Vat lieu co khi potx

Gi¸o tr×nh VËt liÖu c¬ khÝ
LỜI NÓI ĐẦU
Môn học vật liệu cơ khí là một môn học có rất nhiều thông tin về lý thuyết và
mang tính thực tiễn rất cao. Để giúp cho học sinh, sinh viên học tập tốt môn học này, đáp
ứng với yêu cầu đào tạo của xã hội, đảm bảo chất lượng đào tạo thì việc biên soạn giáo
trình riêng cho môn học này là rất cần thiết.
Giáo trình Vật liệu cơ khí được biên soạn theo theo chương trình khung do Bộ
LĐTB&XH xây dựng và thông qua. Nội dung được biên soan theo hướng ngắn gọn, dễ
hiểu. Các kiến thức trong toàn bộ giáo trình có mối liên hệ logic chặt chẽ. Tuy vậy giáo
trình cũng chỉ là những kiếm thức cơ bản trong nội dung tổng thể của môn học, vì vậy
người dạy, người học cần tham khảo thêm các giáo trình có liên quan đối với ngành học
để việc sử dụng giáo trình hiệu quả hơn.
Giáo trình dùng cho giáo viên; học sinh – sinh viên hệ TCN và CĐN cơ khí căt gọt
kim loại và cơ khí hàn. Tuy nhiên giáo trình này cũng là tài liệu tham khảo bổ ích cho
những người học tập và làm việc trong ngành cơ khí.
Nội dung giáo trình được biên soạn gồm 5 chương:
Chương 1: Cấu trúc và cơ tính của vật liệu
Chương 2: Hợp kim và biến đổi tổ chức
Chương 3: Nhiệt luyện – Hóa nhiệt luyện
Chương 4: Vật liệu kim loại
Chương 5: Hợp kim màu và phi kim
Khi biên soạn giáo trình mặc dù đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên
quan đến môn học và phù hợp với đối tượng sử dụng, cũng như gắn những nội dung lý
thuyết với những vấn đề thực tế thường gặp trong sản xuất, đời sống để giáo trình có tính
thực tiễn cao. Tuy nhiên chắc chắn không tránh khỏi các thiếu sót. Vì vậy rất mong nhận
được sự đóng góp của người sử dụng và các bạn đồng nghiệp để giáo trình được hoàn
chỉnh hơn trong lần tái bản sau.
HD, ngày 23 tháng 8 năm 2011
MỤC LỤC
Bé m«n: C¾t gät kim lo¹i Khoa: C¬ khÝ chÕ t¹o
Giáo trình vật liệu cơ khí

Chng 1: CU TRC V C TNH VT LIU
1.1. CU TO V LIấN KT NGUYấN T
1.1.1 Khỏi nim c bn v cu to nguyờn t:
Mi nguyờn t l mt h thng phc tp bao gm: Ht nhõn nguyờn t (N, P)
mang in tớch dng v cỏc e t do bao quanh mang in tớch õm.
c im quan trng nht ca kim loi l s e t do lp ngoi cựng rt ớt (1 3e),
nhng e ny d b bt ra v tr thnh cỏc e t do, cũn nguyờn t tr thnh ion dng. Cỏc
e t do quyt nh tớnh cht c trng ca kim loi.
1.1.2. Cỏc dng liờn kt nguyờn t ch yu trong cht rn:
Liờn kt nguyờn t ch yu trong cht rn l liờn kt kim loi
Bn ch ca liờn kt kim loi l cỏc nguyờn t trong kim loi tn ti di dng ion
dng cú cỏc e t do bao quanh. Ga cỏc ion dng sinh ra lc y, gia cỏc e t do v
ion dng sinh ra lc hỳt. S cõn bng ca 2 lc ny chớnh l c s ca liờn kt kim loi.
1.2. SP XP NGUYấN T TRONG VT CHT:
Vt rn cú cu to bi cỏc nguyờn t (phõn t) nhng tựy theo cỏc loi vt rn cú
cu to khỏc nhau thỡ sp xp nguyờn t (phan t) ca chỳng khỏc nhau. Nhỡn chung vt
rn trong t nhiờn cú hai hỡnh thc sp xp nguyờn t (phõn t): Vt rn cú cu to vụ
nh hỡnh v vt rn cú cu to tinh th.
Cu to nguyờn t kim loi: Mi nguyờn t l mt h thng phc tp gm:
+ Ht nhõn cú N v P
+ Cỏc lp in t bao quanh ht nhõn: cỏc e
S e hoỏ tr ( s e lp ngoi cựng) rt ớt, thng t 1 3 e. Nhng e ny d b bt
ra v tr thnh cỏc e t do, cũn nguyờn t tr thnh ion dng. Hot ng ca cỏc e t do
ny quyt nh nhiu n cỏc tớnh cht c trng ca kim loi nh: Tớnh do, tớnh dn
nhit, tớnh dn in
1.2.1. Vt rn vụ nh hỡnh:
L nhng vt rn cú su to m cỏc nguyờn t (phõn t) trong nú khụng cú sp xp
trt t, khụng theo mt quy lut no.
nhn bit trong t nhiờn nhng vt rn ny khụng cú hỡnh dỏng nht nh.
Nh: Than ỏ, thy tinh, nha hu cthng l phi kim loi.

1.2.2. Vt rn tinh th:
L nhng vt rn cú cu to t nhng nguyờn t (phõn t) cú sp xp trt t theo
mt quy lut no ú.
nhn bit trong t nhiờn nhng vt rn ny bao gi cng cú hỡnh dỏng nht
dnh. Thng l nhng vt liu kim loi.
Khi kho sỏt vt rn tinh th ny thy rng nu lm bin i cu to (cu trỳc) ca
nú s lm bin i nhiu tớnh cht, c bit l c tớnh, do ú nh hng n tớnh s dng
ca vt rn.
1.3. KHI NIM V MNG TINH TH
1.3.1. Khỏi nim:
Kt qu nghiờn cu cho thy kim loi cú cu to mng tinh th. Mng tinh th
gm cac ion dng dao ng liờn tc ti cỏc nỳt mng v cỏc e t do chuyn ng hn
lon gia cỏc ion dng to nờn 1 mụ hỡnh khụng gian.
Bộ môn: Cắt gọt kim loại Khoa: Cơ khí chế tạo
2
Gi¸o tr×nh vËt liÖu c¬ khÝ
Mạng tinh thể là một mô hình không gian mô tả quy luật hình học của sự sắp xếp các
chất điểm trong vật tinh thể. Mạng tinh thể gồm 3 phần:
a. Mặt tinh thể: Là các mặt phẳng đi qua các chất điểm, các mặt này luôn song song
và cách đều nhau.
b. Khối cơ bản: Là hình khối nhỏ nhất có cách sắp xếp chất điểm đại diện chung cho
mạng tinh thể.
c. Thông số mạng: Là khoảng cách giữa 2 tâm của các chất điểm kề nhau. Từ thông
số mạng có thể tính ra các khoảng cách bất kỳ trong mạng. Đơn vị đo chiều dài thông số
mạng là Ăngstrôn (A
0
): 1A
0
= 10
-8

cm.
1.3.2. Mật độ nguyên tử:
Nếu xem những nguyên tử như những quả cầu thì trong mạng tinh thể luôn có
những khoảng trống giữa các nguyên tử (quả cầu). Mật độ nguyên tử (M) của mạng tinh
thể nào đó là phần thể tích của mạng do các nguyên tử chiếm chỗ tính ra %
M = n.V/m (1.1.)
Trong đó: n – Số nguyên tử trong 1 ô cơ bản
V – Thể tích của một nguyên tử
m - thể tích của 1 ô cơ bản
Mật độ nguyên tử của mạng có ý nghĩa rất quan trọng. Mật độ nguyên tử càng lớn
mạng tinh thể càng sít chặt, lỗ hổng của mạng càng ít, liên kết nguyên tử càng bền vững
và ngược lại.
1.3.3. Các kiểu mạng tinh thể thường gặp:
a. Mạng lập phương thể tâm (tâm khối):
Khối cơ bản là một khối lập phương,các ion nằm ở các đỉnh và tâm của khối. Số
ngyên tử trong 1 ô cơ bản là 9, có 1 thông số mạng. Kiểu mạng này thường gặp ở kim
loại kiềm, Fe
á
, Cr, Mo, V….
Bé m«n: C¾t gät kim lo¹i Khoa: C¬ khÝ chÕ t¹o
3
Hình 1 - 1. Cấu tạo mạng tinh thể; mặt tinh thể, khối cơ bản, thông số mạng
Hình 1 - 2. Khối cơ bản mạng lập phương thể tâm
Gi¸o tr×nh vËt liÖu c¬ khÝ
b. Mạng lập phương diện tâm(tâm diện):
Khối cơ bản là một khối lập phương,các ion nằm ở các đỉnh và tâm các mặt của
khối.
Số ngyên tử trong 1 ô cơ bản là 14, có 1 thông số mạng.
Kiểu mạng này thường gặp ở Cu, Al, Pb….
c. Mạng lăng trụ lục giác đều:

