Giáo trình vật liệu cơ khí

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 cơ sở khoa
Cơ khí trường cao đẳng nghề Cơ Điện Phú Thọ đã biên soạn giáo trình “Vật
liệu cơ khí”. Giáo trình được biên soạn theo chương trình khung Quốc gia trình
độ Cao đẳng nghề. Nội dung của giáo trình nhằm trang bị những kiến thức cơ
bản về vật liệu của ngành hàn 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


MỤC LỤC
Trang
1

Lời giới thiệu

2

Mục lục
I
1
2
II
1
2

Chương 1: Lý thuyết về hợp kim
Khái niệm về kim loại.
Khái niệm về hợp kim.
Chương 2: Gang
Khái niệm về gang.
Ảnh hưởng của các nguyên tố hóa học đến tính chất của

5
5
5
8
13
13

3
III
1
2
IV

gang
Các loại gang thường dùng

Chương 3: Thép.
Thép các bon.
Thép hợp kim.
Chương 4: Kim loại màu và hợp kim màu.

15
19
21
24
28

1
2
3
V
1
2
VI
1
2
3

Nhôm và hợp kim nhôm.
Đồng và hợp kim đồng.
Hợp kim làm ổ trượt.
Chương 5: Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện
Nhiệt luyện.
Hóa nhiệt luyện
Chương 6: Vật liệu phi kim loại.
Dầu, mỡ bôi trơn

Chất dẻo
Vật liệu Compozit

1

29
30
31
34
34
43
46
47
47


CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC
Tên mơn học: Vật liệu cơ khí
Mã môn học: MH13
Thời gian môn học: 45 giờ; (Lý thuyết: 29 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận,
bài tập: 13 giờ; Kiểm tra: 3 giờ)
I. Vị trí, tính chất của mơn học:
- Vị trí: Mơn học được bố trí trước các môn học chung và các mô đun đào tạo nghề.
- Tính chất: Là mơn học cơ sở.
II. Mục tiêu mơn học:
- Kiến thức:
+ Trình bày được đặc điểm, tính chất cơ lý, ký hiệu và phạm vi ứng dụng của
một số vật liệu thường dùng trong ngành cơ khí như: gang, thép cácbon, thép hợp
kim, hợp kim cứng, kim loại màu, vật liệu phi kim loại,...
+ 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.
- Kỹ năng:
+ Nhận biết được vật liệu qua màu sắc, tỷ trọng, độ nhám mịn, âm thanh khi
gõ, đập búa, xem tia lửa khi mài.
+ Lựa chọn đúng phương pháp và khoảng nhiệt độ nhiệt luyện cho các loại vật
liệu khác nhau.
+ 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:
+ Có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm trong công việc, sẵn
sàng hợp tác, giúp đỡ lẫn nhau.
+ Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực
sáng tạo
+ Tham gia học tập đầy đủ.
III. Nội dung môn học:
1. Nội dung tổng quát và phân bổ thời gian:

Số
TT
1

Tên chương, mục

Chương 1: Lý thuyết về hợp
kim
1. Khái niệm về kim loại.
1.1. Định nghĩa kim loại
1.2. Tính chất của kim loại
1.3. Cấu tạo mạng tinh thể thường

gặp trong kim loại nguyên chất.

Thời gian(giờ)
Thực
hành, thí
Tổng
Lý
nghiệm,
số thuyết
thảo luận,
bài tập
9

7
4

2

Kiể
m
tra
0


Số
TT

2

3

4

Tên chương, mục

2. Khái niệm về hợp kim.
2.1. Định nghĩa hợp kim.
2.2. Ưu điểm của hợp kim
2.3. Cấu tạo hợp kim
2.4. Giản đồ trạng thái hợp kim
Chương 2: Gang
1. Khái niệm về gang.
2. Ảnh hưởng của các nguyên tố
hóa học đến tính chất của gang
3. Các loại gang thường dùng
3.1. Gang xám
3.2. Gang trắng
3.3. Gang cầu
3.4. Gang dẻo
Chương 3: Thép.
1. Thép các bon.
1.1. Khái niệm
1.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố
hóa học đến tính chất của thép
1.3. Phân loại thép các bon
1.4. Ký hiệu các loại thép các bon
2. Thép hợp kim.
2.1. Khái niệm.
1.2. Ảnh hưởng của các nguyên tố
hóa học đến tính chất của thép

1.3. Ký hiệu phép hợp kim
2.4. Phân loại thép hợp kim
Chương 4: Kim loại màu và
hợp kim màu.
1. Nhôm và hợp kim nhôm.
1.1. Nhôm nguyên chất
1.2. Hợp kim nhôm
2. Đồng và hợp kim đồng.
2.1. Đồng nguyên chất.
2.2.Hợp kim đồng.

2

Thời gian(giờ)
Thực
hành, thí
Tổng
Lý
nghiệm,
số thuyết
thảo luận,
bài tập
3
2

7

10

7

Kiể
m
tra

4
1

2
0

1
0

3

2

1

6
3

4
2

0

3

2

4
2

2
1

1

1

1

1


Số
TT

Tên chương, mục

3. Hợp kim làm ổ trượt.
3.1. Yêu cầu đối với hợp kim làm
ổ Trượt.
3.2. Hợp kim làm ổ trượt có độ
nóng chảy thấp.
3.3. Hợp kim làm ổ trượt có độ
nóng chảy cao.

Thời gian(giờ)
Thực
hành, thí
Tổng
Lý
nghiệm,
số thuyết
thảo luận,
bài tập
1
0

Kiể
m
tra

3.
5

6

Chương 5: Nhiệt luyện và hóa
nhiệt luyện.
1. Nhiệt luyện.
1.1. Khái niệm về nhiệt luyện.
1.2. Các yếu tố đặc trưng cho
nhiệt luyên.
1.3. Tác dụng của nhiệt luyên đối
với ngành cơ khí.
1.4. Các tổ chức đạt được khi

nung nóng và làm nguội thép.
1.5. Các hình thức nhiệt luyện
1.5. Các dạng hỏng xảy ra khi
nhiệt luyện thép.
2. Hóa nhiệt luyện.
2.1. Định nghĩa.
2.2. Mục đích.
2.3. Phân loại.
2.4. Các hình thức hóa nhiệt
luyện
a.. Thấm Các bon.
b. Thấm Các bon-nitơ (thấm
xianua).
c. Các phương pháp hóa nhiệt
luyện khác.
Chương 6: Vật liệu phi kim
loại.
1. Dầu, mỡ bôi trơn
1.1. Dầu
1.2. Mỡ
2. Chất dẻo
2.1. Định nghĩa
3

