tiểu luận môn vật liệu học quá trình kết tinh của hợp kim fe c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
- - -  - - -
MÔN HỌC: VẬT LIỆU HỌC
Tiểu luận 1
Nhóm thực hiện: Nhóm 7
Tên thành viên:
Nguyễn Ngọc Duy
Phạm Bá Phúc Lộc
Nguyễn Minh Tuấn
Nguyễn Đức Toàn
Lê Văn Thi
Mục lục
PHẦN 1: VAI TRÒ CỦA THÉP
Trong thời đại hiện nay, vật liệu thép đóng một vai trò quan trọng đến hoạt động
sản xuất và cả quá trình CNH-HĐH đất nước. Ta có thể kể tên một vài công dụng
của Thép như sau:
Thép chất lượng thường: các loại Thép xây dựng, théo đường ray xe lửa,
thép dễ cắt. Loại thép này được ứng dụng rộng rãi trong quá trình xây dựng (các
thanh tròn, ống tròn, vuông, hình chữ nhật … làm Cốt thép trong các công trình
xây dựng, làm đường ray xe lửa, vv….)
Thép chất lượng cao: + Thép chế tạo máy : dùng trong các bộ phận Ô tô
(lò xo, nhíp xe ), ổ lăn, khuôn dập ( khuôn dập trục truyền, khung dập đầu bu-lông,
khuôn đúc nhôm…), Chốt Piston, trục cam, bánh răng, đĩa xích, vv….
+ Thép dụng cụ: các thép được sử dụng làm dụng
cụ cơ khí chính xác (panme, thước kẹp, vv ) dụng cụ gia công gỗ, khuôn dập cắt
nguội, dụng cụ cắt gọt tốc độ cao, vv…
+ Thép đặc biệt: thép không gỉ (inox)
Từ đó, ta có thể thấy, Thép đóng vai trò rất quan trọng với cuộc sống chúng ta, thép
xuất hiện ở rất nhiều nơi mà ta dễ dàng thấy được
3
PHẦN 2: QUÁ TRÌNH KẾT TINH CỦA HỢP KIM Fe-C VỚI 0.4%, 0.8%, 1.2%C

KHI LÀM NGUỘI CHẬM TỪ TRẠNG THÁI LỎNG
A. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI Fe-C VÀ CÁC TỔ CHỨC
I.Giải thích các thuật ngữ
Một cách tổng quát,trong KHVL, giản đồ pha được hiểu là một loại đồ thị biểu
diễn các điều kiện cân bằng giữa các pha riêng biệt (các pha có thể phân biệt về
mặt nhiệt động).
Hai loại giản đồ pha hay gặp: giản đồ nhiệt độ – áp suất (của nước chẳng hạn – rất
nổi tiếng trong Hóa Lý ) và giản đồ nhiệt độ – thành phần ( của hệ Fe–C, rất nổi
tiếng trong KHVL).
Giản đồ pha Fe–C cho biết tại mỗi tọa độ (nhiệt độ, thành phần) xác định, tổ chức
của hợp kim sắt –cacbon như thế nào. Tất cả các tổ chức (pha) đề cập ở đây dựa
trên giả thiết là các quá trình chuyển biến xảy ra vô cùng chậm (cân bằng)
4
Hình 1. giản đồ trạng
thái
II .Tương tác giữa Fe- C
1. Tạo Ferit
Ferit (có thể ký hiệu bằng α hay F hay Feα) là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon
trong Feα với mạng lập phương tâm khối.