Khối cơ bản là một khối lăng trụ lục giác đều, các ion nằm ở các đỉnh, tâm 2 mặt
đáy và ở trung tâm của 3 khối lăng trụ tam giác cách đều nhau.
Số ngyên tử trong 1 ô cơ bản là 17, có 2 thông số mạng.
Kiểu mạng này thường gặp ở Be, Mg, Zn….
1.4. DẠNG THÙ HÌNH:
1.4.1. Định nghĩa và đặc tính thù hình:
Tổ chức mạng tinh thể của kim loại không phải bao giờ cũng như nhau mà nó thay
đôit theo nhiệt độ của kim loại. Khả năng của kim laọi có thể thay đổi hình dạng của
mạng tinh thể theo nhiệt độ gọi là tính thù hình của kim loại.
Các dạng thù hình khác nhau được ký hiệu bằng các chữ HYLẠP theo nhiệt độ từ
thấp đến cao: α, β, γ, δ,…. Khi có chuyển biến thù hình thì kim loại đó có kèm theo sự
thay đổi thể tích bên trong và thay đổi tính chất. Đây là đặc tính quan trọng nhất khi sử
dụng chúng.
Sắt, thiếc, ti tan, côban…là các kim loại có tính thù hình.
Bé m«n: C¾t gät kim lo¹i Khoa: C¬ khÝ chÕ t¹o
4
Hình 1-3. Khối cơ bản mạng lập phương diện tâm
Hình 1-4. Khối cơ bản mạng lăng trụ lục giác đều
Gi¸o tr×nh vËt liÖu c¬ khÝ
1.4.2: Ví dụ: Biểu diễn sự biến đổi thù hình của Fe nguyên chất:
Mạng lập phương tâm khối
Mạng lập phương tâm diện
Các thông số mạng có kích thước:
a
1
= 2,88KX
a
2
= 3,64KX
a

3
= 2,48KX
1KX = 1,002A
0
1A
0
= 10
-8
cm

Khi nung sắt nguyên chất người ta thấy ở trạng thái rắn sắt thay đổi 03 kiểu mạng
tinh thể ở 03 khoảng nhiệt độ khác nhau (<911
0
C; 911
0
C ÷ 1392
0
C; 1392
0
C ÷ 1539
0
C) có
03 dạng thù hình được ký hiệu: Fe
α
; Fe
γ
; Fe
δ
.
Sắt có 03 kiểu mạng tinh thể (kèm theo sự thay đổi thể tích trong sắt) do đó tính

chất của sắt cũng thay đổi theo.
1.5. ĐƠN TINH THỂ VÀ ĐA TINH THỂ
1.5.1. Khái niệm đơn tinh thể và đa tinh thể:
Nếu khối kim loại chỉ là một tinh thể tức là có mạng tinh thể mà phương của nó
giữ được đồng nhất ở mọi điểm, thì được gọi là đơn tinh thể. Nhưng trường hợp này rất ít
gặp trong thực tế vì các tinh thể kim loại thường có kích thước rất nhỏ (Có tiết diện 300 ÷
800 µm
2
), do vậy trong một vật rắn dù rất nhỏ cũng gồm vô số tinh thể. Kim loại có cấu
tạo gồm nhiều tinh thể như vậy được gọi là đa tinh thể và mỗi tinh thể trong đó được gọi
là hạt.
1.5.2. Các đặc tính của đa tinh thể:
Sự định hướng mạng tinh thể của mỗi hạt là ngẫu nhiên nên phương mạng giữa
các hạt lệch nhau một góc nào đó.
Bé m«n: C¾t gät kim lo¹i Khoa: C¬ khÝ chÕ t¹o
5
Hình 1-5. Sơ đồ tính thù hình của Fe
Hình 1-6. Sơ đồ đa tinh thể 3 hạt
Gi¸o tr×nh vËt liÖu c¬ khÝ
Ở vùng biên giới giữa các hạt, các nguyên tử chịu quy luật định hướng của tất cả
các hạt xung quanh nên có sự sắp xếp không có trật tự (hay mạng tinh thể bị xô lệch).
Do sắp xếp như vậy nên tuy rằng mỗi hạt đều có tính dị hướng nhưng do phương
mạng giữa các hạt lệch nhau nên tính dị hướng này không giữ được đồng nhất trong khối
kim loại gồm nhiều hạt. Vì vậy đa tinh thể có tính đẳng hướng tức là tính chất như nhau
theo các phương khác nhau. Chính vì vậy mà kim loại thường gặp (chưa qua biến dạng)
đều có cơ tính đồng nhất theo mọi phương.
Nếu đem cán, kéo để phương mạng các hạt song song với nhau, hiện tượng này
gọi là chọn hướng thì kim loại đa tinh thể lại xuất hiện tính dị hướng.
1.6. SỰ KẾT TINH VÀ HÌNH THÀNH TỔ CHỨC CỦA KIM LOẠI
1.6.1. Khái niệm về sự kết tinh:

Sự kết tinh là quá trình hình thành mạng tinh thể từ trạng thái lỏng. Khi kết tinh
kim loại nguyên chất chất có sự đột biến từ trạng thái sắp xếp nguyên tử không hoàn toàn
trật tự sang có trật tự, xảy ra ở một nhiệt độ nhất định đối với mỗi kim loại.
Các vật tinh thể không ó cấu tạo tinh thể (thuỷ tinh, nhựa) khi đông đặc không
kèm theo sự thay đổi các sắp xếp nguyên tử, do đó không có hiện tượng kết tinh.
1.6.2. Điều kiện xảy ra kết tinh:
Tại sao khi làm mnguội kim loại lỏng xuống thấp hơn nhiệt độ quy định (đối với
mỗi kim loại) sẽ xảy ra kết tinh?
Trong tự nhiên mọi quá trình tự phát đều xảy ra theo chiều giảm năng lượng (ở
trạng thái mới có năng lượng dự trữ nhỏ hơn)
Vd: Một viên bi đặt ở vị trí A (cao hơn) luôn có xu hướng lăn xuống vị trí B
(thấp hơn) → vì sẽ ổn định hơn.
Năng lượng dự trữ còn gọi là năng lượng tự do (F)
Sự thay đổi năng lượng tự do của trạng thái lỏng (Fl) và rắn (Fr) theo nhiệt độ
Ở nhiệt độ: T > Ts có Fl < Fr → Kim loại tồn tại ở trạng thái lỏng có năng lượng
thấp hơn
Ở nhiệt độ: T < Ts có Fl > Fr → Kim loại tồn tại ở trạng thái rắn có năng lượng
thấp hơn
Bé m«n: C¾t gät kim lo¹i Khoa: C¬ khÝ chÕ t¹o
6
Ts
Fr
Fl
Ts
T
0
Hình 1-7. Sơ đồ biểu diễn sự thay đổi trang thái kim loại
F
Giáo trình vật liệu cơ khí
Vy khi lm ngui kim loi lng xung quỏ nhit Ts thỡ quỏ trỡnh kt tinh

xy ra.

Chỳ ý:
T = Ts cú Fl = Fr: Nng lng t do ca 2 trng thỏi bng nhau thỡ quỏ trỡnh kt
tinh cha xy ra ( kim loi lng v rn trng thỏi cõn bng ng: Nu cú 1 lng kim
loi lng kt tinh thỡ li cú 1 lng kim loi rn nh vy núng chy ra)
Ch T < Ts Fr < Fl rừ rt thỡ s kt tinh mi xy ra
Ts gi l nhit kt tinh lý thuyt.
Nh vy nhit kt tinh thc t luụn thp hn Ts gi l s quỏ ngui v
hiu s gia 2 nhit ú gi l quỏ ngui T.
Phn ln cỏc kim loi cú th kt tinh vi T = 2 5
0
C
Túm li: Kim loi lng ch xy ra kờt tinh nhit m ti ú nng lng t do
ca kim lai rn nh hn nng lng ca kim loi lng r rt, tc l thp hn nhit kt
tinh ;ý thuyt. Fr cng nh hn Fl quỏ trỡnh kt tinh cng d xy ra.
1.7. TNH CHT CHUNG CA KIM LOI V HP KIM
1.7.1. Tớnh cht vt lý: L nhng tớnh cht ca vt liu th hin qua cỏc hin tng vt
lý khi thnh phn hoỏ hc ca vt liu ú khụng b thay i. Bao gm:
a. V sỏng mt ngoi:
Cú th chia thnh kim loi en v kim loi mu
- Kim loi en l gm cỏc hp kim ca st (gang v thộp)
- Kim loi mu l tt c cỏc kim loi v hp kim cũn li
Kim loi khụng trong sut, nhng tm kim loi c dỏt rt mng cung khụng th cho
ỏnh sỏng xuyờn qua. Tuy nhiờn mi kim loi li cú phn chiu ỏng sỏng theo mt mu
sc riờng m ta quen gi l mu ca kim loi. ( ng cú mu , thic cú mu trng bc,
km cú mu xỏm )
ụi khi trờn mt ngoi ca thộp cú mu khỏc nhau nh vng, xanh , tớm nhng mu
ú khụng phi l mu ca thộp m l mu ca mt ngoi thộp b ph mt l ụxớt, lp ny
to nờn do nhit ct gt, mi nhit khỏc nhau lp ụxớt ny cú mu sc khỏc nhau.

