Bài giảng vật liệu cơ khí

Trêng trung cÊp nghÒ Kt - cn - thñ c«ng nghiÖp nghÖ an
Khoa c«ng nghÖ hµn

§Ò c¬ng bµi gi¶ng

VËt liÖu c¬ khÝ
( Tµi liÖu lu hµnh néi bé)

Vinh, n¨m 2011

CHƯƠNG I.
LÝ THUYẾT VỀ HỢP KIM
I- KHÁI NIỆM VỀ HỢP KIM

I.1. Định nghĩa.
Hợp kim là sản phẩm tạo thành từ hai hay nhiều nguyên tố khác nhau, trong đó, nguyên tố kim
loại đóng vai trò chủ yếu.

§Ò c¬ng VËt liÖu c¬ khÝ

Trang 1


I.2. Tính ưu việt của hợp kim.
Trong chế tạo cơ khí, vật liệu đem dùng chủ yếu là hợp kim, hầu như không dùng vật liệu
nguyên chất. Sở dĩ như vậy là vì so với kim loại nguyên chất, nó có các ưu điển lớn phù hợp với
chế tạo cơ khí.
I.3. Phân loại hợp kim.
a. Hợp kim đơn giản: Hợp kim được tạo thành trên cơ sở kim loại, giữa hai kim loại với nhau
(như latông: Cu và Zn); giữa kim loại với á kim (như thép, gang: Fe và C) song nguyên tố chính
của hợp kim vẫn là kim loại

• Hợp kim sắt, hay còn gọi là hợp kim đen: hợp kim với thành phần chủ yếu là sắt với các
nguyên tố khác.
• Hợp kim màu, là hợp kim của các kim loại khác ngoài sắt. Trong số này có đồng thau, đồng
điếu, hợp kim nhôm, vàng tây...
• Hợp kim gốm, còn gọi là hợp kim bột: hợp kim của cacbua vonfram kết hợp với coban
(Co), có lúc thêm titan cacbua.
b. Hợp kim phức tạp: Hợp kim có nguyên tố chính là kim loại với hai hay nhiều nguyên tố
khác.
I.4. Khái niệm về các thành phần của hợp kim.
• Pha: Pha là những tố phần đồng nhất có tính chát giống nhau trong toàn bộ thể tích ở cùng
trạng thái (lỏng hoặc rắn) phải có cùng môỵ kiểu mạng tinh thể và ngăn cách phần còn lại
bằng bề mặt phân chia.
• Hệ: Hệ là tập hợp các pha ở trạng thái cân bằng (trạng thái ổn định).
• Cấu tử(nguyên):là những thành phần độc lập (thường là nguyên tố hoá học)có thành phần
hoá học không đổi, chúng tạo nên tất cả các pha của hệ
I.5. Khái niệm mạng tinh thể.
Kim loại là vật tinh thể. Các nguyên tử ( phân tử ) của nó luôn ở vị trí nhất định, có quy luật
theo những dạng hình học nhất định. Để nghiên cứu cấu trtúc của các nguyên tử ( phân tử )này,
các nhà khoa học đã mô tả lại sự sắp xếp của chúng ở những vật tinh thể bằng những mô hình hình
học trong không gian gọi là mạng tinh thể
a. Định nghĩa mạng tinh thể:
Mạng tinh thể là mô hình hình học mô tả sắp xếp có quy luật của các nguyên tử ( phân tử ) ở
trong không gian của vật tinh thể.
Hình I.1- Mạng tinh thể của vật rắn tinh thể A.
Nếu đem vật tinh thể ra để xây dựng toàn bộ mô hình mạng tinh thể sẽ rất phức tạp và khó
khăn. Vì vậy người ta nhận thấy cần phải tìm những khối hình học có kích thước nhỏ nhất có đầy
đủ sự sắp xếp trật tự theo quy luật của nguyên tử ( phân tử) trong toàn bộ mạng tinh thể và được
gọi là khối cơ sở.
b. Định nghĩa ô cơ sở ( Khối cơ sở ).
Khối cơ sở là khối thể tích nhỏ nhất đặc trưng một cách đầy đủ về sự sắp xếp trật tự có quy luật

của nguyên tử ( phân tử ) trong mạng tinh thể.