2. Tạo Auxtenit [có thể ký hiệu bằng γ, A, Feγ(C) ]
Auxtenit là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon trong Feγ với mạng lập phương tâm
mặt
3. Tạo pha xen kẽ:
Xêmentit (có thể ký hiệu bằng Xe, Fe3C) là pha xen kẽ với kiểu mạng phức tạp
III
.Giảnđồ phaFe- C
Giảnđồ phaFe-C(Fe–Fe
3
C) đượctrìnhbàyvớicáckýhiệu cáctọađộ(nhiệt độ,
0

C-
thành phầncacbon,%)đãđượcquốctếhóa nhưsau:
5
Hình 2. Giản đồ trạng thái ( dạng đầy đủ )
Từ giản đồ+ tra sách, xin chú giải (ở mức đơn giản) cho giản đồ:
- Austentite solid solution of carboningammairon: dung dịch rắn auxtenite của
cacbon trong Feγ
- Austentite in liquid:auxtenite phân tán trong pha lỏng (đây là vùng tồn tại của
auxtenite và pha lỏng)
- Primary austentite begins to solidify:đường giới hạn mà auxtenite sơ cấp bắt đầu
kết tinh
- CM begins to solidify:đường giới hạn mà xê-men-tít bắt đầu kết tinh
- Auxtenite,ledeburite and cementite: vùng tồn tại của các pha auxtenite, ledeburit
và xementit
- Hypo-eutectoid: trước cùng tích
- Hyper-eutectoid:sau cùng tích
- Steel: thép (quy ước)
6
- Castiron:gang (quyước)
Theo lý thuyết, giản đồ trạng thái Fe - C phải được xây dựng từ 100% Fe đến
100%C song do không dùng các hợp kim Fe - C với lượng các bon nhiều hơn 5%
nên ta chỉ xây dựng giản đồ đến 6,67% các bon tức là ứng với hợp chất hóa học
Fe
3
C. Trong thực tế, Fe với C tồn tại ở 3 dạng hợp chất là FeC, Fe
2
C, Fe
3
C song
xêmentít (Fe

3
C) ổn định về thành phần hóa học ở mọi nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ
nóng chảy nên dùng Fe
3
C làm cấu tử.
Bảng tọa độ các điểm :
Điểm %C Nhiệt độ Điểm %C Nhiệt độ
A 0 1539 E 2,14 1147
H 0,1 1499 C 4,3 1147
J 0,16 1499 F 6,67 1147
B 0,51 1499 R 0,02 727
N 0 1392 S 0,8 727
D 6,67 1600 K 6,67 727
G 0 910 Q 0,006 0
Mộtsốđườngcóý nghĩathựctếrất quantrọngnhưsau:
- ABCDlàđườnglỏngđểxácđịnhnhiệtđộchảylỏnghoàntoànhaybắtđầukếttinh.
- AHJECFlàđườngrắnđểxácđịnhnhiệtđộbắtđầuchảyhaykếtthúckếttinh.
- ECF(1147
0
C)làđườngcùngtinh,xảyraphảnứngcùngtinh(eutectic).
7
- PSK(727
0
C)làđườngcùngtích,xảyraphảnứngcùngtích (eutectoid).
- ES- giới hạn hòa tancacbontrongFeγ.
- PQ- giới hạn hòa tancacbontrongFeα
IV.Cáctổchứcmộtpha
Ở trạng thái rắn có thể gặp bốn pha sau.
Ferit (có thể ký hiệu bằng α hay F hay Feα) là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon
trong Feα với mạng lập phương tâm khối (a = 0,286 - 0,291nm) song do lượng hòa

tan quá nhỏ (lớn nhất là 0,02%C ở 727oC - điểm P, ở nhiệt độ thường thấp nhất chỉ
còn 0,006%C - điểm Q) nên có thể coi nó là Feα (theo tính toán lý thuyết ở mục
3.3.1a, cacbon không thể chui vào lỗ hổng của Feα, lượng cacbon hòa tan không
đáng kể này là nằm ở các khuyết tật mạng, chủ yếu là ở vùng biên giới hạt). Ferit
có tính sắt từ nhưng chỉ đến 768oC. Trên giản đồ nó tồn tại trong vùng GPQ (tiếp
giáp với Feα trên trục sắt). Do không chứa cacbon nên cơ tính của ferit chính là
của sắt nguyên chất: dẻo, dai, mềm và kém bền. Trong thực tế ferit có thể hòa tan
Si, Mn, P, Cr nên sẽ cứng và bền hơn song cũng kém dẻo dai đi. Ferit là một
trong hai pha tồn tại ở nhiệt độ thường và khi sử dụng (< 727oC), song với tỷ lệ
cao nhất (trên dưới 90%), nên nó đóng góp một tỷ lệ quan trọng trong cơ tính của
hợp kim Fe - C. Tổ chức tế vi của ferit trình bày ở hình 3 có dạng các hạt sáng, đa
cạnh.