Chớnh nh s bin mu ny b mt ngoi ca thộp ta cú th phỏn oỏn c nhit
t núng ca thộp khi nhit luyn hoc rốn
b. Khi lng riờng:
L s o khi lng cha trong mt n v th tớch. Nu gi khi lng ca vt l m,
th tớch l V thỡ khi lng riờng: = m / V ( Kg/m
3
, g/cm
3
)
ng dng ca khi lng riờng trong k thut rt rng rói: Dựng so sỏnh cỏc kim
loi nng nh tin la chn vt liu, nhng vt ln nh thộp ng ray, thộp hỡnh khú
cõn c khi lng nhng vỡ bit c khi lng riờng, o c kớch thc m tớnh ra
th tớch nờn cú th tớnh toỏn ra khi lng ca chỳng.
Vớ d: Khi lng riờng ca mt s kim loi: Nhụm: 2,7; Fe: 7,8; Cu: 8,9; Sn: 7,3;
Pb: 11,4; Zn: 7,1
c. Nhit núng chy: L nhit ng vi lỳc kim loi chuyn t th rn sang th
lng hon ton
Vớ d: St nguyờn cht chy nhit 1535
0
C, gang 1130 1350
0
C, thộp 1400-
1500
0
C (do hm lng C trong gang v thộp quyt nh). im chy cng thp thỡ tớnh
chy loóng ca kim loi cng tt.
Tớnh cht ny rt quan trng trong cụng ngh ỳc.
Bộ môn: Cắt gọt kim loại Khoa: Cơ khí chế tạo
7
Gi¸o tr×nh vËt liÖu c¬ khÝ

d. Tính dẫn nhiệt: Là khả năng truyền nhiệt của kim loại khi bị đốt nóng hoặc làm
lạnh.
Kim loại có tính dẫn nhiệt tốt thì càng dễ đốt nóng nhanh và đồng đều, cũng như
nguội nhanh
Độ dẫn nhiệt của kim loại và hợp kim không giống nhau: gang, thép đều có tính
dẫn nhiệt tốt nhưng kém đồng và nhôm. Nếu lấy hệ số dẫn nhiệt của bạc là 1 thì của đồng
là 0,9, nhôm là 0,5. sắt là 0,15.
Các chi tiết máy cần có sự truyền nhiệt nhanh thì cần chế tạo bằng cáckim loại có
tính dẫn nhiệt cao như pittông, két nước của động cơ đốt trong
e. Tính dẫn điện: Là khả năng truyền dòng điện của kim loại.
Các kim loại có tính dẫn điện khác nhau, kl có tính dẫn điện cao tức là kl ít cản trở
dòng điện chạy qua ( ta nói điện trở của kl đó thấp). Bạc  đồng  nhôm.
So sánh tính dẫn điện và tính dẫn nhiệt ta thấy kim loại nào dẫn nhiệt tốt thì cũng
dẫn điện tốt và ngược lại.
f. Tính giãn nở nhiệt: Là khả năng giãn nở của kim loại khi nung nóng và co lại
khi làm nguội.
Sự giãn nở của các kim loại không giống nhau. Để đánh giá sự giãn nở nhiệt của
một vật nào đó người ta đo chính xác độ giãn dài của 1mm vật đó khi nhiệt độ thay đổi 1
độ. Độ giãn dài đo được gọi là hệ số giãn nở nhiệt theo chiều dài ( Sự giãn nở theo thể
tích được tính bằng 3 lần sự giãn nở theo chiều dài).
Hệ số giãn nở nhiệt thường rất nhỏ nhưng với các vật có kích thước lớn, có sự
thay đổi nhiệt độ đáng kể thì sự giãn nở rất lớn và cần phả chú ý-
Để do lường chiều dài một cách chính xác người ta làm dụng cụ đo bằng hợp kim
inva ( là hợp kim của Fe với c = 0,3%, Ni = (35 – 37)%). hợp kim này có độ giãn nở
nhiệt gần như bằng 0 ở khoảng nhiệt độ từ 80 – 100
0
C.
Sự giãn nở nhiệt cần đặc biệt chú ý rong nhiều trường hợp cụ thể ví dụ: Đối với
cầu làm bằng sắt thép ta phải tính đến sự giãn nở của vật liệu tuỳ theo nhiệt độ của từng
mùa, khi rèn kim loại trong khuôn ta phải tính đến sự co của kim loại trong khuôn sau

khi nguội lạnh Khi đo lường chính xác ta phải ghi rõ kết quả đo ấy là trong tình trạng
nhiệt độ nào.
g. Tính nhiễm từ: Chỉ có một số kim loại có tính nhiễm từ, tức là nó bị từ hoá sau
khi được đặt trong một từ trường.
Sắt và hầu hết các hợp kim của sắt đều có tính nhiễm từ. Ni và côban cũng có tính
nhiễm từ và được gọi là chất sắt từ. Còn hầu hết các kim loại khác không có tính nhiễm
từ.
Tính nhiễm từ của kim loại được sử dụng rất rộng rãi trong ngành điện lực. Tuy nhiên đôi
khi trong kỹ thuật lại cần những kim loại không có từ tính, thép có thành phần Ni và Mn
với hàm lượng thích hợp sẽ không có từ tính.
1.7.2. Tính chất hoá học:
Là độ bền của kim loại hoặc hợp kim đối với những tác động hoá học của các
môi trường có hoạt tính khác nhau.
Hầu hết các kim loại và hợp kim đều bị tác dụng hoá học của các môi trường xung
quanh: Sắt để trong không khí ẩm bị gỉ, đồng bị gỉ biến thành màu xanh, chì biến màu từ
sáng thành đục
Tính chất hoá học của kim loại và hợp kim được biểu thị ở 2 dạng chủ yếu:
+ Tính chịu ăn mòn: Là khả năng chống lại sự ăn mòn của hơi nước hay ôxi của
không khí ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao.
+ Tính chịu axít: Là độ bên của kim loại và hợp kim đối với sự ăn mòn của axít.
Bé m«n: C¾t gät kim lo¹i Khoa: C¬ khÝ chÕ t¹o
8
Giáo trình vật liệu cơ khí
Khi la chn kim loi hoc hp kim ta phi cn c vo tớnh chõt hoỏ hc bit kh nng
chu tỏc dng ca nú i vi mụi trng xung quanh.
1.7.3. Tớnh cht c hc ( C tớnh ): Biu th kh nng ca kim loi hay hp kim chng
li tỏc dng ca cỏc loi ti trng.
Trong quỏ trỡnh lm vic tt c cỏc chi tit mỏy u chu lc tỏc dng bờn ngoi
vi mc khỏc nhau. Vỡ vy c tớnh l mt trong nhng tớnh cht quan trng nht ca
bt k vt liu ch tao mỏy no.

C tớnh ca vt liu c biu th bi cỏc c trng sau:
a. bn:
L kh nng ca vt liu chu tỏc dng ca ngoi lc m khụng b phỏ hu.
+ Ký hiu bn: , n v bn: N/mm
2
, KN/mm
2
, MN/mm
2
.
+ Tu theo cỏc dng khỏc nhau ca ngoi lc ta cú cỏc loi bn: bn kộo
(
k
), bn nộn (
n
), bn un (
u
)
b. cng: L kh nng ca kim loi hay hp kim chng li s lỳn ca b mt ti
ch ta n vo ú mt vt cng hn. Kim loi cng khú lỳn thỡ cng cng cao.
+ Ký hiu cng: HB (cho nhng vt liu cú cng thp) v HRC, HRB, HRA
( cho vt liu cú cng cao hn), HV (cho vt liu mm).
+ n v o cng: Kg/mm
2
c. gión di tng i: L t l tớnh theo phn trm gia lng gión di ra sau
khi kộo v chiu di ban u.
+ Ký hiu gión di tng i: , n v: %
=( L
1
L