Hình I.2- Ô cơ sở và thông số của mạng tinh thể vật A

§Ò c¬ng VËt liÖu c¬ khÝ

Trang 2


Trong thực tế, để đơn giản chỉ cần biểu diễn mạng tinh thể bằng khối cơ sở của nó là đủ. Vật
rắn tinh thể A, mạng tinh thể của nó chỉ cần biểu diễn ô cỏ sở là hình hộp có các nghuyên tử nằm ở
đỉnh ( hình I.2).
II- CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA HỢP KIM.
Ở phần I chúng ta đã nghiên cứu về khái niệm hợp kim, rõ ràng, hợp kim dược cấu tạo từ hai
hay nhiều nguyên tố khác nhau, trong đó nguyên tố kim lao đóng vai trò chủ yếu do đó cấu trúc
tinh thể hợp kim chịu ảnh hưởng của cấu trúc mạnh tinh thể của nguyên tố kim loại và các nguyên
tố khác.
II.1- CÁC KIỂU MẠNG TINH THỂ CỦA KIM LOẠI THƯỜNG GẶP
II.1.1- Mạng lập phương thể tâm.
Trong khối cơ bản của mạng này, các nguyên tử nằm ở các đỉnh và chính giữa tâm của khối
hình lập phương ( hình I.3 )
Hình I.3- Khối cơ sở của mạng lập phương thể tâm
II.1.2- Mạng lập phương diện tâm
Trong khối cơ sở của kiểu mạng này các nguyên tử nằm ở các đỉnh và giữa tâm các mặt của
hình lập phương (hình I.4)

Hình I.4- Khối cơ sở của mạng lập phương diện tâm
II.1.3- Mạng lục giác xếp chặt
Trong khối cơ sở của mạng này là hình lăng trụ lục giác đều. các nguyên tử nằm ở các đỉnh, ở
tâm 2 đáy của lăng trụ lục giác, và tâm khối của 3 lăng trụ tam giác đều cách một. ( Hình I.5)

Hình I.5- Khối cơ sở của mạng lục giác xếp chặt
II.1.4- Mạng chính phương thể tâm
Mạng này khối cơ sở là hình lăng trụ tứ giác đều. Các nguyên tử bố trí ở các đỉnh và tâm khối
(Hình I.6 )
Hình I.6- Khối cơ sở của mạng chính phương thể tâm
II.2- CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA HỢP KIM.
Do sự tương tác của các nguyên tố, cấu trúc mạng tinh thể của hợp kim phức tạp hơn kim loại
nguyên chất. Các kiểu mạng tinh thể của hợp kim bao gồm các kiểu:
- Giữ nguyên kiểu mạng tinh thể của kim loại nguyên chất, nhưng làm biến đổi thông số của
mạng và gây thêm xô dịch. Dạng cấu tạo này gọi là dung dịch rắn.
- Tạo nên kiểu mạng mới khác hẳn kiểu mạng của nguyên tố thành phần. Dạng cấu tạo này
gọi là hợp chất hoá học hay pha trung gian.

§Ò c¬ng VËt liÖu c¬ khÝ

Trang 3


-

Cũng có thể có trường hợp (ít gặp hơn ) các nguyên tố không có tương tác gì với nhau,
chúng giữ nguyên vẹn kiểu mạng của chúng.

II.2.1- Dung dịch rắn.
Khái niệm.
Dung dịch rắn có nhiều điểm giống dung dịch lỏng, song sự khác nhau cơ bản giữa chúng là
dung dịch rắn có cấu trúc mạng tinh thể.
Khi hai nguyên tố hoà tan vào nhau ở trạng thái rắn, 1 nguyên tố giữ nguyên kiểu mạng tinh
thể của nguyên tố được gọi là dung môi, còn nguyên tố kia phân bố tương đối đều đặn vào trong
mạng của nguyên tố dung môi và được gọi la nguyên tố hoà tan