7

5

6
3

2
1

0

2

1

3

1

1

2
1

1
0

1


Số
TT

Thời gian(giờ)
Thực

hành, thí
Tổng
Lý
nghiệm,
số thuyết
thảo luận,
bài tập

Tên chương, mục

2.2. Cơng dụng
2.3. Tính chất
2.4. Phân loại
3. Vật liệu Compozit
3.1. Khái niệm
3.2. Các loại compozit
Cộng

45

4

29

13

Kiể
m
tra

3


U CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HỒN THÀNH MƠN HỌC
1. Nội dung:
+ Kiến thức: Trình bày được đặc điểm, tính chất cơ lý, ký hiệu và phạm vi ứng
dụng của một số vật liệu thường dùng trong ngành cơ khí như: gang, thép cácbon,
thép hợp kim, hợp kim cứng, kim loại màu, ceramic, vật liệu phi kim loại, dung dịch
trơn nguội ... Giải thích được một số khái niệm về nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện.
Nhận biết được vật liệu qua màu sắc, tỷ trọng, độ nhám mịn, âm thanh khi gõ, đập
búa, xem tia lửa khi mài. Xác định được tính chất, cơng dụng các loại vật liệu thường
dùng cho nghề.
+ Kỹ năng: Đo được độ cứng HB, HRC. Nhiệt luyện được một số dụng cụ của
nghề như dao tiện thép gió, đục...
+ Năng lực tự chủ trách nhiệm: Phải dự lớp trên 80% số giờ. Tự giác, có trách
nhiệm trong học tập, có tinh thần hợp tác, giúp đỡ lẫn nhau.
2. Phương pháp:
+ Dựa vào các bài kiểm tra thường xuyên (A):
+ Dựa vào các bài kiểm tra định kỳ (B):
Trung bình kiểm tra
TBKT 

( A  B * 2)
n

n: tổng hệ số của các bài kiểm tra thường xuyên và kiểm tra định kỳ
+ Dựa vào bài thi kết thúc môn học cuối học kỳ (C):
TBC MH 0,4TBKT  0,6C

+ Thang điểm: 10

3. Yêu cầu:
+ Trung bình các bài kiểm tra đạt từ 5.0 trở lên và dự trên 80% tổng số giờ
mơn học thì được dự bài kiểm tra kết thúc môn học.
+ Bài kiểm tra hết mơn đạt từ 5 điển trở lên thì hồn thành môn học

5


Chương 1. Lý thuyết về hợp kim
Thời gian: 9 giờ
1. 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.
- Giải thích được giản đồ trạng thái hợp kim
- Rèn luyện tính tự giác, ý thức trong khi tham gia học tập.
1. Hỵp kim
1.1 Khái niệm về hợp kim.
a. Định nghĩa
Hơp kim là vật thể mang tính kim loại (sáng, dẻo, dẫn điện và nhiệt) chứa
nhiều nguyên tố trong đó chủ yếu phải là nguyên tố kim loại, nguyên tố còn lại là
nguyên tố hợp kim hoá.
b. u việt của hợp kim đối với ngành cơ khí
Hợp kim đợc sử dụng nhiều trong ngành cơ khí. So với kim loại nguyên chất,
nó có tác dụng phù hợp với chế tạo cơ khí.
- Cơ tính hợp kim phù hợp vật liệu chế tạo cơ khí: Đối với ngành cơ khí vật liệu
chế tạo phải có ®é bỊn cao, ti thä sư dơng tèt, vỊ mỈt này hợp kim hơn hẳn kim loại
ngyên chất, độ cứng, độ bền cao hơn hẳn, trong khi đó độ dẻo dai vẫn đủ cao. Còn
kim loại nguyên chất tuy độ dẻo dai cao nhng độ bền thấp hơn, độ cứng kém hơn nên
bị mài mòn nhanh.
- Tính công nghệ thích hợp: Kim loại nguyên chất có tính dẻo cao, dễ gia công

áp lực nhng khó đúc, gia công cắt kém và không hoá bền bằng nhiệt luyện. Hợp kim
có tính công nghệ khác nhau và phù hợp với từng điều kiện gia công nh: Gia công áp
lực ở trạng thái nóng và nguội, đúc, gia công cắt, nhiệt luyện ... đảm bảo cho chế tạo
sản phẩm có năng suất cao.
- Giá thành hạ hơn: Dễ chế tạo hơn do phải khử bỏ triệt để các tạp chất nh kim
loại.
1.2. Cấu trúc tinh thể hợp kim
Cấu tạo bên trong của hợp kim phụ thuộc chủ yếu vào tác dụng giữa các
nguyên tố cấu tạo nên chúng.
Nói chung ở trạng thái lỏng các nguyên tố đều hoà tan lẫn nhau để tạo nên
dung dịch lỏng. Song khi làm nguội ở trạng thái rắn sẽ hình thành tổ chức pha* của
hợp kim có thể rất khác nhau do tác dụng với nhau giữa các nguyên tố, nó sẽ có tổ
chức pha nh sau:
* Hợp kim có tổ chức một pha (một kiểu mạng tinh thể).
- Khi các nguyên tố trong hợp kim tác dụng hoà tan ở trạng thái rắn gọi là dung
dịch rắn.
- Khi các nguyên tố trong hợp kim tác dụng hoá học ở trạng thái rắn gọi là hợp
chất hoá học.
* Hợp kim có tổ chức hai pha trở lên ( 2 kiểu mạng tinh thể)
- Khi giữa các pha trong hợp kim có tác dụng cơ học với nhau gọi là hỗn hợp cơ
học.
Pha(*): Là tổ phần đồng nhất cã tÝnh chÊt gièng nhau trong toµn bé thĨ tÝch ở
cùng trạng thái (lỏng, rắn phải có cùng một kiểu mạng tinh thể) và ngăn cách phần
còn lại bằng bề mặt phân chia.
Vậy kim loại nguyên chất khi ở trạng thái rắn không có tính thù hình thì chỉ có
một kiểu mạng tinh thể nên có cấu tạo một pha. VÝ dơ Fe  lµ mét pha, Fe  lµ một
pha, Fe là một pha.
a. Dunh dịch đặc:
Định nghĩa:
Khi hai hay nhiều nguyên tố hợp kim có khả năng hoà tan vào với nhau ở trạng

thái rắn và tạo nên một thể đồng nhất có tính chất giống nhau trong toàn bộ thể tích
của hợp kim.
6