0
)/L
0
x100%
Trong ú: L
1
v L
0
l chiu di mu sau khi kộo v trckhớ kộo tớnh cựng n v
o (mm).
Vt liu cú cng ln thỡ cng do v ngc li.
d. dai va chm: L kh nng ca vt liu chu tỏc dng ca ti trng t ngt
(Ti trng va p) m khụng b phỏ hu.
+ Ký hiu dai va chm: a
k
, n v : J/mm
2
, KJ/mm
2
1.7.4. Tớnh cht cụng ngh:
L kh nng ca vt liu cho phộp ỏp dng cỏc phng phỏp cụng ngh no sn
xut cỏc sn phm. Bao gm;
a. Tớnh gia cụng ct gt: L kh nng ca kim loi gia cụng bng ct gt d hay
khú.
b. Tớnh hn: L kh nng to thnh s liờn kt gia cỏc chi tit hn khi nung núng
cc b ch mi hn n trng thỏi chy hoc do.
c. Tớnh rốn: L kh nng bin dng vnh cu ca kim loi khi chu tỏc dng ca
ngoi lc to thnh hỡnh dng ca chi tit m khụng b phỏ hu.
Vd: Thộp cú tớnh rốn cao khi nung nhit phự hp, gang khụng rốn c, ng
cú tớnh rốn tt ngay trng thỏi ngui

d. Tớnh ỳc: c c trng bi chy loóng, co v tớnh thiờn tớch
+ chy loóng: Biu th kh nng in y khuụn ca kim loi v hp kim.
chy loóng cng cao thỡ tớnhỳc cng tt
+ co cng ln thỡ tớnh ỳc cng kộm
+ Tớnh thiờn tớch: L s khụng ng u v thnh phn hoỏ hc ca kim loi trong
cỏc phn khỏc nhau cu vt ỳc. Thiờn tớch cng ln thỡ cht lng vt ỳc cng kộm.
e. Tớnh nhit luyn: L kh nng lm thay i cng, bn, do ca kim
loi bng cỏch nung núng kim loi ti nhit nht nh, gi nhit ú mt thi gian,
sau ú lm ngui theo mt ch nht nh.
Bộ môn: Cắt gọt kim loại Khoa: Cơ khí chế tạo
9
Gi¸o tr×nh vËt liÖu c¬ khÝ
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG
1. Nêu cấu tạo của nguyên tử và liên kết kim loại trong kim loại?
2. Phân biệt chất rắn tinh thể và chất rắn vô định hình?
3. Nêu cấu tạo mạng tinh thể? Các kiểu mạng tinh thể thường gặp?
4. Nêu khái niệm về mật độ nguyên tử?
5. Tính thù hình của kim loại là gì? Cho ví dụ?
6. Phân biệt đơn tinh thể và đa tinh thể? Nêu các đặc tính của đa tinh thể?
7. Nêu điều kiện xẩy ra kết tinh?
8. Trình bày tính chất chung của kim loại và hợp kim? Cho ví dụ?
Chương 2: HỢP KIM VÀ BIẾN ĐỔI TỔ CHỨC
Bé m«n: C¾t gät kim lo¹i Khoa: C¬ khÝ chÕ t¹o
10
Giáo trình vật liệu cơ khí
2.1. CU TRC TINH TH CA HP KIM
2.1.1. Khỏi nim v hp kim:
Hp kim l sn phm ca s nu chy hay thiờu kt ca 2 hay nhiu nguyờn t m
nguyờn t ch yu l kim loi c vt liu cú tớnh cht kim loi.
Thnh phn ca cỏc nguyờn t trong hp kim c biu th bng % trng lng

ca mi nguyờn t cha trong nú.
Vớ d: Thộp, gang l hp kim ca Fe, C v mt s nguyờn t khỏc.
2.1.2. Mt s c tớnh ca hp kim:
Hp kim cú c tớnh cao hn kim loi nguyờn cht c v cng, bn, tớnh chu
nhit, chu mi mũn, do ca hp kim tuy thp hn kim loi nguyờn cht nhng vn
nm trong gii hn cho phộp tho món cỏc yờu cu ca ch to c khớ. Nờn chi tit mỏy
chờ s to bng hp kim chu ti ln hn, ớt b mi mũn, thi gian s dng di hn.
Mt s hp kim cú tớnh cht c bit m cỏc kim loi nguyờn cht khụng cú:
bn rt cao, tớnh cng núng cao, chu ma sỏt tt, chng n mũn tt
Hp kim cú tớnh tớnh cụng ngh tt: Tớnh ỳc, tớnh gia cụng ct gt tt hn kim
loi nguyờn cht
Tớnh kinh t cao: Ch to hp kim d hn ch to kim loi nguyờn cht.
Tớnh dn in, dn nhit ca hp kim kộm hm kim loi nguyờn cht.
2.1.3. Cỏc dng cu to ca hp kim:
a. Dung dch rn:
L s ho tan ca 2 hay nhiu nguyờn t trng thỏi rn. Trong ú nguyờn t ca
nguyờn t th nht (A) vn gi nguyờn kiu mng tinh th, nguyờn t ca nguyờn t 2
(B) c phõn b vo mng ca nguyờn t th nht thay th hoc xen k.(A: nguyờn t
dung mụi, B nguyờn t ho tan)
Dung dch rn thay th:
Nguyờn t ca nguyờn t ho tan(B) thay th chi cỏc nguyờn t ca nguyờn t dung mụi
(A) ti chớnh cỏc nỳt mng ca A.
Dung dch rn xen k: Nguyờn t ca nguyờn t ho tan B nm xen k vo cỏc l
hng trong mng tinh th ca nguyờn t dung mụi A.
Quy c: Trong dung dch rn nguyờn t cú lng nhiu hn gi l nguyờn t
dung mụi, cỏc nguyờn t cũn li l nguyờn t hũa tan. Trong h hp kim A B theo quy
c ta cú ký hiu dung dch rn A(B), tc l B hũa tan trong A vi thnh phn cú hn
hoc vụ hn. nu nguyờn t dung mụi A cú tớnh thự hỡnh , , , thỡ ta cú cỏc loi
dung dch rn c ký hiu: A

(B); A

(B).hoc ký hiu bng cỏc ch , , ,
b. Hp cht hoỏ hc:
L s kt hp ca 2 hay nhiu nguyờn t theo mt t l nht nh, t l ca cỏc
nguyờn t tuõn theo quy tc hoỏ tr. Hn hp to thnh l mt th ng nht cú tớnh cht
ging nhau trong ton b th tớch ca hp kim.
Quy c: Nu ta cú hp kim A B, khi B cú thnh phn húa hc nht nh, cú
tớnh cht in húa khỏc vi A s tỏc dng húa hc vi A to thnh hp cht húa hc
c ký hiu theo cụng thc húa hc A
m
B
n
c. Hn hp c hc:
Khi gia cỏc pha trong hp kim cú tỏc dng c hc vi nhau gi l hn hp c
hc.
Pha l phn ng nht cú tớnh cht ging nhau trong ton b th tớch cựng trng
thỏi (lng, rn phi cú cựng kiu mng tinh th v ngn cỏch phn b mt cũn li bng b
mt phõn chia)
Bộ môn: Cắt gọt kim loại Khoa: Cơ khí chế tạo
11
Gi¸o tr×nh vËt liÖu c¬ khÝ
Vậy kim loại nguyên chất không có tính thù hình thì chỉ có một kiểu mạng tinh thể
nên có cấu tạo một pha. Nếu có tính thù hình thì mỗi dạng thù hình là một pha.
Ví dụ: Fe
α
là một pha; Fe
δ
là một pha
Do đó ta có định nghĩa về hỗn hợp cơ học như sau:

Khi 2 nguyên tố không có khả năng hoà tan vào nhau và không liên kết được với
nhau thì khi đông đặc nguyên tử của cùng một nguyên tố sẽ liên kết với nhau tạo thành
mạng tinh thể của nguyên tố đó. Sự tồn tại hợp chất là do lực hút cơ học giữa các nguyên
tố.
2.2. GIẢN ĐỒ PHA Fe – C (Fe – Fe
3
C)
2.2.1. Khái niệm về giản đồ pha:
Như đã biết khi thay đổi thành phần và nhiệt độ thì cấu tạo về pha của hệ hợp kim
đã cho cũng thay đổi, do vậy tính chất của hệ hợp kim cũng biến đổi theo.
Ví dụ: Khi nung nóng một hợp kim nào đố có thành phần cố định tới nhiệt độ nào
đó nó sẽ chảy lỏng ra, như vậy có sự biến đổi từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng. Để
biểu thị quan hệ trên người ta dùng giản đồ pha (Giản đồ trạng thái).
Giản đồ pha là biểu đồ chỉ rõ trạng thái, tổ chức của một hệ hợp kim đã cho trên
hệ trục tọa độ: Nhiệt độ - thành phần.
Các hệ hợp kim khác nhau có kiểu giản đồ pha khác nhau và được xác định chủ
yếu bằng phương pháp thực nghiệm.
2.2.2 Công dụng của giản đồ pha:
Giản đồ pha cho biết:
Nhiệt độ chảy, nhiệt độ chuyển biến pha của hệ hợp kim với các thành phần xác
định. Vì vậy sẽ biết được nhiệt độ nóng chảy của kim loại khi nhiệt luyện, đúc, đồng thời
sẽ xác định được chế độ nhiệt khi nhiệt luyện, cán, rèn.
Cấu tạo pha của hệ hợp kim ở các nhiệt độ và thành phần khác nhau, do đó có thể
biết được các tính chất của vật liệu để sử dụng và gi công hợp lý.
Thành phần và tỷ lệ các pha trong hợp kim đã cho
Nhưng cần chú ý là cấu tạo pha của hợp kim được ghi trên giản đồ trạng thái chỉ
ứng với trạng thái cân bằng, tức là khi nung nóng và làm nguội chậm. Khi nung nóng và
làm nguội nhanh, cấu tạo pha của hợp kim sẽ khác đi. Đó là khuyêt điểm duy nhất của
giản đồ trạng thái.
2.2.3. Giản đồ pha Fe – C (Fe – Fe