Ký hiệu dung dịch rắn của cùng một hệ bằng các chữ hilạp α, β ..., hoặc rõ bằng A ( B ), trong
đó A là dung môi, B là nguyên tố hoà tan.
Đặc tính chung của các dung dịch rắn của hệ kim loại:
- Liên kết là liên kết kim loại.
- Cấu trúc mạng tinh thể giống của kim loại dung môi ( là kim loại có tỷ lệ cao nhất ) và vì
vậy nó cũng có các kiểu tinh thể đơn giản như lập phương thể tâm, lập phương diện tâm, ...
- Thành phần các nguyên tố có thể thay đổi trong phạm vi nào đó mà vẫn không thay đổi cấu
trúc của mạng.
- Về cơ tính, dung dịch rắn vẫn giữ được độ dẻo cao ( do giữ được kiểu mạng của kim loại
nguyên chất ), song, có độ bền, độ cứng cao hơn ( do mạng tinh thể bị xô lệch ).
Tuỳ theo sự phân bố của chất hoà tan trong dung môi mà người ta phân thành hai loại dung
dịch rắn, là dung dịc rắn thay thế và dung dịch rắn xen kẽ.
a. Dung dịch rắn thay thế.
Các nguyên tử của nguyên tố hoà tan B thay thế cho các nguyên tử của các nguyên tố dung môi
A ở chính các nút mạng của A gọi là dung dịch thay thế (hìnhI.7) .
Nếu chất hoa tan B có thể hoà tan vào dung môi A với tỷ lệ bất kỳ, tức là nồng độ biến đổi liên
tục tạo nên dung dịch rắn hoà tan vô hạn ( hình I.7)
Sự tạo thành dung dịch rắn hoà tan vô hạn và có hạn phụ thuộc vào:
- Kiểu mạng: Hoà tan vô hạn có cùng kiểu mạng, khác mạng hoà tan có hạn.
- Đường kính nguyên tử : Đường kính nguyên tử chất tan lớn hoà tan có hạn, đường kính
chất tan nhỏ hoà tan vô hạn ( đường kính nhỏ hơn 8% - 15% hoà tan vô hạn, đường kính
lớn hơn 8% - 15% hoà tan có hạn)
- Lý, hoá tính: Hai nguyên tố có tính chất vật lý, hoá học giống nhau thì hoà tan vô hạn, nếu
có tính chất hoá học khác nhau tạo nên hợp chất hoá học.
- Nồng độ điện tử: Sự sai khác về hoá trị của các nguyên tố, cùng hoá trị hoà tan vô hạn.
Hình I.7- Sự tạo thành dung dịch rắn thay thế
Trong một số dung dịch rắn thay thế ở một số điều kiện nhất định ( về nhiệt độ, tốc độ nguội,
nồng độ ... ) các nguyên tử hoà tan chỉ chiếm các nút nào đó theo một quy tắc nhất định gọi là dung
dịch rắn có trật tự.
b. Dung dịch rắn xen kẽ

Khác với dung dịch rắn thay thế, các nguyên tử của các nguyên tố hoà tan nằm ở các lỗ hổng
trong mạng tinh thể của nguyên tố dung môi thì tạo nên dung dịch rắn xen kẽ.(hình I.8)

Hình I.8- Dung dịch đặc xen kẽ A(B)

§Ò c¬ng VËt liÖu c¬ khÝ

Trang 4


iu kin quyt nh hũa tan xen k l kớch thc cỏc nguyờn t ca nguyờn t hũa tan nh hn
kớch thc l hng ca mng dung mụi.
C tớnh ca dung dch rn:
- cng v bn thp
- do dai cao
c. Hp cht húa hc.
Hp cht húa hc c to thnh khi hai hay nhiu nguyờn t trong hp kim cú tớnh cht in
húa khỏc nhau, cú kh nng tỏc dng húa hc vi nhau to nờn 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 thỡ hp cht húa hc c ký hiu l AnBm, vớ d: Fe3C.
C tớnh:
- cng cao
- Tớnh giũn ln.
- Nhit phõn hy cao
Nguyờn nhõn l do hp cht húa hc cú kiu mng tinh th phc tp, khụng ging kiu mng
tinh th ca kim loi nguyờn cht. Tuy nhiờn nu kớch thc tinh th ca pha hp cht húa hc nh
hoc dng ht thỡ c tớnh ca nú s giũn hn.

