái
tơi ở nhiệt độ cao hơn 2000C. Muốn đạt được điều này thì thép phải được hợp kim
hóa bởi một số nguyên tố với hàm lượng tương đối cao.
Tính chất hóa học và tính chất vật lý: ít bị han rỉ và bị ăn mịn trong khơng
khí, trong các mơi trường axít, bazơ, muối. đặc biệt thép hợp kim có một số tính
chất mà thép C khơng có như: từ tính, giãn nở nhiệt, điện trở cao...
21


2.3. Tác dụng của nguyên tố hợp kim đến tính chất của thép

a. Ảnh hưởng của Crơm(Cr) Cr có tác dụng làm tăng độ cứng, độ bền phần
nào làm giảm độ dẻo dai của thép, Cr có tác dụng chống ăn mịn cao, thép chứa Cr
có thể làm thép khơng gỉ và có từ tính ổn định. Cr đưa vào với thành phần khoảng
(1,5 - 2,5)%. Ngoài ra tùy vào yêu cầu đặc biệt có thể Cr đưa vào lên tới30%.
b. Ảnh hưởng của Niken(Ni) Ni làm tăng độ chịu mài mòn, tăng độ bền, tăng
độ dẻo và độ chịu va đập của thép. Ni có ảnh hưởng đến độ giãn dài của thép, thép
hợp kim có (35 - 37)% Ni; có độ giản dài 0 ở nhiệt độ (80 100)0C.
c. Ảnh hưởng của Vonfram(W) W là nguyên tố quan trọng nhất, nó tồn tại
dưới dạng cacbit Vonfram làm tăng độ cứng rất lớn và tăng tính cứng nóng. Thép
W rất đắt.
d. Ảnh hưởng của Vanadi(V) V tồn tại dưới dạng cacbitvanađi làm tăng độ
cứng và khả năng chịu mài mịn nhưng nó làm giảm tính cơng nghệ mài do đó phải
khống chế với lượng V trong một khoảng nhất định. V làm nhỏ hạt thép.
e. Ảnh hưởng của Silic(Si) Thép chứa Si (1 1,5)% có độ bền tăng nhưng độ
dẻo dai giảm. Khi tăng thành phần Si trong thép sẽ làm tăng điện trở và độ thấm từ
của thép, Si làm tăng độ đàn hồi và tính chống ơxi hóa củathép.
f. Ảnh hưởng của Mangan(Mn)
Mn > 1% nó làm tăng độ cứng, độ chịu mài mòn, sức chịu va đập nhưng
không làm giảm độ dẻo dai của thép.
g. Ảnh hưởng của Coban(Co) Co làm tăng tính chịu nhiệt, từ tính và sức chịu
va chạm của thép. Tăng tính cứng nóng của thépgió.
h. Ảnh hưởng của Molipđen(Mo) Mo làm tăng tính chịu nhiệt, tính đàn hồi,
giới hạn bền kéo tính chống ăn mịn và tính chống oxi hóa của thép ở nhiệt độ cao.
2.4. Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim đến quá trình luyện nhiệt
2.4.1. Chuyển biến khi nung nóng để tơi
Các thép hợp kim thơng thường đều có tổ chức peclit (trừ một số thép đặc
biệt), do đó khi nung nóng sẽ có chuyển biến peclit thành austenit, các bít hịa tan
vào austenit và hạt austenit phát triển lên. Tuy nhiên có một số đặc điểm sau:
- Sự hịa tan các bit hợp kim khó khăn hơn nên cần nhiệt độ tôi cao hơn và
thời gian giữ nhiệt dài hơn

- Các bit hợp kim khó hịa tan vào austenit nằm tại biên giới hạn như hàng rào
giữ cho hạt nhỏ. Tác dụng này rất mạnh với Ti, Zr, Nb mạnh với V và khá mạnh
với W, Mo(riêng Mn làm cho hạt lớn). do đó thép hợp kim giữ được hạt nhỏ hơn
thép các bon khi nung cùng nhiệt độ
2.4.2. Sự phân hóa đẳng nhiệt của austenit quá nguội và độ thấm tôi
Đây là tác dụng quan trọng và điển hình nhất của nguyên tố hợp kim
22