3
C):
a. Giản đồ pha Fe – C (Giản đồ trạng thái Fe – C):
Bé m«n: C¾t gät kim lo¹i Khoa: C¬ khÝ chÕ t¹o
12
Hình 2-1. Sơ đồ tổ chức tế vi là hỗn hợp cơ học của 2 nguyên nguyên chất
Gi¸o tr×nh vËt liÖu c¬ khÝ
Giản đồ mô tả trạng thái của hợp kim ứng với các gí trị của hàm lượng của C và
nhiệt độ của hợp kim.
Trên giản đồ ta thấy được quy luật về sự kết tinh và sự chuyển biến của hợp kim
xẩy ra trong quá trình nung và làm nguội.
Trục tung biểu diễn nhiệt độ của hợp kim (T
0
C), trục hoành biểu diễn hàm lượng
C có trong hợp kim (tính theo %)
Các hợp kim có C < 2,14% là thép, còn 2,14 < C < 6,67 là gang.
Các điểm, đường của giản đồ :
§iÓm T
0
C %C §iÓm T
0
C %C
A 1539 0 D 1250 6,67
B 1499 0,5 G 911 0
H 1499 0,1 P 727 0,02
J 1499 0,16 S 727 0,8
N 1392 0 K 727 6,67
E 1147 2,14 C 1147 4,3
F 1147 6,67
Điểm A: ứng với nhiệt độ nóng chảy của Fe nguyên chất là 1539

0
C.
Điểm D: ứng với nhiệt độ nóng chảy của hợp kim Fe – C (Fe
3
C) là 1550
0
C.
Đường ABCD ứng với sự bắt đầu đông đặc của hợp kim gọi là đường lỏng. Phía
trên đường này hợp kim tồn tại ở trạng thái lỏng.
Đường AHJECF ứng với sự đông đặc đã kết thúc gọi là đường đặc.
Ở vùng giữa đường lỏng và đường đặc chỉ có hỗn hợp của kim loại lỏng và các
tinh thể rắn.
Dưới đường đặc hợp kim ở trạng thái rắn, tuỳ theo nhiệt độ và thành phần của C
các hợp kim Fe – C có cấu tạo như sau: Ô, XêI, XêII, P, F, Lê…
b. Các tổ chức của hợp kim Fe – C:
* Các tổ chức một pha:
- Trạng thái lỏng (Pha lỏng): Là dung dịch lỏng của các bon hòa tan trong sắt . Ký
hiệu trên giản đồ là L.
Bé m«n: C¾t gät kim lo¹i Khoa: C¬ khÝ chÕ t¹o
13
%C
Hình 2 – 2. Giản đồ pha Fe – Fe
3
C của hợp kim Fe - C
Giáo trình vật liệu cơ khí
- Trng thỏi rn: Do tỏc dng gia nguyờn t Fe v C cỏc pha c phõn bit bng
mt kiu mng tinh th. Gm cú cỏc loi dung dch rn ca nguyờn t C hũa tan vo Fe

,
Fe

, Fe

nh sau:
+ Ferit (F): L dung dch rn ca C trong Fe

, do cao, cng thp, bn
thp, cú t tớnh. Ký hiu trờn gin l F hoc , cú lng C hũa tan ti a l 0,006%
nhit thng (im Q) v 0,02% nhit 727
0
C (im P). Nờn ng PQ l ng
gii hn hũa tan ca C trong Fe

. Cú th coi F l Fe nguyờn cht vỡ C hũa tan quỏ nh.
+ ễstenit (ễ): L dung dch c ca C trong Fe

, cú n hi thp, bn,
dai cao. Ký hiu trờn gin l hoc As, cú lng C hũa tan ti a nhit 727
0
C
(im S) v 1147
0
C (im E). Nờn ng SE l ng gii hn hũa tan ca C trong
Fe

.
Pha l dung dch rn ca C hũa tan trong Fe. Ký hiu trờn gin l
+ Xờmentớt (Fe
3
C Xờ): ): L hp cht hoỏ hc ca Fe v C, cú cng cao, dũn,

tớnh cụng ngh kộm, chu mi mũn tt. Ngoi ra c tớnh ca nú cũn ph thuc vo kớch
thc v hỡnh dng tinh th. Nu l XeI cú kớch thc tm thụ ln nờn giũn hn ; XeII
cú kớch thc dng ht nờn do dai hn.
* Cỏc t chc hai pha (2 kiu mng tinh th) :
- Peclit (P): L hn hp c hc ca F v Xờ Gm 2 pha l v Xe. Tớnh cht
c hc tu thuc vo F v Xờ. P nguyờn cht cha 0,8% C. Ký hiu trờn gin l ch P
- Lờờburit (Lờ): L hn hp c hc ca ễ v Xờ nhit > 727
0
C hoc hn hp
c hc ca P v Xờ nhit < 727
0
C. Lờ rt cng v dũn.
n gin cú th hiu cu to pha ca h hp kim Fe C c biu din trờn
gin bng cỏc t chc 1 pha v 2 pha nh sau:
2.2.4. Phõn loi hp kim Fe C theo gin pha Fe - C:
a. Cn c vo hm lng C Cú 2 loi:
Bộ môn: Cắt gọt kim loại Khoa: Cơ khí chế tạo
14
Hỡnh 2 3. Cu to pha ca h hp kim Fe C khi nhit < 727
0
C
Gi¸o tr×nh vËt liÖu c¬ khÝ
- Thép: Khi %C < 2,14%
- Gang: Khi %C > 2,14%
b. Căn cứ vào tổ chức có 2 loại:
- Thép: Là hợp kim của Fe – C trong đó C < 2,14%. Gồm :
+ Thép trước cùng tích có tổ chức: P + α Khi %C < 0,8%
+ Thép cùng tích có tổ chức : P (α = Xe) khi %C = 0,8%
+ Thép sau cùng tích có tổ chức : P + XeII khi %C > 0,8%
- Gang trắng : Là hợp kim của Fe – C trong đó %C > 2,14%. Gồm :

+ Gang trắng trước cùng tinh có tổ chức : Lê + P + XeII khi %C < 4,3%
+ Gang trắng cùng tinh có tổ chức : Lê (P + Xe) khi %C = 4,3%
+ Gang trắng sau cùng tinh có tổ chức : Lê + XeI khi %C > 4,3%
Bé m«n: C¾t gät kim lo¹i Khoa: C¬ khÝ chÕ t¹o
15
Hình 2-4. Tổ chức tế vi của thép trước cùng tích 0,2%C và 0,5%C
Hình 2-5. Tổ chức tế vi của thép sau cùng tích P dạng tấm và P dạng hạt
Hình 2-6. Tổ chức tế vi của gang trắng trước và sau cùng tinh
Gi¸o tr×nh vËt liÖu c¬ khÝ
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2
1. Trình bày khái niệm về hợp kim và các dạng cấu tạo của hợp kim? Cho ví dụ?
2. Nêu khái niệm và công dụng của giản đồ pha?
3. Hãy vẽ giản đồ pha Fe – C? Nêu vị trí, ý nghĩa của các điểm, đường trên giản
đồ?
4. Trình bày các tổ chức của hợp kim Fe – C?
5. Nêu cách phân loại hợp kim Fe – C theo giản đồ pha Fe – C?
Chương 3: NHIỆT LUYỆN – HÓA NHIỆT LUYỆN
Bé m«n: C¾t gät kim lo¹i Khoa: C¬ khÝ chÕ t¹o
16
Gi¸o tr×nh vËt liÖu c¬ khÝ
3.1. KHÁI NIỆM VỀ NHIỆT LUYỆN
3.1.1. Sơ lược về nhiệt luyện:
Nhiệt luyện là quá trình bao gồm nung nóng sản phẩm đến nhiệt độ nhất định, giữ
ở nhiệt độ đó một thời gian cần thiết, sau đó làm nguội với các chế độ khác nhau. Với
mục đúch làm thay đổi tổ chức và do đó làm thay đổi tính chất của sản phẩm theo ý
muốn.
Đặc điểm của nhiệt luyện là:
+ Không nung nóng đến chảy lỏng hay chảy bộ phận, khi nhiệt luyện kim lọại
luôn ở trạng thái rắn, hình dạng của sản phẩm không thay đổi.
+ Nhiệt luyện chỉ lam thay đổi tổ chức bên trong (Cấu tạo tinh thể) của kim loại