Quy ớc: Trong dung dịch rắn, nguyên tố có chứa lợng nhiều hơn gọi là nguyên
tố dung môi, nguyên tố còn lại là nguyên tố hoà tan. Trong hệ hợp kim A-B theo qui íc ta cã lý hiƯu dung dịch rắn: A(B) tức là B hoà tan trong A với thành phần có hạn
hoặc vô hạn. Nếu nguyên tố dung môi A có tính thù hình: , thì ta có dung dịch
rắn đợc ký hiệu A (B), A (B) hoặc ký hiệu bằng chữ hoặc ký hiệu bằng chữ , hoặc ký hiệu bằng chữ
Ngời ta chia dung dịch đặc thành hai loại là: Dung dịch đặc thay thế và dung
dịch đặc xen kẽ:
+ Dung dịch đặc thay thế: trong dung dịch đặc thay thế, ví dụ của đồng và
niken, nguyên tử niken đẩy một số nguyên tử của đồng ra khỏi nút mạng tinh thể và
thay thế vào vị trí ấy.
+ Dung dịch đặc xen kẽ: Trong dung dịch đặc xen kẽ, nguyên tử của các
nguyên tố hòa tan, ví dụ: Cácbon, bo, ôxy, vv hoặc ký hiệu bằng chữ nằm xen kẽ vào các lỗ hổng giữa các
nút mạng tinh thể của nguyên tố kim loại cơ bản (dung môi).

Hình 1.1 - Sơ đồ tạo thành dung dịch rắn thay thế và xen kẽ
Cơ tính:
Cơ tính chung của dung dịch rắn: Có độ cứng thấp, độ bền thấp và có độ dẻo
cao, độ dai cao do cã kiĨu m¹ng tinh thĨ tõ kim loại nguyên chất.
Nếu kích thớc tinh thể của pha dung dịch càng nhỏ, độ cứng, độ bền sẽ đỡ thấp
hơn hoặc lợng nguyên tố hoà tan càng lớn sẽ làm tăng cơ tính của nó (độ bền tăng).
b. Hợp chất hóa học
Định nghĩa:
Khi hai hay nhiều nguyên tố hợp kim có tích chất điện hoá khác nhau có khả
năng tác dụng hoá học với nhau để tạo ra công thức hoá học và tạo nên một thể đồng
nhất có tÝnh chÊt gièng nhau trong toµn bé thĨ tÝch cđa hỵp kim.
Quy íc: NÕu ta cã hỵp kim A-B, khi B có thành phần hoá học nhất định có tính

chất ®iƯn ho¸ kh¸c víi A sÏ t¸c dơng ho¸ häc với A để tạo thành hợp chất hoá học đợc kí hiệu theo công thức hoá học AmBn.
Cấu tạo:
Hợp kim có một pha ứng với một hợp chất hoá học vì có một kiểu mạng tinh
thể
nhng khác với kiểu mạng tinh thể của nguyên tố thành phần tạo nên nó.
Ví dụ: Hệ hợp kim sắt Fe-C khi nguyên tố C= 6,67% thì tác dụng với nguyên
tố Fe để tạo thành hợp chất hoá học Fe3C có cấu tạo một pha vì có một kiểu mạng tinh
thể trực phoi phức tạp (không giống kiểu mạng của Fe và C).
Cơ tính:
Cơ tính chung của hợp chất hoá học có độ cứng cao, tính giòn lớn do có kiểu
mạng tinh thể phức tạp không giống kiểu mạng của kim loại nguyên chất, đồng thời
có nhiệt độ phân huỷ cao (tnc cao).
7


c. Hỗn hợp cơ học
Rất nhiều trờng hợp hợp kim không có một pha nh ở trên mà gồm nhiều pha.
Cấu tạo nh vậy gọi là hỗn hợp cơ học.
Định nghĩa:
Khi hai hay nhiều pha trong hợp lim không có khả năng hoà tan và tác dụng
hoá
học với nhau ở trạng thái rắn thì tác dụng cơ học với nhau để tạo thành hỗn hợp cơ
học của hợp kim.
Quy ớc: Nếu hợp kim A-B khi ở trạng thái rắn có hai hay nhiều pha nhng
chúng không tác dụng hoá học với nhau và cũng không tác dụng hoà tan với nhau mà
tác dụng cơ học thuần tuý để tạo nên một vật thể mang tính kim loại có nhiều pha đợc
ký hiệu giữa các pha tác dụng cơ học bằng dấu (+).
Cơ tính hỗn hợp cơ học nói chung phụ thuộc vào cơ tính của các pha tạo
thành.
Muốn đánh giá cơ tính của hỗn hợp cơ học nào đó trong hợp kim có thành phần

hoá học xác định tại nhiệt độ nhất định phải căn cứ vào tỷ lệ cấu tạo và cơ tính của
pha tạo thành.

Chng 2. Gang
Thời gian: 7 giờ
1. Mục tiêu:
- Trình bày được khái niệm, ký hiệu của gang.
- Phân biệt được các loại gang dùng trong chế tạo máy.
- Rèn luyện tính tự giác, ý thức trong khi tham gia học tập.
2.1 kh¸i niệm về giản đồ trạng thái
2.1.1. Định nghĩa
Là biểu đồ biểu thị trạng thái tổ chức của hệ hợp kim đà cho trên hệ trục nhiệt
độ và thành phần hoá học.m,ky
2.1.2. Công dụng giản đồ trạng thái của hệ hợp kim đà cho
- Cho biết cấu tạo bên trong của hợp kim với thành phần xác định khác nhau
thông qua giản đồ trạng thái này để biết đợc cơ tính của chúng, do đóbiết cách sử
dụng hợp ký vật liệu làm bằng hợp kim đó.
- Qua giản đồ trạng thái xác định đợc chế độ nhiệt cho các công nghệ: Luyện
kim và đúc (xác định tnc), rèn (xác định t bắt đầu và kết thúc khi gia công), nhiệt
luyện (xác định các t của từng phơng pháp nhiệt luyện), hàn (t hàn) của hợp kim có
thành phần xác định.
2.1.3. Ví dụ
a. Giản đồ hệ một nguyên tố Fe
Khi ta có hệ hợp kim Fe- nguyên tố khác. Nếu nguyên tố hợp kim hoá là 0% thì
giản đồ chỉ biểu diễn trên một hệ trục tung là nhiệt độ (vì tại trục hoành, thành phần
hoá học là một điểm ứng với 100% là Fe và 0% là nguyên tố khác) chính là sơ đồ thù
hình của Fe biểu diễn trên hình 2. Qua đó có thể biết đợc trạng thái của Fe và các loại
cấu tạo khác nhau của Fe ở trạng thái rắn ở các khoảng nhiệt độ khác nhau lµ Fe  (1
pha), Fe  (1 pha), Fe  (1 pha), Fe lỏng ( 1 pha).
b. Giản đồ trạng thái hệ hai nguyên tố Cu- Ni

Khi ta có hệ hợp kim Cu-Ni biểu diễn trên hệ trục nhiệt độ và thành phần hoá
học của Niken thay đổi từ 0%100% (biểu diễn trên hình 3) cho biết trên đó ký hiƯu
cđa c¸c vïng tỉ chøc  , L,  +L.