8
Hình 3. Tổ chức tế vi của ferit (a) và auxtenit (b) (x500).
Auxtenit [ có thể ký hiệu bằng γ, A, Feγ(C) ] là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon
trong Feγ với mạng lập phương tâm mặt (a ≈ 0,364nm) với lượng hòa tan đáng kể
cacbon (cao nhất tới 2,14% hay khoảng 8,5% về số nguyên tử ở 1147oC - điểm E,
tức tối đa tính bình quân cứ ba - bốn ô cơ sở mới có thể cho phép một nguyên tử
cacbon định vị vào một lỗ hổng tám mặt trong chúng, ở 727oC chỉ còn 0,80%C -
điểm S). Khác với ferit, auxtenit không có tính sắt từ mà có tính thuận từ, nó chỉ
tồn tại ở nhiệt độ cao (> 727oC) trong vùng NJESG (tiếp giáp với Feγ trên trục sắt)
nên không có quan hệ trực tiếp nào đến khả năng sử dụng của hợp kim nhưng lại
có vai trò quyết định trong biến dạng nóng và nhiệt luyện.
Với tính dẻo rất cao (là đặc điểm của mạng A1) và rất mềm ở nhiệt độ cao nên biến
dạng nóng (dạng chủ yếu để tạo phôi và bán thành phẩm) thép bao giờ cũng được
thực hiện ở trạng thái auxtenit đồng nhất (thường ở trên dưới 1000oC). Vì thế có
thể tiến hành biến dạng nóng mọi hợp kim Fe - C với C < 2,14% dù cho ở nhiệt độ
thường thể hiện độ cứng và tính giòn khá cao. Làm nguội auxtenit với tốc độ khác
nhau sẽ nhận được hỗn hợp ferit - xêmentit với độ nhỏ mịn khác nhau hay được
mactenxit với cơ tính cao và đa dạng, đáp ứng rộng rãi các yêu cầu sử dụng và gia

9
công. Tổ chức tế vi của auxtenit trình bày ở hình 3.19b có các hạt sáng, có thể với
màu đậm nhạt khác nhau đôi chút (do định hướng khi tẩm thực) và các đường song
tinh (song song) cắt ngang hạt (thể hiện tính dẻo cao).
Xêmentit (có thể ký hiệu bằng Xe, Fe3C) là pha xen kẽ với kiểu mạng phức tạp có
công thức Fe3C và thành phần 6,67%C, ứng với đường thẳng đứng DFKL trên
giản đồ. Đặc tính của xêmentit là cứng và giòn, cùng với ferit nó tạo nên các tổ
chức khác nhau của hợp kim Fe - C. Người ta phân biệt bốn loại xêmenntit:
- Xêmentit thứ nhất (XeI) được tạo thành do giảm nồng độ cacbon trong hợp kim
lỏng theo đường DC khi hạ nhiệt độ, chỉ có ở hợp kim có > 4,3%C. Do tạo thành ở
nhiệt độ cao (> 1147oC) nên xêmentit thứ nhất có dạng thẳng, thô to (hình 3.24b)
đôi khi có thể thấy được bằng mắt thường.
- Xêmentit thứ hai (XeII) được tạo thành do giảm nồng độ cacbon trong auxtenit
theo đường ES khi hạ nhiệt độ, thường thấy rất rõ ở hợp kim có > 0,80 cho tới
2,14%C. Do tạo thành ở nhiệt độ tương đối cao (> 727oC) tạo điều kiện cho sự tập
trung ở biên giới hạt, nên khi xêmentit thứ hai với lượng đủ lớn sẽ tạo thành lưới
liên tục bao quanh các hạt auxtenit ((peclit) như biểu thị ở hình 3.23, tức tạo ra
khung giòn, làm giảm mạnh tính dẻo và dai của hợp kim.