do đó làm thay đổi tính chất của nó.
Các yếu tố đặc trưng của quá trình nhiệt luyện: Bất kỳ quá trình nhiệt luyện nào
cũng được đặc trưng bằng 3 thông số sau:
+ Nhiệt độ nung (t
0
n): Là nhiệt độ cao nhất mà quá trình nung nóng khi nhiệt
luyện phải đạt tới.
+ Thời gian giữ nhiệt (τ
gn
): Là thời gian cần thiết duy trì kim loại ở nhiệt độ nung.
+ Tốc độ nguội (V
ng
): Là tốc độ giảm nhiệt độ theo thời gian tính bằng
0
C/s sau
thời gian giữ nhiệt.
3.1.2. Ý nghĩa của nhiệt luyện:
Nhiệt luyện tạo cho kim loại và hợp kim các tính chất(đặc biệt là cơ tính) cần thiết
để cho sản phẩm có thể làm việc lâu dài trong các điều kiện quy định.
Nhiệt luyện làm tăng độ bền, độ cứng mà vẫn đảm bảo độ dẻo dai nhất định của
kim loại do vậy làm tăng khả năng làm việc của máy móc.
Nhiệt luyện cải thiện tính công nghệ: Ví dụ: sau khi rèn thép bị biến cứng khó gia
công cơ khí, muốn gia công dễ dàng cần phải làm mềm đi bằng cách đem ủ.
Vậy nhiệt luyện có ảnh hưởng quyêt định đến giá thành, chất lượng, tuổi thọ của
các sản phẩm cơ khí. Máy móc càng chính xác, yêu cầu cơ tính càng cao mà bỏ qua nhiệt
luyện hoặc nhiệt luyện không đạt yêu cầu thì độ chính xác và khả năng làm việc sẽ không
đảm bảo. Do đó nhiệt luyện là thước đo để đánh giá trình độ phát triển khoa học kỹ thuật
trong ngành cơ khí chế tạo.
3.2. CÁC TỔ CHỨC ĐẠT ĐƯỢC KHI NUNG NÓNG VÀ LÀM NGUỘI THÉP
Bé m«n: C¾t gät kim lo¹i Khoa: C¬ khÝ chÕ t¹o

17
Thời gian
T
0
C
Hình 3 – 1. Quy trình nhiệt luyện tổng quát
Giáo trình vật liệu cơ khí
3.2.1. Cỏc nhit (im) ti hn:
A1: L nhit chuyn bin : T ễ thnh F + Xờ v ngc li (727
0
C ng
PSK)
A3: L nhit chuyn bin bt u tit ra Ferit t ễ khi lm ngui v kt thỳc
ho tan Ferit vo ễ khi nung núng. (727
0
C 911
0
C - ng GS)
Acm: L nhit chuyn bin bt u tit ra XờII t ễ khi lm ngui v kt thỳc
ho tan XờII vo ễ khi nung núng (727
0
C 1147
0
C -ng SE)
phõn bit cỏc nhit chuyn bin khi nung núng v khi lm ngui:
+ Khi nung núng: Ac1, Ac3, Accm (thờm c phớa sau: chauffage l nung núng)
+ Khi lm ngui: Ar1, Ar3, Arcm(thờm r phớa sau: Refroielisslment l lm ngui)
Khi nhit luyn thộp thng phi bit cỏc nhit A1, A3, Acm ng vi thnh
phn C ó cho.
Nu khụng cú s liu c th v cỏc nhit ú cng cú th tớnh c chỳng mt

cỏch gn ỳng nu coi ng GS v SE trờn gin l ng thng.
3.2.2. Cỏc t chc c bn nht t c khi nhit luyn:
ễstenit: Dung dch rn ca C trong Fe

(Fe

(C))
Mactenxớt: Dung dch rn qua bóo ho ca C trong Fe

: Fe

(C)
Peclit: Hn hp c hc gm cú Ferit v Xờmentit: (F + Fe
3
C) hay (Fe

+Fe
3
C)
(Ferit l dung dch rn ca C trong Fe

. Nhng kh nng ho tan ca Fe

khụng ỏng k:
Ln nht 727
0
C vi 0,02%C, cũn nhit thng l 0,006%C. Vỡ vy cú th coi Ferit
trong hp kim Fe C l Fe nguyờn cht)
3.2.3. Cỏc chuyn bin ch yu xy ra khi nhit luyn thộp:
a. Chuyn bin Peclit thnh ễstenit xy ra khi nung núng thộp quỏ nhit Ac1:

Bộ môn: Cắt gọt kim loại Khoa: Cơ khí chế tạo
18
G
1200
E
0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,14
Ac1
Ac3
Accm
Ô
Ô + XêII
Ô + F
727
T
0
C
P
S
K
911
1147
Hỡnh 3 2. Cỏc nhit ti hn khi nhit luyn
Gi¸o tr×nh vËt liÖu c¬ khÝ
[Feα + Fe
3
C] → Feγ(C)
b. Chuyển biến Ô thành Peclit xảy ra khi làm nguội thép xuống thấp hơn nhiệt độ
Ac1:
Feγ(C) → [Feα + Fe
3

C]
c. Chuyển biến Ô thành Mactenxit:
Feγ(C) → Fe
α
(C)
→ Chuyển biến này xảy ra khi làm nguội nhanh. Ô cũng có thể chuyển được thành
Peclit, song lúc này công cần để tạo nên Mactenxit từ Ô nhỏ hơn công cần tạo nên Peclit.
Do vậy Ô tạo nên Mactenxit trước, rồi sau đó từ mactenxit thành Peclit.
d. Chuyển biến Mactenxit thành Peclit:
Fe
α
(C) → [Feα + Fe
3
C]
3.2.4. Các chuyển biến xẩy ra khi nung và giữ nhiệt:
Các chuyển biến tổ chức trong quá trình nung của các loại thép tương ứng với giản
đồ trạng thái Fe – C. Nhưng nhiệt độ tới hạn thực tế phụ thuộc vào tốc độ nung V
n
và
luôn luôn lớn hơn nhiệt độ tới hạn lý thuyết, được ký hiệu là: Ac
1
, Ac
3
, Ac
cm
> Ar1, Ar3,
Arcm.
Khi nung đến vùng tổ chức γ, nhiệt độ nung càng cao thì kích thước hạt tinh thể
càng lớn.
Tại thời gian giữ nhiệt không có chuyển biến về tổ chức, mà chỉ nhằm mục đích:

+ Đồng đều nhiệt độ giữa các bề mặt và tâm lõi của vật rắn.
+ Hoàn thành các chuyển biến tổ chức tại nhiệt độ nung, đồng thời làm đồng đều
cấu tạo bên trong của thép tại nhiệt độ đó.
3.2.5. Các chuyển biến xẩy ra khi làm nguội:
Trong quá trình làm nguội các nhiệt độ tới hạn thực tế phụ thuộc vào V
ng
và luôn
luôn nhỏ hơn các nhiệt độ tới hạn lý thuyết, được ký hiệu: Ac
1
, Ac
3
, Ac
cm
< Ar1, Ar3,
Arcm.
Khi nung nóng đến vùng có tổ chức γ thì tốc độ nguội khác nhau sẽ nhận được các
tổ chức khác nhau. Nhìn chung có hai nhóm tổ chức cơ bản:
+ (α + Xe): Ứng với phương pháp làm nguội chậm
+ Mactenxit: Ứng với phương pháp làm nguội nhanh
Trong hai nhóm tổ chức này căn cứ vào tốc độ nguội (V
ng
) nhanh dần trong sản
phẩm thép khi tôi có thể nhận được 4 loại tổ chức cơ bản (P, X, T, M) có cơ tính thay đổi
theo quy luật độ cứng tăng, độ dẻo dai giảm:
Bé m«n: C¾t gät kim lo¹i Khoa: C¬ khÝ chÕ t¹o
19
Hình 3 – 3. Sơ đồ chuyển biến tổ chức của thép khi nung nóng và giữ nhiệt
Giáo trình vật liệu cơ khí
+ V
ng1

rt chm: T chc nhn c Peclit P
t
+ V
ng2
chm: T chc nhn c Xụcbit X
t
+ V
ng3
nhanh hn: T chc nhn c Troxtit T
t
+ V
ng4
rt nhanh: T chc nhn c Mactenxit M
t
Tt c cỏc t chc ny gm ( + Xe
tm
) cú kớch thc nh dn t V
ng1
n V
ng4
3.3. THẫP:
L phng phỏp nhit luyn bao gm nung núng thộp lờn n nhit nht nh
ri sau ú lm ngui chm (thng lm ngui cựng vi lũ)
Mc ớch ca : bn, cng rt thp, do dai cao. Cú nhiu phng phỏp
khỏc nhau.
3.3.1. khụng cú chuyn bin pha:
Ch nung di nhit Ac1. Bao gm:
a. thp ( non): L phng phỏp ch nung núng thộp ti nhit 200 ữ 300
0
C