8


Hình 2.1 - Giản đồ trạng thái hệ hợp kim Cu-Ni
L: Dung dịch lỏng Cu và Ni (1pha).
: Dung dịch rắn của niken hoà tan trong đồng Cu (Ni ) (1 pha).
+L: Hợp kim ở hai trạng thái: rắn và lỏng L (2 pha).
Căn cứ giản đồ hệ hợp kim Cu-Ni biết đợc cấu tạo bên trong của nó, từ đó có
thể:
- Xét cấu tạo của hợp kim Cu-Ni khi Ni= 20% nung đến nhiệt độ 1500C.
Từ nhiệt độ thờng đến nhiệt độ t1 hợp kim có cấu tạo là dung dịch rắn .
Từ nhiệt độ t1 đến nhiệt độ t2 cấu tạo hợp là +L
Nhiệt độ t2>1500C cấu tạo hợp kim hoàn toàn ở trạng thái lỏng là L.
- Phân tích quá trình nung nóng của hợp kim trên nh sau: Tại nhiệt độ thờng hợp
kim có cấu tạo dung dịch rắn , khi nung nóng hợp kim vẫn có cấu tạo trên tới khi
nung đến nhiệt độ t1, tại đây pha dung dịch rắn bắt đầu tiết ra pha lỏng L, do đó nung
hợp kim ở nhiệt độ cao hơn t1 cÊu t¹o cđa nã gåm hai pha  +L, nung tiếp hợp kim vẫn
là +L tới khi đạt nhiệt độ t2, tai đây pha rắn hoà tan hết vào pha lỏng L, vì vậy
nung cao hơn nhiệt độ t2 hợp kim cấu tạo hoàn toàn ở trạng thái lỏng L.
- Xác định nhiệt độ cho công nghệ đúc để tạo hình sản phẩm phải ở trạng thái
lỏng có nhiệt độ lớn hơn t2.
- Đây là vật liệu rất dễ gia công biến dạng bằng phơng pháp gia công áp lực
(cán, kéo, ép) do cấu tạo của nó là dung dịch rắn có cơ tính mền và dẻo.
c. Kết luận
ứng dụng giản đồ trạng thái nhờ nó ta có thể biết cấu tạo bên trong của hệ hợp
kim hoặc hợp kim có thành phần xác định từ đó suy ra tính chất để biết sử dụng nó

một cách hợp lý và hiệu quả.
2.2. Giản đồ trạng thái Fe- Fe3C (Fe-C)(*)
(*) Giản đồ trạng thái Fe- Fe3C của hệ hợp kim Fe-C đợc biểu diễn trên trục
tung là nhiệt độ C và trục hoành là thành phần cácbon %C thay đổi trong Fe đến phạm
vi tối đa là Cmax=6,67%, tại đây C tác dụng hoá học với Fe để tạo thành hợp chất Fe3C
đồng thời cần hiểu: tại điểm 0%C có 100% Fe đợc ký hiệu Fe, tại 6,67% C có 100%
Fe3C đợc ký hiệu Fe3C.
Muốn biết cấu tạo bên trong và tính chất của hệ hợp kim Fe-C phải sử dụng giản
đồ trạng thái Fe- Fe3C, vậy ta lần lợt tìm hiểu các kiến thức trên giản đồ đà cho.
2.2.1. Giới thiệu giản đồ trạng thái Fe- Fe3C (Fe-C)
Giản đồ trạng thái Fe- Fe3C trình bày ở hình 4 với các ký hiệu A, B(tC-%C)
đà đợc quốc tế hoá nh sau: Sắp xếp các điểm ký hiệu theo thứ tự thành phần %C tăng.

9


Hình 2.2 - Giản đồ trạng thái Fe- Fe3C của hƯ hỵp kim Fe-C
A(1539-0), N(1392-0), G(911-0), Q(0-0,006), P(727-0,02), H(1499-0,1),
J(1499-0,16), B(1499-0,5), S(727-0,8), E(1147-2,14), C(1147-4,3), D(1250-6,67),
F(1147-6,67), K(727-6,67), L(0-6,67).
Cấu tạo của hệ hợp kim Fe-C ở trạng thái hoàn toàn lỏng đợc xác định trên đờng
nối các điểm ABCD.
Cấu tạo của hệ hợp kim Fe-C ở trạng thái rắn đợc xác định dới đờng nối các
điểm AHJECF có đủ ba dạng cấu tạo gồm các loại dung dịch rắn, hợp chất hoá học đợc tao thành (bởi hai nguyên tố Fe và C) và hỗn hợp cơ học của nó.
2.2.1.1. Các tổ chức pha của hệ hợp kim Fe-C trên giản đồ Fe- Fe3C

10


Hình 2.3 - Giản đồ trạng thái Fe- Fe3C của hợp kim Fe-C

Hệ hợp kim Fe-C (khi C thay đổi từ 06,67%) trên giản đồ có những tổ chức
pha nh sau:
a. Các tổ chức pha
- Trạng thái lỏng (1 pha lỏng): Ký hiệu trên giản đồ L: Là dung dịch lỏng của
cácbon (C) hoà tan trong sắt (Fe).
- Trạng thái rắn: Do tác dụng giữa nguyên tố Fe và C các pha đợc phân biệt bằng
một kiểu mạng tinh thể gồm có:
+ Các loại dung dịch rắn của nguyên tố C hoµ tan vµo Fe  , Fe  , Fe đợc gọi tên
quốc tế:
Pha Ferit ( chữ Latinhferrum: Sắt) là dung dịch rắn của cácbon hoà tan trong
Fe , Fe (C) ký hiệu trên giản đồ là hoặc Fe có lợng C hoà tan tối đa 0,006%C ở
t thờng là điểm Q và 0,02%C ở t=727C là điểm P, nên đờng PQ là đờng giới hạn hoà
tan của C trong Fe , có thể coi là Fe vì lợng C hoà tan quá nhỏ ( Xem ảnh hình
5 tổ chức tế vi).
Pha Austenit: Là dung dịch rắn của cácbon hoà tan trong Fe  . Fe  (C) ký
hiƯu trªn giản đồ trạng thái là hoặc As có lợng C hoà tan tối đa 0,8%C ở t=727C là
điểm S và 2,14%C ở t=1147 điểm E, nên đờng SE là đờng giới hạn hoà tan của C trong
Fe . ( Xem ảnh hình 5 tổ chức tế vi)

Hình 2.4. Tổ chức tế vi của ferit (hình a) và austenit (hình b)
Pha : Là dung dịch rắn của cácbon hoà tan trong Fe . Fe (C) ký hiệu trên
giản đồ là
Cơ tính chung của các dung dịch rắn trên đều có độ cứng độ bền thấp, độ dẻo, độ
dai cao. Cơ tính riêng của chúng cụ thể: Độ cứng pha là 80100 HB, độ cøng pha
11


là 180 200HB. Nếu kích thớc hạt tinh thể của các pha càng nhỏ thì độ dẻo càng

giảm, độ cứng độ bền càng cao.