- Xêmentit thứ ba (XeIII) được tạo thành đo giảm nồng độ cacbon trong ferit theo
đường PQ khi hạ nhiệt độ, với số lượng (tỷ lệ) rất nhỏ (nhiều nhất cũng chỉ là
2o/oo) nên rất khó phát hiện trên tổ chức tế vi và thường được bỏ qua.
- Xêmentit cùng tích được tạo thành do chuyển biến cùng tích auxtenit → peclit.
Loại xêmentit này có vai trò rất quan trọng, được trình bày ở mục tiếp theo.
10
Grafit chỉ được tạo thành trong hợp kim Fe - C cao và chứa lượng đáng kể silic, là
pha quan trọng trong tổ chức của gang- Ferit (ký hiệu là F hay α): là dung dịch rắn
xen kẽ của cacbon ở trong Fe(α), có mạng lập phương thể tâm nên khả năng hòa
tan của cacbon ở trong Fe(α) là không đáng kể, lớn nhất ở 727
0
C là 0,02% và nhỏ

nhất ở nhiệt độ thường là 0,006%.
- Auxtenit (kí hiệu là As hay γ): là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon trong Fe(γ), có
mạng lập phương diện tâm nên khả năng hòa tan cacbon của Fe(γ) khá lớn, lớn
nhất ở nhiệt độ 1147
0
C với 2,14% và nhỏ nhất ở 727
0
C với 0,8%C.
Auxtenit rất dẻo và dai khi các nguyên tố khác hòa tan vào không những làm độ
cứng tăng lên và độ dẻo độ dai giảm đi đáng kể mà còn làm thay đổi động học
chuyển biến do đó ảnh hưởng lớn tới nhiệt luyện.
V. Các tổ chức 2 pha
- Peclit (ký hiệu là P hay [Feα+Xe]): Peclit là hỗn hợp cơ học cùng tích của Ferit
và Xementit (Feα+ Xe) tạo thành ở 727
0
C từ dung dịch rắn Auxtenit chứa 0,8%C.
Trong Peclit có 88% Ferit và 12% Xementit. Từ giản đồ trạng thái Fe - C ta thấy
trong quá trình làm nguội, thành phần cacbon của Auxtenit sẽ biến đổi và khi đến
727
0
C có 0,8%C (các hợp kim có lượng cacbon nhỏ hơn 0,8% thì thành phần
Auxtenit biến đổi theo hướng tiết ra Ferit để làm tăng cacbon còn các hợp kim có
lượng cacbon lớn hơn 0,8% thì thành phần Auxtenit biến đổi theo hướng tiết ra
Xementit làm giảm cacbon, cả 2 trường hợp trên đều đưa đến lượng cacbon trong
Auxtenit là 0,8% ở 727
0
C). Lúc đó, Auxtenit có 0,8% C sẽ chuyển biến thành hỗn
hợp cùng tích của Ferit và Xementit:
11
Tùy theo hình dạng Xêmentit ở trong hỗn hợp, người ta chia ra 2 loại peclit là

peclit tấm và peclit hạt (Peclit tấm Xe ở dạng tấm phiến còn Peclit hạt thì Xe ở
dạng hạt). Peclit là hỗn hợp cơ học nên có tính chất trung gian. Kết hợp giữa tính
dẻo, dai của Feα và cứng, dòn của Xe nên nói chung P có độ cứng, độ bền cao, tính
dẻo dai thấp. Tuy nhiên cơ tính của nó có thể thay đổi trong phạm vi khá rộng phụ
thuộc vào độ hạt của Xe.
- Ledeburit (ký hiệu là Le hoặc [γ+Xe] hay [P+Xe]): Ledeburit là hỗn hợp cơ học
cùng tinh, kết tính từ pha lỏng có nồng độ 4,3%C ở 1147
0
C.