hoc cao hn mt chỳt. Phng phỏp ny ch cú tỏc dng lm gim ng sut bờn trong
khụng lm thay i kớch thc v cng.
b. kt tinh li: L phng phỏp i vi thộp cacbon tin hnh t 600 ữ 700
0
C
Phng phỏp ny cú tỏc dng lm thay i kớch thc ht v cng.
3.3.2. cú chuyn bin pha:
a. hon ton: L phng phỏp nung núng thộp ti trng thỏi hon ton l ễ.
Nhit = Ac3 + (20 ữ 30
0
C)
Do ch nung cao hn Ac3 mt chỳt nờn ht ễ nh. Sau khi lm ngui chm thộp
cú ht nh v cng thp. Loi ny ỏp dng cho cỏc loi thộp cn ht nh m bo
dai tt.
b. khụng hon ton: L phng phỏp nung núng thộp ti trng thỏi cha hon
ton l ễ, tc l ch cao hn Ac1, thp hn Ac3 hoc Accm. S chuyn bin khi nung
núng õy l khụng hon ton: Ch cú Peclit thnh ễ cũn Ferit v Xờmentit vn cũn.
Nhit = Ac1 + (20 ữ 30
0
C).
Loi ny ỏp dng cho cỏc loi thộp cỏc bon cú C > 0,65%, ch yu l thộp cỏc
bon dng c.
c. khuych tỏn:
Thộp hp kim khi ỳc thng khụng ng nht v thnh phn hoỏ hc m ta gi l
thiờn tớch. lm mt hin tng ny phi nung thộp n nhit cao (1100ữ1150
0
C)
trong nhiu gi ( 10 15 gi) cỏc nguyờn t kp khuch tỏn v lm ng u thnh
phn bờn trong vt ỳc.
Loi ny thng ỏp dng cho thộp hp kim cao trc khi em cỏn

d. ng nhit: Thộp c nung ti nhit cao hn Ac3 hoc Accm, gi nhit
ri lm ngui nhanh xung di nhit Ac1 khong 50 100
0
C ri gi nhit ny
Bộ môn: Cắt gọt kim loại Khoa: Cơ khí chế tạo
20
Hỡnh 3 4. S quỏ trỡnh thộp
T
0
C
Giáo trình vật liệu cơ khí
cho ễ phõn hoỏ thnh hn hp F +XờII. Phng phỏp ny c ỏp dng rng dói c bit
cho thộp hp kim.
3.4. THNG HểA THẫP:
L phng phỏp nung núng thộp lờn n trng thỏi hon ton l ễ (cao hn
ng GSE) gi nhit ri sau ú lm ngui trong khụng khớ nhn c t chc l P +
Xờ, nhng cỏc ht Xờ nh mn hn do vy cú bn, cng cao hn .
Nhit nung thng hoỏ xỏc nh theo cụng thc:
Nhit nung = Ac3 hoc = Accm + (20 30
0
C)
So vi thng hoỏ kinh t hn vỡ khụng phi lm ngui trong lũ. Do vy thng
ỏp dng nhiu hn nu c hai cựng nhm 1 mc ớch vỡ mc ớch ca thng hoỏ tng
t nh
3.5. TễI THẫP
3.5.1. nh ngha v mc ớch:
Tụi thộp l phng phỏp nung núng thộp lờn ớt nht quỏ nhit Ac1 lm xut
hin ễ (), gi nhit ú mt thi gian cn thit, sau ú lm ngui nhanh thớch hp
c chuyn thnh Mactenxit (M)
Bn cht ca Mactenxit l dung dch rn quỏ bóo hũa ca cỏc bon trong Fe vi

nng cỏc bon trong ễ ban u cú kiu mng lp phng th tõm.
Mc ớch ca tụi thộp:
+ t cng v tớnh chng mi mũn tt nht cho vt liu
+ t thm tụi cao nhng hỡnh dng sn phm khụng thay i
3.5.2.Tc tụi ti hn v thm tụi:
a. Tc tụi ti hn:
Bộ môn: Cắt gọt kim loại Khoa: Cơ khí chế tạo
21
Acm (Ac3)

T
0
C
Hỡnh 3-5. S quỏ trỡnh thng húa thộp
Ac1

T
0
C
Hỡnh 3-6. S quỏ trỡnh tụi thộp
Ac1
Gi¸o tr×nh vËt liÖu c¬ khÝ
Là tốc độ làm nguội nhỏ nhất cần thiết để Ô chuyển thành Mactenxxit và các tổ
chức có độ cứng cao hơn
Tốc độ tôi tới hạn càng nhỏ thép càng dễ tôi vì khi đó chỉ cần dùng các môi trường
làm nguội chậm cũng đủ tôi cứng
b. Độ thấm tôi:
Là chiều sâu (chiều dày) của lớp được tôi cứng. Vì khi tôi bề mặt được lamf nguội
nhanh, còn bên trong nguội chậm hơn nên chỉ lớp bề mặt được tôi cứng.
Độ thấm tôi có ý nghĩa rất quan trọng, nó quyết định rất nhiều đến tính chất cơ khí

của thép. Độ thấm tôi của thép càng lớn, thép được coi càng tốt
3.5.3. Cách chọn nhiệt độ tôi và môi trường tôi:
a. Cách chọn nhiệt độ tôi:
Đối với thép trước cùng tích và cùng tích: nhiệt độ tôi lấy cao hơn Ac3, tức là
nung nóng thép tới trạng thái hoàn toàn là Ô.
Nhiệt độ tôi = Ac3 + (30 – 50
0
C)
→ Phương pháp này còn được gọi là phương pháp tôi hoàn toàn.
Đối với thép cùng tích và thép sau cùng tích: nhiệt độ tôi chỉ lấy cao hơn Ac1,
thấp hơn Accm. Tức là nung nóng thép tới trạng thái ngoài Ô vẫn còn Xê
Nhiệt độ tôi = Ac1 + (30 – 50
0
C)
→ Phương pháp này còn được gọi là phương pháp tôi không hoàn toàn.
Nếu nhiệt độ tôi của thép trước cùng tích chỉ cao hơn Ac1 và thấp hơn Ac3 thì tổ
chức khi nung là (Ô + F), sau khi tôi là (Mactenxit + F), F là cho độ cứng của thép tôi
không đạt được giá tri cao nhất. Còn khi nung quá Ac3 thì sau khi tôi không còn F nên
thép sẽ có độ cứng cao nhất.
Ngược lại tôi thép sau cùng tích không thể nung thép lên quá nhiệt độ Accm, vì
khi đố tất cả các bon sẽ hòa tan hết trong Oosstenit, do vậy Mactenxit có thể tích lớn, áp
suất lên Ôstenit càng lớn, làm cho Oosstenit dư càng nhiều, như vậy độ cưgns của thép
thực tế lại giảm đi.
Cần phải kiểm tra nghiêm ngặt nhiệt độ tôi vì nếu thấp quá nhệt độ quy định thép tôi
không cứng, vượt quá nhiệt độ quy định thép tôi quá ròn do hạt Ô lớn khi nung và do vậy
có tổ chức Mactenxit hình kim lớn.
Các thép hợp kim có nhiệt độ tôi khác thép các bon ngay khi cả hai có cùng một
lượng các bon như nhau vì các nguyên tố hợp kim làm thay đổi các điểm tới hạn Ac1,
Ac3 của thép. Nhiệt độ tôi của chúng tra ở sổ tay nhiệt luyện
b. Cách chọn môi trường tôi:

Vấn đề chủ yếu của thép là chọn môi trường tôi. Nguyên tắc chọn môi trường tôi
để được tổ chức Mactenxit hay các tổ chức khác cứng hơn là làm sao môi trường có tốc
độ làm nguội nhanh nhưng phải đảm bảo ứng suất dư sinh ra cho sản phẩm nhỏ hơn giới
hạn đàn hồi của thép chế tạo sản phẩm, để nó tránh bị cong vênh, nứt vỡ khi làm nguội.
Tốc độ làm nguội lý tưởng nhất là: ở khoảng 650 – 400
0
C cần nguội ngay còn ngoài
khoảng đó cần làm nguội chậm, đặc biệt từ 300
0
C trở xuống
Ngoài ra môi trường phải có khả năng dẫn nhiệt tốt và có độ bám vào bề mặt cao
để môi trường tiếp xúc đều với bề mặt chi tiết. Thông thường trong thực tế có 2 môi
trường tôi phổ biến là nước và dầu
3.5.4. Các phương pháp tôi và công dụng:
a. Tôi trong một môi trường: (Có thể là nước hoặc dầu):
Bé m«n: C¾t gät kim lo¹i Khoa: C¬ khÝ chÕ t¹o
22
Gi¸o tr×nh vËt liÖu c¬ khÝ
Sau khi nung nóng thép đến nhiệt độ tôi, giữ nhiệt rồi làm nguội trong một môi
trường nào đó ( nước hoặc dầu ) đủ nhanh để Ôstenit chuyển thành Mactenxit. Đây là
phương pháp tôi phổ biến và đơn giản.
Khi nhúng thép nung vào nước,thép bị nguội đột ngột xuống 700 đến 600
0
C và
xung quanh nó tạo nên lớp màng hơi quá nung , khi đó làm nguội qua lớp màng hơi quá
nung nên tốc độ nguội chậm. Sau đó lớp màng hơi bị phá huỷ và nước bắt đầu sôi lên
trên bề mặt thép , lúc này từ độ nguội lại nhanh lên.
khi thép bị nguội xuống dưới 100
0
C nước không sôi nữa .