+ Hợp chất hoá học:
Pha xêmntit là hợp chất hoá học của Fe tác dụng hoá học với C khi C=6,67% có
công thức hoá học Fe3C víi kiĨu m¹ng tinh thĨ trùc phoi phøc t¹p ký hiệu trên giản đồ
trạng thái là Xe hoặc Fe3C (ở trạng thái hoàn toàn rắn đợc xác định tại đờng thẳng nối
các điểm LKF) có cơ tính rất cao 700HB và rất giòn. Ngoài ra cơ tính của Xe còn
phụ thuộc vào kích thớc và hình dạng của nó, cụ thể kích thớc tinh thể càng nhỏ thì Xe
càng đỡ giòn, trên giản đồ Xei có kích thớc tấm thô lớn, XeII có kích thớc nhỏ hơn.
Nếu ký hiệu Xet có hình dạng tấm, Xeh có hình dạng hạt. Dạng hạt có độ dẻo độ
dai cao (đỡ giòn) hơn dạng tấm.
b. Các tổ chức hai pha
Tổ chức còn lại của hệ hợp kim trên giản đồ trạng thái là những tổ chức có cấu tạo
hai pha:
- ở trạng thái lỏng và rắn thì gồm pha lỏng nằm trên đờng rắn AHJECF và dới đờng lỏng ABCD
- Tại trạng thái rắn thì gồm các hỗn hợp cơ học có hai pha (hai kiểu mạng tinh
thể), trong đó có hai dạng hỗn hợp cơ học đặc biệt đợc tồn tại khi thành phần C=0,8%
và C=4,3% cụ thể:
+ Khi C=0,8% có hỗn hợp cơ học cùng tích gọi là Peclit gồm hai pha (+ Xe).
đợc hình thành từ dung dịch tại t=727C, ký hiệu trên giản đồ là chữ P.
Cấu tạo hỗn hợp cơ học cùng tích P: Có thành phần cấu tạo là 88% +12%Xe
nên cơ tính có độ cứng vẫn thấp khoảng 200220HB, độ dẻo độ dai cao.
Gọi C=0,8% là thành phần cacbon cùng tích vì hợp kim này có tổ chức cùng tích
P.
+ Khi C=4,3% có hỗn hợp cơ học cùng tinh Lêđêburit gồm hai pha đợc hình
thành từ dung dịch lỏng L tại t=1147C ký hiệu trên giản đồ là Lê.
Khi t >7271127C, Lê gồm (  + Xe)
Khi tº < 727°C, Lª gåm (P+ Xe) tøc lµ tỉ chøc cã hai pha (α+ Xe).
 CÊu tạo: Lê ở t < 727C đến nhiệt độ thC đến nhiệt độ thờng tại C=4,3% có thành phần các
pha là 36% +64%Xe vì thế cơ tính của Lê với thành phần cấu tạo trên có cơ tính rất
cao khoảng 600HB.
Gọi C=4,3% là thành phần cacbon cùng tinh.

Hình 2.5 Cờu tạo pha của hệ hợp kim Fe-C khi nhiệt độ <727C
2.2.1.2. Phân loại hợp kim Fe-C theo giản đồ trạng thái Fe-C
Nếu phân loại hợp kim Fe-C dựa vào %C (=2,14%) thì ta có hai loại:
+ Thép: Khi %C<2,14%
+ Gang: Khi %C>2,14%
Nếu căn cứ vào tổ chức của nó ở trong giản đồ trang thái thì ngoài thành phầ
%C (2,14%) làm mốc còn dựa vào tổ chức tơng ứng ta có hai loại: Thép và gang trắng.
a. Thép
Thép là hợp kim của Fe-C trong đó %C<2,14%.
Phân loại: Phân loại thép theo tổ chức trên giản đồ trạng thái có 3 loại
+ Thép trớc cùng tÝch cã tæ chøc: P+α khi %C<0,8%
+ ThÐp cïng tÝch cã tæ chøc: P (α+Xe) khi %C=0,8%
+ ThÐp sau cïng tÝch cã tæ chøc: P +XeII khi %C>0,8%
12


b. Gang trắng
Gang trắng là hợp kim của Fe-C có %C>2,14% có tổ chức tơng ứng trên giản
đồ trạng thái Fe- Fe3C.
Phân loại: Phân loại gang trắng theo tổ chức giản đồ trạng thái có ba loại:
+ Gang trắng trớc 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 tr¾ng sau cïng tinh cã tổ chức: Lê+ XeI khi %C >4,3%.
2.3. Khái niệm về gang
2.3.1. Thành phần hóa học và tính chất chung của gang:
Thành phần hóa học:
Gang là hợp kim của sắt ( Fe) và các bon (C), trong đó thành phần các bon
chiếm từ 2,14 đến 6,67 %, ngoài ra còn các thành phần nguyên tố khác nh: Mn, Si, P,
S. Các tạp chất này có ảnh hởng nhất định đến tÝnh chÊt cña gang.