Lúc đầu mới tạo thành nó gồm γ và Xe (trong khoảng 727
0
C γ 1147
0
C). Khi làm
nguội xuống dưới 727
0
C, γ chuyển biến thành P do vậy Lêdeburit là hỗn hợp cơ
học của Peclit và Xementit. Như vậy cuối cùng Lêdeburit có 2 pha làP và Xe trong
đó Xe chiếm tỉ lệ gần 2/3 nên Leđeburit rất cứng và dòn.
12
B. QUÁ TRÌNH KẾT TINH CỦA HỢP KIM Fe-C VỚI 0.4%, 0.8%, 1.2%C KHI
LÀM NGUỘI CHẬM TỪ TRẠNG THÁI LỎNG
+ Phần trên của giản đồ
Phần trên của giản đồ trạng thái Fe – C ứng với sự kết tinh từ trạng thái lỏng thấy
có ba khu vực rõ rệt ứng với ba khoảng thành phần cacbon khác nhau. Khu vực có
thành phần 0,1 – 0,51%C (có phản ứng bao tinh).
Tất cả các hợp kim có thành phần cacbon 0,1 – 0,51%C khi kết tinh sẽ xảy ra
phản ứng bao tinh: δH + LB → γJ.
Lúc đầu, khi làm nguội đến đường lỏng AB, hợp kim lỏng sẽ kết tinh ra
dung dịch rắn trước. Khi nhiệt độ hạ xuống tới 1499

0
C (ứng với đường HB), hợp
13
kim có hai phalà dung dịch rắn δ chứa 0,10%C và dung dịch rắn auxtenit chứa
0,16%C:
Các hợp kim có 0,1 – 0,16%C sau phản ứng bao tinh còn thừa pha δ và khi làm
nguội tiếp, pha này tiếp tục chuyển biến thành pha γ.
Các hợp kim có 0,16 – 0,51%C sau phản ứng bao tinh còn thừa pha lỏng L,
và sau khi làm nguội tiếp theo pha lỏng tiếp tục chuyển biến thành pha γ. Như vậy,
cuối cùng hợp kim 0,10 – 0,51%C khhi làm nguội xuống dưới đường NJE chỉ có tổ
chức một pha auxtenit. Khu vực có thành phần0,51 – 2,14%C kết thúc kết tinh
bằng sự tạo thành dung dịch rắn auxtenit.
Hợp kim thành phần 2,14 – 4,3%C: khi làm nguội hợp kim tới đường lỏng
BC nó sẽ kết tinh ra auxtenit. Làm nguội tiếp tục, auxtenit có thành phần thay đổi
theo đường JE, hợp kim lỏng còn lại thay đổi theo đường BC.
Khu vực có thành phần 0,51 – 2,14%C kết thúc kết tinh bằng sự tạo thành
dung dịch rắn auxtenit.
+Phần dưới của giản đồ
Phần dưới của giản đồ ứng với những chuyển biến ở trạng thái rắn. Có ba pha
chuyển biến đáng chú ý sau đây xuất phát từ auxtenit.
Sự tiết ra xêmentit thứ hai từ auxtenit
Các hợp kim có thành phần cacbon lớn hơn 0,8% khi làm nguội từ 1147
0
C đến
727
0
C, auxtenit của nó bị giảm thành phần cacbon theo đường ES, do vậy, sẽ tiết
ra xêmentit mà ta gọi là xêmentit thứ hai. Cuối cùng ở 727
0
C, auxtenit có thành

phần cacbon 0,8% ứng với điểm S.
14
Sự tiết ra ferit từ auxtenit
Các hợp kim có thành phần cacbon nhỏ hơn 0,8% khi làm nguội từ 911
0
C ÷
727
0
C, auxtenit của nó sẽ tiết ra ferit là pha ít cacbon, do vậy auxtenit còn lại giàu
cacbon theođường GS. Cuối cùng ở 727
0
C hợp kim gồm hai pha là ferit ứng với
điểm P (0,02%C) và auxtenit ứng với điểm S (0,8%C).