- Sự phân hóa đẳng nhiệt của austenit quá nguội: Khi hòa tan vào austenit tất
cả các nguyên tố hợp kim (trừ Co) với các mức độ khác nhau đều làm chậm tốc độ
phân hóa đẳng nhiệt của austenit quá nguội( làm đường cong chữ C chạy sang
phải) do đó làm giảm tốc độ tơi tới hạn. nếu khơng hịa tan vào austenit mà ở dạng
bít sẽ có tác dụng ngược lại.
- Độ thấm tôi: Do làm giảm tốc độ tôi tới hạn nên các nguyên tố hợp kim(trừ
Co) khi hịa tan vào austenit đều làm tăng độ thấm tơi. Nhờ tác dụng này mà thép
hợp kim có thể tơi thấu hay tự tơi(làm nguội trong khơng khí vẫn tạo thành
macstenxit-thép gió) mà thép các bon khơng thể có được

a)
b)
Hình 3.1. Sự dịch chuyển sang phải của đường cong chữ C của các nguyên tố hợp
kim
a) Thép C và thép hợp kim hóa Ni, Si, Mn
b) Thép C và thép hợp kim hóa bằng Cr, W, Mo và V

Hình 3.2. Sơ đồ biểu diễn sự giảm tốc độ tới hạn (a) và sự tăng độ thấm tôi
(b) của thép hợp kim so với thép C
2.4.3. Chuyển biến macstenxit
Khi hòa tan vào austenit, các nguyên tố hợp kim (trừ Co, Si, Al) đều hạ thấp

nhiệt độ chuyển biến macstenxit do vậy làm tăng lượng austenit dư sau khi tôi, cứ
1% nguyên tố hợp kim sẽ làm giảm điểm Mđ như sau: Mn -450C, Cr – 350C, Ni –
260C, Mo-250C. do đó làm giảm độ cứng sau khi tôi từ 1-10HRC. Tuy nhiên hồn
tồn có thể khắc phục nhượng điểm này bằng cách gia công lạnh
2.4.4. Chuyển biến khi ram
23


Nói chung các ngun tố hợp kim hịa tan vào macstenxit đều cản trở sự phân
hóa của nó khi ram, có nghĩa là làm tăng nhiệt độ chuyển biến khi ram. Có hiện
tượng trên là do nguyên tố hợp kim cản trở khá mạnh sự khuếch tán của các bon.
Do vậy dẫn tới kết quả sau:
- Các bít tạo ra rất nhỉ mịn và phân tán là tăng mạnh độ cứng và tính chống
mài mịn, hiện tượng này gọi là biến cứng phân tán. Trong một số thép hợp kim
cao, khi ram ở nhiệt độ thích hợp austenit dư chuyển biến thành macstenxit ram và
các bít tiết ra nhỏ mịn, phân tán làm độ cứng tăng lên so với sau khi tôi gọi là độ
cứng thứ hai
- Khi ram hay cùng làm việc ở nhiệt độ thép hợp kim bao giờ cũng có độ bền,
độ cứng cũng như độ dai cao hơn (do ram cao hơn khử bỏ ứng suất dư nhiều hơn)
2.5. Các dạng hỏng của thép hợp kim
2.5.1. Thiên tích
Các thép hợp kim đặc biệt là loại hợp kim cao khi kết tinh thành phần tổ chức
không đồng nhất, khi cán sẽ taojthanhf tổ chức thớ làm cho cơ tính theo các
phương dọc và ngang thớ khác nhau nhiều ( đến 50-70% hay cao hơn). Khắc phục
bằng ủ khuếch tán sau đó cán nóng. Tuy nhiên với tiết diện lớn khơng thể khắc
phục triệt để được, vẫn cịn thấy dạng hỏng này
2.5.2. Đốm trắng
Là hiện tượng trên mặt gãy một số thép hợp kim có các vết nứt nhỏ, có dạng
lốm đốm trắng. nguyên nhân do hydro có trong thép gây ra. ở trạng thái lỏng hydro
hòa tan khá nhiều trong thép nhưng ở trạng thái rắn độ hòa tan giảm mạnh, đặc biệt

là từ dưới 2000C trở đi giảm đột ngột, do vậy hydro thoát ra nhiều tập trung lại tạo
lên áp suất lớn và gây nứt tế vi. Hiện rượng này thường gặp trong các thép Cr-Ni,
Cr-Ni-Mo….qua cán nóng (khơng thấy trong thép đúc
2.5.3. Dịn ram
Quy luật chung khi ram là nhiệt độ tăng lên, độ dai liên tục tăng cho đến
6500C, nghưng trong thép hợp kim khi ram có xuất hiện hai cực tiểu về độ dai khi
tăng nhiệt độ

Hình 3.3. ảnh hưởng của nhiệt độ ram đến độ dai va đập của thép hợp kim

- Dịn ram loại I (khơng thuận ngịch) xuất hiện khi ram thép hợp kim ở nhiệt
24