Nước là môi trường tôi mạnh nhưng thép dễ nứt vì tốc độ nguội ở vùng chuyển
biến Mactenxit lớn.
Khuyết điểm lớn nhất của nước là khi tôi nước sẽ nóng lên do vậy khi tôi phải
luôn thay nước để đảm bảo nước không bị nóng.
Nước có pha thêm NaCl, NaOH sẽ làm tăng khả năng nguội của nó vì tạo ra các
ion điện ly dẫn nhiệt tốt.
Dầu là môi trường tôi thường dùng, có ưu điểm là làm thép nguội chậm trong
khoảng nhiệt độ chuyển biến Mactenxit nên ít gây ra cong, vênh, nứt nhưng có khuyết
điểm làm thép nguội chậm là môi trường tôi yếu so với nước
Khác với nước, khi nhiệt độ dầu tăng không làm giảm khả năng nguội của nó. Tuy
nhiên, nếu để dầu quá nóng nó sẽ bốc cháy ( nhiệt độ bốc cháy của dầu khoảng 150 –
320
0
C). Chi tiết tôi trong dầu có lớp bề mặt màu đen do dầu cháy
Dầu là môi trường tôi tốt của thép các bon có tiết diện nhỏ và thép hợp kim
b. Tôi trong 2 môi trường:
Lúc đầu chi tiết được làm lạnh trong môi trường tôi mạnh( nước hoặc nước pha
muối) sau đó nhắc chi tiết ra chuyển sang môi trường làm nguội chậm hơn (dầu hoặc
không khí ), chuyển biến Mactenxit sẽ sảy ra trong môi trường thứ 2 nên ít ứng suất bên
trong hơn so với phương pháp tôi trong một môi trường.
Nhược điểm của phương pháp này là khó xác định được thời điểm chuyển chi tiết
từ môi trường 1 sang môi trường 2: nếu chuyển quá sớm, thép sẽ nguội trong môi trường
2 là chủ yếu nên dễ không đạt được độ cứng; nếu chuyển quá muộn, chuyển biến
Mactenxit sẽ sảy ra ngay ở môi trường 1, nên yêu cầu giảm ứng suất bên trong không
thực hiện được
Điểm chuyển môi trường làm nguội khi thép có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bắt đầu
chuyển biến tổ chức ( Ô thành Mactenxit) khoảng 100
0
C là thích hợp ( kinh nghiệm cho
thấy, nhúng ở môi trường 1, lấy ở mức 2s/10 mm đường kính)

Phương pháp này dùng tôi các dụng cụ làm bằng thép các bon cao.
c. Tôi bộ phận:
Nhiều trường hợp các chi tiết chỉ cần một bộ phận nào đó cứng, phần còn lại yêu
cầu mềm ( giữ nguyên tính chất), khi đó chỉ cho phép tôi những phần yêu cầu cứng.
* Phương pháp 1:
Nung nóng bộ phận: chỉ nung nóng phần cần tôi cứng lên đến nhiệt độ tôi, sau đó
làm nguội trong môi trường tôi thích hợp (có thể làm nguội bộ phận hay toàn bộ đều
được), khi đó phần được nung nóng sẽ bị tôi cứng, các phần còn lại không được nung vẫn
giữ nguyên tính chất
*Phương pháp 2:
Nung nóng toàn bộ, làm nguội bộ phận ( gọi là tôi tự ram)
Nung nóng toàn bộ chi tiết lên đến nhiệt độ tôi, nhưng chỉ làm nguội trong môi trường tôi
thích hợp với những phần yêu cầu cứng. Khi đó phần còn lại sẽ truyền nhiệt đến phần đã
tôi, như vậy đã được ram
Bé m«n: C¾t gät kim lo¹i Khoa: C¬ khÝ chÕ t¹o
23
Giáo trình vật liệu cơ khí
d. Tụi b mt:
Tt c cỏc phng phỏp tụi b mt u da trờn nguyờn lý chung l nung núng tht
nhanh b mt vi chiu sõu nht nh lờn nhit tụi, trong khi ú phn ln lừi khụng
c nung núng, khi lm ngui nhanh tip theo ch cú b mt c tụi cng, cũn lừi
khụng c tụi vn mm.
Cú th nung núng nhanh b mt bng phng phỏp sau: nung núng bng dũng
in cm ng cú tn s cao hc bng ngon la ca hn hp khớ C
2
H
2
v O
2
.

Nung bng dũng in cm ng: dũng in c dn vo vũng ng (vũng cm
ng) v t chi tit cn tụi vo trong hay bờn cnh vũng cm ng. Dũng in cú tn s
cao chy trong vũng cm ng s t núng b mt chi tit cn tụi. Tu theo hỡnh dng b
mt ca chi tit, vũng cm ng c un theo chu vi ca chi tit.
u im ca phng phỏp ny: nng sut cao do thi gian nung ngn, cht lng
cao do nhit tỏc dng vo kim loi trong thi gian rt ngn nờn gim rt nhiu nhng h
hng khi nung núng nh quỏ nung, ht ln v thoỏt cỏc bon b mt.
Nhc im ca phng phỏp l phi ch to vũng cm ng thớch hp cho mi
loi chi tit, do ú ch ỏp dng cho sn xut hng lot, hng khi
3.6. RAM THẫP
3.6.1. Mc ớch ca ram thộp:
Bộ môn: Cắt gọt kim loại Khoa: Cơ khí chế tạo
24
Hỡnh 3-7. Vũng cm ng tụi b mt ngoi trc v chi tit cú gúc cnh
Hỡnh 3-7. Vũng cm ng tụi b mt bờn trong v tụi mt phng
Gi¸o tr×nh vËt liÖu c¬ khÝ
Sau khi tôi thép có độ cứng cao, ròn và có ứng suất bên trong, vì vậy thép rất dễ
gãy khi làm việc.
Ram là quá trình nung nóng thép sau khi tôi đến nhiệt độ thích hợp nhưng thấp
hơn Ac1 nhằm mục đích:
+ Giảm ứng suất bên trong để không gây hư hỏng khi sử dụng
+ Biến tổ chức Mactenxit và các tổ chức cứng khác thành các tổ chức có cơ tính
(độ cứng, bền, dẻo dai) thích hợp với điều kiện làm việc đã cho của chi tiết.
+ Ngoài ra trong một số trường hợp ram ở nhiệt độ cao sẽ làm cho gia công cắt gọt
dễ dàng hơn.
Ram là một quá trình bắt buộc sau khi tôi.
3.6.2. Các phương pháp ram thép:
Căn cứ vào nhiệt độ nung và tổ chức tạo thành, có các phương pháp ram sau:
a. Ram thấp ( 150 – 250
0

C ):
Phương pháp này chỉ làm giảm ứng suất bên trong một phần, vẫn giữ được độ
cứng cao sau khi tôi. Tổ chức nhận được là Mactenxit ram và có thể còn Oosstenit dư.
Thường dùng cho các sản phẩm cần độ cứng và tính chống mài mòn cao, như dao cắt,
khuôn dập nguội, vòng bi
b. Ram trung bình ( 300 – 450
0
C ):
Là phương pháp làm giảm nhiều ứng suất bên trong, tăng độ dẻo dai. Tổ chức
nhận được là Trustit ram có độ cứng tương đối cao, giới hạn đàn hồi cao mà vẫn giữ
được đội dai nhất định. Thường dùng cho các sản phẩm như: nhíp, lò xo, một số khuân
dập nóng
c. Ram cao ( 500 – 650
0
C ):
Phương pháp này làm cho thép có độ bền, độ dai va đập rất cao. Tổ chức nhận
được là Xoocbit ram. Các chi tiết máy quan trọng đều áp dụng phương pháp này, như
thanh truyền, trục, bánh răng,
3.7. CÁC KHUYẾT TẬT THƯỜNG XẨY RA KHI NHIỆT LUYỆN THÉP
3.7.1. Biến dạng và nứt:
Đây là dạng khuyết tật thường gặp. Do ứng suất bên trong quá lớn vì làm nguội
quá nhanh khi tôi.
Nguyên nhân: Khi làm nguội không đều sẽ tạo ra sự giãn nở thể tích trong chi tiết
do đó tạo ra lực co và lực kéo lớn dẫn đến nứt, vỡ.
Phương pháp nhúng chi tiết vào môi trường tôi cũng ảnh hưởng đến cong vênh. Vì
vậy khi nhúng chi tiết vào môi trường tôi cần tuân theo quy tắc sau đây:
Bé m«n: C¾t gät kim lo¹i Khoa: C¬ khÝ chÕ t¹o
25
Hình 3-8. Cách nhúng chi tiết vào môi trường tôi