 TÝnh chÊt chung cña gang:
- Gang có cơ tính tổng hợp thấp hơn thép nh độ bền thấp, độ giòn cao, nhất là
đối với gang trắng.
- Gang có tính đúc tốt, gia công cắt gọt dễ hơn thép vì gang có u điểm nhiệt độ
nóng chảy thấp, tính chảy loÃng cao nên dễ đúc, gang giòn nên phôi dễ gÃy vụn vì vậy
dễ gia công cắt gọt.
ảnh hởng của các nguyên tố đến tính chất của gang
* Cacsbon(C ): Lợng các bon càng nhiều thì khả năng graphit hóa càng mạnh
tạo cho gang dễ đúc, dễ gia công cắt gọt song lợng C càng nhiều thì graphit càng
nhiều, cơ tính càng kém. Do đó ngày nay xu hớng dùng gang với lợng các bon càng ít
thì càng tốt. Lợng C trong gang xám đúc nằm trong khoảng 2,8 đến 3,5 % là tốt nhất.
* Silic(Si): Si là nguyên tố thúc đẩy quá trình tạo graphit trong gang. Do đó
thành phần Si có trong gang xám từ 1 đến 4,25%. Si làm tăng tính chảy loÃng và giảm
nhiệt độ nóng chảy cho gang, làm tăng tính chịu mài mòn và tính chống ăn mòn cho
gang.
* Mangan(Mn): Mn là nguyên tố cản trở quá trình tạo thành graphit trong
gang, do đó mangan có trong gang trắng từ 2 đến 2,5 % còn Mn có trong gang xám từ
0,5 đến 1,3%. Mn làm tăng tính chịu mài mòn và tăng độ bền của gang. Mn có tác
dụng khử lu huỳnh là tạp chất có hại trong gang.
* Phốt pho(P): P là nguyên tố có hại trong gang, làm giảm đi độ bền, tăng độ
giòn của gang. Tuy nhiên P có tác dụng làm tăng tính chảy loÃng cho gang nên dễ
đúc.
* Lu huỳnh(S): S là nguyên tố có hại trong gang, làm giảm tính đúc và cơ tính
của gang. S làm giảm độ bền , tăng độ giòn, làm giảm cả tính chảy loÃng mà P tạo ra
đợc.
2.3.2. ịnh nghĩa về các loại gang.
Chia làm 2 nhóm:
a. Gang trắng:
Là hợp kim Fe-C trong đó cácbon có thành phần lớn hơn 2,14% và các tạp chất
Mn, Si, P, S (do điều kiện luyện kim). Tổ chức của gang tơng ứng với giản đồ trạng

thái Fe- Fe3C.
Nhóm gang trắng về mặt tổ chức chia làm 3 loại:
- Gang trắng trớc cïng tinh %C<4,3%
- Gang tr¾ng cïng tinh %C= 4,3%
- Gang trắng sau cùng tinh %C>4,3%
b. Gang Grafit
Là hợp kim Fe-C trong đó cácbon có thành phần lớn hơn 2,14% và các tạp chất
Mn, Si, P, S (do điều kiện luyện kim). Tổ chức của gang phần lớn cácbon ở dạng tự do
Grafit, rất ít hoặc không có Fe3C.
Nhóm gang Grafit về mặt tổ chức cũng chia làm 3 loại: Dự vào hình dạng
Grafit (Gr) trong gang ta có:
- Gang xám: Gr dạng tấm là dạng tự nhiên của gang Grafit
13


- Gang cầu: Gr dạng cầu là dạng đà đợc cầu hoá khi đúc.
- Gang dẻo: Gr dạng cụm bông đà đợc ủ Grafit hoá từ gang trắng.
Chú ý:
- Cácbon ở dạng tự do Grafit là một pha có mạng tinh thể lục giác xếp lớn do
vậy cơ tính của nó có độ cứng rất thấp, rất giòn, độ bền rÊt thÊp. V× vËy ngêi ta coi
Grafit trong gang nh những vết rỗng hoặc vết nứt.
- Nền cơ bản của gang là các tổ chức tơng đơng với tổ chức thép: , +P, P
2.3.3. Cơ tính, tính công nghệ các loại gang
a. Gang trắng
Căn cứ vào tổ chức gang trắng ( nhiều pha Fe3C) nên ta biết cơ tính của nó rất
cứng và giòn. Vì vậy gang trắng không gia công cắt gọt đợc do đó nó ít dùng trong
ngành cơ khí, nếu dùng chỉ dùng trong trờng hợp đúc ra sane phẩm và đem sử dụng
ngay (không qua gia công cắt gọt). Ví dụ: Lỡi mép cày hoặc lô nghiền đá hoặc cán
kim loại.
Phần lớn gang trắng dùng để luyện thành thép, phần còn lại dùng để ủ thành

gang dẻo.
b. Gang Grafit
Căn cứ vào tổ chức gang Grafit do đó có Grafit là pha rất mền nhng rất giòn,
đặc biệt độ bền rất thấp nên Gr trong gang ngời ta coi nh vết rỗng và vết nứt, tuy vậy
nó làm gang rất giòn và mền nên dễ gia công cắt gọt. Hơn nữa tính đúc rất tốt vì thế
gang Grafit đợc dùng rộng rÃI trong ngành cơ khí.
2.4. Các loại gang dùng trong ngành cơ khí
Nhóm gang Grafit đợc dùng chủ yếu trong ngành cơ khí. Vy các loại gang
dùng trong cơ khí là các loại gang Grafit: Gang xám, gang cầu, gang dẻo
2.4.1. Gang xám
a. Thành phần
Gang xám là gang có graphit ở dạng tấm và đợc dùng nhiều nhất trong chế tạo
máy.
Ngời ta gọi là gang xám vì mặt gÃy của nó có màu xám do cấu trúc tinh thể có
cacbon tự do.
Thành phần của gang xám n»m trong giíi h¹n sau: C = 2,2  3,7 %; Si = 0,5 
3%; Mn=0,2  1,1%; P = 0,15  0,4 %; S = 0,12  0,2 %.
Trong gang xám còn có một số lợng không lớn Cr, Ni, Cu.
b. Tính chất
* Nhiệt độ nóng chảy của gang xám thấp, tính lu động tốt, ít co ngót do đó dễ
đúc.
* Chịu nén tốt, có khả năng dập tắt rung động nhanh, nên hay dùng làm các bộ
phận nh bệ máy, băng máy, hộp máy,...
* Chịu đợc mài mòn, ăn mòn, nên thờng dùng làm các rÃnh trợt, xe dao của các
loại máy công cụ.
* Độ cứng tơng đối cao nhng độ bền thấp. Do đó gang xám không dùng chế tạo
các chi tiết chịu kéo, uốn, xoắn hoặc va đập.
* Gang xám chỉ có thể đúc mà không thể rèn dập đợc, có thể hàn nối bằng phơng pháp hàn hơi và hàn điện.
* Graphit có trong gang làm cho cơ tính của gang kém, nhng đồng thời cũng
mang lại cho gang nhiều tính chất tốt.

c. Công dụng
Gang xám tuy có độ bền thấp nhng có nhiều tính chất tốt, chế tạo dễ và giá
thành rẻ nên đợc dùng rất nhiều trong chế tạo cơ khí và các ngành khác. Gang đợc
dùng để chế tạo các chi tiết chịu tải trọng kéo nhỏ và ít bị va đập nh thân máy, bệ
máy, ống nớc, Do tính chất chịu ma sát tốt, đôi khi gang xám đợc dùng làm các ổ
trục.
Tuy vậy khi chọn sản phẩm chế tạo bằng vật liệu gang xám phảI căn cứvào cơ
tính của nó để thoả mÃn 3 điều kiện sử dụng sau:
- Làm việc trong điều kiện ít chịu kéo.
14