Như vậy khi làm nguội tới 727
0
C trong tổ chức của mọi hợp kim Fe – C đều
chứa auxtenit với 0,8%C (ứng với điểm S).
Chuyển biến cùng tích: auxtenit thành peclit.
Tại 727
0
C auxtenit có thành phần 0,8%C sẽ chuyển biến thành peclit là hỗn
hợp của hai pha ferit và xêmentit.
Như đã nói ở trên, chuyển biến này có ở trong mọi hợp kim Fe – C.
Khi sắt nóng chảy nguội đi, nó kết tinh ở 1538 °C ở dạng thù hình δ, dạng
này có cấu trúc tinh thể lập phương tâm khối (bcc). Khi nó nguội nhiều hơn cấu
trúc tinh thể của nó chuyển sang dạng lập phương tâm mặt (fcc) ở 1394 °C, khi đó
nó có ở dạng sắt γ, hay auxtenit. Ở 912 °C cấu trúc tinh thể lại chuyển sang dạng
bcc là sắt α, hay ferit, và ở 770 °C (điểm Curie, T
c
) sắt trở thành sắt từ

15
PHẦN3 : TỔ CHỨC TẾ VI, TÍNH CHẤT
A. Tổ chức tế vi
Hợp kim Fe-C (0.4%) là thép trước cùng tích
Hình 4. Tổ chức tế vi của thép trước cùng tích (0.4%C) (X500)
Hợp kim Fe-C (0.8%) là thép cùng tích
Hình 8. Tổ chức tế vi thép cùng tích
a) Peclit tấm
b) Peclit hạt
Hợp kim Fe-C (1.2%) là thép sau cùng tích
16
Như thấy rõ từ giản đồ pha Fe-C, khi hàm lượng cacbon tăng lên tỷ lệ xêmentit là
pha giòn trong tổ chức cũng tăng lên tương ứng (cứ thêm 0,10%C sẽ tăng thêm
1,50% xêmentit) do đó làm thay đổi tổ chức tế vi ở trạng thái cân bằng (ủ).
- C ≤ 0,05% - thép trước cùng tích có tổ chức thuần ferit coi như sắt nguyên chất.
- C = 0,10 - 0,70% - thép có tổ chức ferit + peclit, khi %C tăng lên lượng peclit
tăng lên đó là các thép trước cùng tích.
- C = 0,80% - thép có tổ chức peclit đó là thép cùng tích.
- C ≥ 0,90% - thép có tổ chức peclit + xêmentit II khi %C tăng lên lượng xêmentit
II tăng lên tương ứng, đó là các thép sau cùng tích.
Chính do sự thay đổi tổ chức như vậy cơ tính của thép cũng biến đổi theo.
Hình 5.1. ảnh hưởng của cacbon đến cơ tính của thép thường (ở trạng thái ủ).
B. Tính chất
1. Cơ tính:
Ảnh hưởng của cacbon đến cơ tính của thép thường ở trạng thái ủ được trình bày
trên hình 5.1.
Cacbon có ảnh hưởng bậc nhất (theo quan hệ đường thẳng) đến độ cứng HB. Về
mặt định lượng thấy rằng cứ tăng 0,10%C độ cứng HB sẽ tăng thêm khoảng 25
đơn vị.
17

Thoạt tiên cacbon làm giảm rất mạnh độ dẻo (δ, ψ) và độ dai va đập (aK) làm cho
các chỉ tiêu này giảm đi nhanh chóng, song càng về sau mức giảm này càng nhỏ đi.
Ví dụ: cứ tăng 0,10%C trong phạm vi cacbon thấp (≤ 0,25%) δ giảm 6%,
aK giảm 300kJ/m2, còn trong phạm vi cacbon trung bình (0,30 - 0,50%) tương ứng
là 3% và 200kJ/m2 Như vậy hàm lượng cacbon càng cao thép càng cứng, càng
kém dẻo dai và càng giòn. Có thể dễ dàng giải thích điều này là do lượng pha
xêmentit cứng và giòn tăng lên.