- Làm việc trong điều kiện ít chịu va đập.
- Làm việc trong điều kiện chịu nén
d. Ký hiệu
- Tiêu chuẩn Việt nam ký hiệu gang xám bằng hai chữ GX và hai số tiếp theo
chỉ giới hạn bền kéo và giới hạn bền uốn, đơn vị KG/mm2.
GX15-32: GX là gang xám, .k= 15KG/mm2= 150 Mpa, u= 32KG/mm2= 320
MPa
- Tiêu chuẩn liên xô cũ (Theo OCT 1412- 79). Gang xám đợc ký hiệu bao
gồm chữ C và con số chỉ giới hạn bền kéo, đơn vị KG/mm2, có các mác: C25,
C30, C35, C45.
- Tiêu chuẩn Đức DIN 1691-985 ký hiệu gang xám GG con số chỉ giới hạn bền
kéo tối thiểu, đơn vị KG/mm2.
2.4.2. Gang cầu
a. Thành phần:
Gang cầu còn có tên là gang độ bền cao, đặc điểm cấu trúc tinh thể của gang
cầu là graphit trong gang có dạng hình cầu.
Gang cầu đợc tạo ra bằng cách cho vào nớc gang xám lỏng trớc khi đổ vào
khuôn đúc một lợng nhỏ magiê với hàm lợng 0,02 0,08% tiếp theo là fero silic, do

đó gang cầu có thành phần hóa học tơng tự nh gang xám.
b. Tính chất:
Graphit dạng cầu trong gang làm cho gang có tính dẻo, dai và không làm ảnh
hởng đến sự bền chặt của cÊu tróc gang. Gang cÇu võa cã tÝnh chÊt cđa thÐp, võa cã
tÝnh chÊt cđa gang, nã cã ®é bỊn cao, đồng thời lại có độ dẻo dai cao. Gang cầu tốt
hơn gang xám nhiều vì nó có độ bền cao ở nhiệt độ cao. Độ cứng và độ bền của gang
cầu có thể tăng cao hơn nữa nếu nhiệt luyện nó.
Các chi tiết máy làm bằng gang cầu có thể làm việc bền vững ở nhiệt độ tới
400C đến nhiệt độ thC, trong đó gang xám chỉ có thể làm việc ở nhiệt độ dới 250C. Độ cứng và độ
bền của gang cầu có thể tăng cao hơn nữa nếu nhiệt luyện nó.
c. Công dụng:
Do có nhiều u điểm về cơ tính nên gang cầu đợc sử dụng ngày càng nhiều để
thay thế thép trong một số trờng hợp. Gang cầu có thể dùng để chế tạo các chi tiết của
ô tô, động cơ đốt trong nh trục khuỷu, thanh truyền, pittông, bánh răng và các chi tiết
quan trọng khác nh trục chính máy công cụ, gang cầu có thể thay thép để làm đờng
ray nhỏ v.v...
Vì vậy, khi chế tạo sản phẩm làm bằng gang cầu phải căn cứ vào tính công
nghệ và cơ tính của nó sao cho thoả mÃn 3 điều kiện sử dụng sau:
- Làm việc trong điều kiện chịu kéo
- Làm việc trong điều kiện chịu va đập.
- PhảI có hình dáng sản phẩm phức tạp (lợi dụng tính đúc tốt của gang).
d. Ký hiệu:
- Tiêu chuẩn Việt nam ký hiệu gang cầu bằng hai chữ GC và hai số tiếp theo
chỉ giới hạn bền kéo, đơn vị KG/mm2 và độ dÃn dài, đơn vị %.
Ví dụ: GC60-12: GC là gang cầu, b= 60KG/mm2= 600 Mpa, =12%.
- Tiêu chuẩn liên xô cũ (Theo OCT 7293-85). Gang cÇu ký hiƯu BЧ con sè
tiÕp theo chØ giới hạn bền kéo, đơn vị KG/mm2, có các mác:
B35, BЧ40, BЧ45, BЧ50, BЧ60, BЧ70.
BЧ35,
VÝ dơ BЧ35: BЧ lµ gang cầu, b= 35KG/mm2= 350 Mpa

2.4.3. Gang dẻo
a. Thành phần
Gang dẻo còn gọi là gang rèn vì độ dẻo cao chứ không phải là có thể rèn đợc.
Gang dẻo đợc tạo ra từ gang trắng, sau khi đúc ra vật đúc bằng gang trắng, ta ủ vật
đúc ở nhiệt độ từ 9001000°C trong thêi gian tõ 70100 giê. Xªmentit cđa gang
15


trắng sẽ phân hoá thành Grafit có dạng hạt nhỏ, sau đó cho nguội chậm sẽ đợc gang
rèn. Thành phần hoá học của chúng nằm trong giới hạn C = 2,4  2,9 %; Si = 1,0 
1,6 %; Mn=0,2  1,0%; P <0,18 %; S < 0,2 %.
b. TÝnh chất
So với gang xám, gang dẻo có độ bền, độ dẻo và độ dai cao hơn. Thành phần
cácbon trong gang dẻo thấp nên lợng grafit của nó thấp và hơn nữa grafit lại tập trung
từng cụm nên ảnh hởng xấu của nó đến cơ tính rất ít.
c. Công dụng
Gang dẻo đợc sử dụng nhiều trong công nghiệp ô tô, máy kéo, máy móc nông
nghiệp.. dùng cho các chi tiết chịu tải trọng lớn, hình dạng phức tạp. Trong trờng hợp
các chi tiết có hình dạng và cấu tạo không thể đúc bằng thép đợc thì ngời ta có thể
đúc bằng gang dẻo. Tuy nhiên giá thành chế tạo gang dẻo khá cao so với gang xám.
Chế tạo các sản phẩm thoả mÃn điều kiện sau:
- Chịu va đập và chịu kéo.
- Hình dáng phức tạp (lợi dụng tính đúc tốt của gang).
- Tiết diện thành vật đúc mỏng (thờng là 20 30mm, dày nhất là 40 50mm)
để đảm bảo chất lợng chế tạo.
d. Ký hiệu
- Tiêu chuẩn Việt nam ký hiệu gang dẻo bằng hai chữ GZ và hai số tiếp theo
chỉ giới hạn bền kéo, đơn vị KG/mm2 và độ dÃn dài, đơn vị %.
Ví dụ: GZ33-8: GC là gang cầu, b= 33KG/mm2= 330 Mpa, =8%.
- Tiêu chuẩn liên xô cũ (Theo OCT 1215-79). Gang dẻo ký hiệu K và 2 con

số, con số trớc chỉ độ bền kéo, đơn vị KG/mm2, con số sau chỉ độ giÃn dài tơng đối
%, có các mác:
K30-6, K35-10, K37-12, K45-7, K60-3, K80-1,5.
Ví dụ K30-6: K là gang dẻo, b= 30KG/mm2= 300 Mpa, =6%.
2.4.4. Gang biến tính
a. Thành phần
Cơ tính của gang xám có thể nâng cao lên bằng các phân bố đều đặn graphit cở
dạng các phiến mỏng. Muốn thế ta phải gia công gang theo một công nghệ đặc biệt
gọi là làm biến tính và gang nhận đợc gọi làm gang biến tính.
Thành phần hóa hóc của gang biến tính giống nh gang xám, chỉ khác là trớc
khi rót gang lỏng vào khuôn, ta cho thêm một lợng nhỏ chất biến tính nh fero silic
canxi, hoặc fero silic. Các chất này tạo nên trung tâm kết tinh grafit hoá, do đó các
phiến grafit càng nhỏ.
b. Tính chất
So với gang xám, gang biến tính có những tính chất tốt hơn nh:
- Độ bền, độ dẻo dai cao hơn.
- Kết cấu vật đúc đồng đều và nhỏ hạt hơn gang xám.
- Tính chống ăn mòn, chống mài mòn tốt hơn.
- Có thể nhiệt luyện để nâng cao cơ tính.
- Giá thành chế tạo rẻ.
c. Công dụng
Đợc sử dụng rộng rÃi để chế tạo thân máy, mâm cặp máy tiện, bánh răng chịu
tải trọng nhá, èng lãt xi lanh.
d. Ký hiƯu
- Tiªu chn ViƯt nam ký hiƯu gang biÕn tÝnh b»ng hai ch÷ GBT tiếp theo là
hai số chỉ giới hạn bền kéo và giới hạn bền uốn, đơn vị KG/mm2.
Ví dụ GBT36-56: GBT lµ gang biÕn tÝnh, .бk= 36KG/mm2= 360 Mpa, бu=
56KG/mm2= 560 Mpa
- Tiêu chuẩn liên xô cũ (Theo OCT ). Gang biến tính đợc ký hiệu giống nh
gang xám, chỉ khác là dằng trớc chữ C có thêm chữ M (Mactenxit) ®Ĩ chØ lµ gang biÕn

tÝnh.
VÝ dơ M CЧ32-52: M CЧ lµ gang biÕn tÝnh, бk= 32KG/mm2= 320 Mpa, бu=
52KG/mm2= 520 Mpa
16


Chương 3. Thép
Thời gian: 10 giờ
1. Mục tiêu:
+ Trình bày được khái niệm về thép, cách phân loại thép và các yếu tố ảnh
hưởng đến tính chất của thép.
+ Giải thích được thành phần, cơng dụng và ký hiệu của các loại gang thường
dùng, các loại thép cac bon thường dùng.
+ Phân biệt được gang và thép qua màu sắc, tỷ trọng, độ nhám mịn, âm thanh
khi gõ, bẻ, đập búa, xem tia lửa khi mài.
+ Rèn luyện tính kỷ luật, kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc, chủ động và tích cực
sáng tạo trong học tập.
3.1. Giíi thiƯu chung vỊ thép
3.1.1. Khái niệm và tính chất chung của thép.
a) Khái niệm:
Thép là hợp kim của sắt và các bon. Thành phần cácbon trong thép không quá
2,14%, ngoái ra trong thép còn chứa các nguyên tố khác nh mângn, silic, phốtpho, lu
huỳnh và các nguyên tố khác tuý theo phơng pháp sản xuất và công dụng. Thép thờng
đợc luyện ra từ gang. So với gang, thép có ít cácbon và các tạp chất có hại. Vì vậy quá
trình luyện từ gang ra thép gọi là qua trình khử bớt cácbon và các tạp chất có hại trong
gang.
b) Tính chất chung:
Tính chất của thép có thể thay đổi rất nhiều và trong phạm vi rộng tuỳ theo
thành phần hoá học và nhiệt luyện. Tính chất của thép còn phụ thuộc vào các quá
trình gia công và dụng cụ cắt.

Thép có độ bền cao, chịu kéo, nén, uốn, xoắn, va đập tốt.
17


Thép có độ dẻo và độ cứng cao, có thể nhiệt luyện để nâng cao cơ tính.
Thép có độ đàn hồi, có khả năng chống ăn mòn và mài mòn tốt.
Thép dễ gia cong căt gọt nhng khó đúc hơn gang vì nhiệt độ nóng chảy của
thép cao hơn, tính lu động kém hơn.
3.1.2 Các yếu tố ảnh hởng đến tính chất của thép
a) ảnh hởng của thành phần hoá học:
* ảnh hởng của cácbon:
Khi thay đổi lợng cácbon trong thép, cơ tính của thép thay đổi rất nhiều. Lợng
cácbon càng tăng, độ cứng của thép tăng lên nhng độ dẻo dai lại giảm đi.
Giới hạn bền của thép đạt cao nhất ứng với thành phần cácbon khoảng 0,8
1%. Bởi vậy ngời ta không dùng thép cácbon với thành phần cácbon quá 1,4% vì nh
thế thép sẽ quá giòn.

* ảnh hởng của mangan:
Mangan đợc cho vào thép dới dạng feromangan để khử ôxy ( loại trừ ôxit sắt có
hại). Mangan còn loại trừ FeS có hại đối với thép. Mangan làm tăng độ bền, độ cứng,
tăng khả năng chịu mài mòn cho thép, mangan còn có tác tác dụng khử lu huỳnh là
nguyên tố có hại cho thép. Nừu hàm lợng nhỏ hơn 1% thì ảnh hởng không nhiều đến
tính chất chung của thép.
* ảnh hởng của silic:
Silic đợc cho vào thep dới dạng ferosilic để khử ôxy; tác dụng khử ôxy của
silic còn mạnh hơn mangan. Silíc làm cho thép tăng độ cứng, độ bền, tăng khả năng
đàn hồi và độ thấm từ. Nếu hàm lợng silíc nhỏ hơn 1% thì ảnh hởng không nhiều đến
tính chất chung của thép.
* ảnh hởng của phốtpho:
Phốt pho là tạp chất có hại, chứa sẵn trong quặng sắt và chỉ khử đợc đến một

giới hạn nhất định tuỳ theo phơng pháp nhiệt luyện. Phốt pho làm cho thép giảm độ
dẻo và gây hiện tợng giòn ( giòn nguội).
18