Ảnh hưởng của cacbon đến giới hạn bền σb không đơn giản như đối với độ cứng.
Thấy rằng cứ tăng 0,10%C trong khoảng 0,10 - 0,50%C σb tăng khoảng 70 -
90MPa, trong khoảng 0,60 -0,80%C σb tăng rất chậm và đạt đến giá trị cực đại
trong khoảng 0,80 - 1,00%C, khi vượt quá giá trị này σb lại giảm đi. Có thể giải
thích như sau: thoạt tiên tăng số phần tử xêmentit trong nền ferit sẽ làm tăng số
chốt cản trượt cho pha này do vậyσb tăng lên cho đến khi có tổ chức hoàn toàn là
peclit, khi vượt quá 0,80 - 1,00%C ngoài peclit (tấm) ra bắt đầu xuất hiện lưới
xêmentit II giòn lại ở dạng liên tục (lưới) làm cho thép không những giòn mà còn
làm giảm giới hạn bền.
Vai trò của cacbon. Công dụng của thép theo thành phần cacbon
Chính do cacbon có ảnh hưởng lớn đến cơ tính như vậy nên nó quyết định phần
lớn công dụng của thép. Muốn dùng thép vào việc gì điều cần xem xét trước tiên là
hàm lượng cacbon sau đó mới tới các nguyên tố hợp kim. Điều khá kỳ diệu là chỉ
cần thay đổi chút ít hàm lượng cacbon (chênh lệch nhau không quá 0,50%) có thể
tạo ra các nhóm thép có cơ tính đối lập nhau mà không nguyên tố nào có được.
Theo hàm lượng cacbon có thể chia thép thành ba - bốn nhóm với cơ tính và công
dụng rất khác nhau như sau.
- Thép có cacbon thấp (≤ 0,25%) có độ dẻo, độ dai cao nhưng độ bền, độ cứng lại
thấp, hiệu quả nhiệt luyện tôi + ram không cao, được dùng làm kết cấu xây dựng,
tấm lá để dập nguội. Muốn nâng cao hiệu quả của nhiệt luyện tôi + ram để nâng
cao độ bền độ cứng phải qua thấm cacbon.
- Thép có cacbon trung bình (0,30 - 0,50%) có độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ dai đều
khá cao mặc dầu không phải là cao nhất, có hiệu quả tôi + ram tốt, tóm lại có cơ

tính tổng hợp cao nên được dùng chủ yếu làm các chi tiết máy chịu tải trọng tĩnh
và va đập cao.
- Thép có cacbon tương đối cao (0,55 - 0,65%) với ưu điểm là có độ cứng tương
18
đối cao, giới hạn đàn hồi cao nhất, được dùng làm các chi tiết đàn hồi.
- Thép có cacbon cao (≥ 0,70%) với ưu điểm là có độ cứng và tính chống mài mòn
đều cao, được dùng làm công cụ như dao cắt, khuôn dập, dụng cụ đo.
Trong một số kiểu phân loại, nhóm thép có cacbon trung bình có lượng cacbon
thay đổi từ 0,30 đến 0,65%. Thật ra các giới hạn về thành phần cacbon kể trên để
định ranh giới giữa các nhóm cũng không hoàn toàn cứng nhắc, có thể xê dịch đôi
chút.
2. Tính công nghệ:
Tính hàn và khả năng dập nguội, dập sâu của thép phụ thuộc nhiều vào hàm lượng
cacbon. Thép càng ít cacbon càng dễ hàn chảy và dập.
Hàm lượng cacbon cũng có ảnh hưởng đến tính gia công cắt của thép. Nói chung
thép càng cứng càng khó cắt nên thép có hàm lượng cacbon có tính gia công cắt
kém. Song thép quá mềm và dẻo cũng gây khó khăn cho cắt gọt, nên thép có
cacbon thấp cũng có tính gia công cắt kém.
Nói chung tính đúc của thép không cao.
19