Chơng Ii. gang
Bài 1: khái niệm về gang và các loại gang

1. Khái niệm chung về gang
1.1. Khái niệm: Gang là hợp kim của sắt và cacbon (Fe - C), với hàm lợng C
>2,14% nhng cao nhất cũng < 6,67%C. Ngoài ra trong gang còn chứa một số tạp
chất nh: Si, Mn, S, P và các nguyên tố khác...Gang thông dụng chứa khoảng 2,0 - 4,0
%C; 0,4 - 3,5%Si; 0,2 - 1,5 %Mn; 0,04 - 0,65%P; 0,02 - 0,15%S.
1.2. ảnh hởng của các yếu tố đến tính chất chung của Gang
1.2.1. Các bon ( C> 2,14%): Cacbon càng nhiều thì khả năng grafit hoá càng
mạnh, nhiệt độ chảy càng thấp, càng dễ đúc. Song cacbon càng nhiều thì grafit(dạng
tự do) cũng càng nhiều dễ điền đầy khuôn, ít co ngót, dễ gia công cắt gọt(thờng gặp
ở gang xám). cơ tính càng kém.
Cacbon ở dạng Xênentit(dạng hoá hợp) dạng này càng lớn thì độ cứng càng
lớn, khó cắt gọt, thờng gặp ở gang trắng(do làm nguội nhanh).
1.2.1. Các bon: Cacbon càng nhiều thì khả năng grafit hoá càng mạnh, nhiệt
độ chảy càng thấp, càng dễ đúc. Song cacbon càng nhiều thì grafit cũng càng nhiều,
cơ tính càng kém. Do đó xu hớng là dùng gang có ít cacbon để đảm bảo độ bền cao.
Lợng cacbon trong gang xám đúc nằm trong khoảng 2,8 3,5%.
1.2.2. Silíc: Sự có mặt của nguyên tố Silic thúc đẩy sự graphit hóa, nghĩa là
phân hủy Fe3C thành Fe và cacbon tự do khi kết tinh làm tăng độ bền cho gang. Lợng
Si thay đổi trong gang ở giới hạn từ 1,5 - 3,0%
1.2.3. Mangan: Mn lại cản trở sự graphit hóa nhằm tạo Fe3C của gang trắng.
Mn thay đổi trong gang tơng ứng ở giới hạn 0,5 - 1,0%.

Đề cơng Vật liệu cơ khí

Trang 5


1.2.4. Phôtpho, Lu huỳnh: Tạp chất S và P làm hại đến cơ tính của gang nhng
nguyên tố P phần nào làm tăng tính chảy loãng, tăng tính chống mài mòn do đó có
thể hàm lợng đến 0,1 - 0,2%P.

2. Phân loại gang: gang đợc phân loại theo:
2.1. Phân loại theo giản đồ trạng thái: Chia làm 3 loại.
2.1.1. Gang trớc cùng tinh (C <4,43%) chứa tổ chức peclit, xêmentit và
Lêđêburit.
2.1.2. Gang cùng tinh (C = 4,43%) chỉ có Leđeburit.
2.1.3.Gang sau cùng tinh (C > 4,43%) tồn tại hai tổ chức leđeburit và
xementit.
2.2. Phân loại theo tổ chức và cấu tạo: ngời ta chia ra.
2.2.1. Gang trắng: là loại gang mà hầu hết cacbon ở dạng liên kết Fe 3C. Tổ
chức xementit có nhiều trong gang làm mặt gẫy có màu sáng trắng nên gọi là gang
trắng.
- Gang trắng có nhiều xementit nên rất cứng và dòn, tính cắt gọt kém. Nó dùng
để chế tạo gang rèn hoặc dùng để chế tạo các chi tiết máy cần tính chống mài mòn
cao nh bi nghiền, trục cán...luyện thép và ủ thành gang xám.
- Gang trắng chỉ hình thành khi hàm lợng C, Mn thích hợp với điều kiện nguội
nhanh ở các vật đúc có thành mỏng, nhỏ.
- Gang trắng không có ký hiệu riêng.
2.2.2. Gang xám: là loại gang mà hầu hết cacbon ở dạng graphit hình tấm.
Nhờ có graphit nên mặt gẫy có mầu xám.
Tổ chức tế vi của gang xám gồm nền cơ sở và các graphit dạng tấm. Nền của
gang xám có thể là: pherit, pherit - peclit; peclit. Vậy cơ tính của gang xám phụ
thuộc vào hai yếu tố: Tổ chức của nền, độ bền của nền tăng lên từ nền của pherit đến
peclit; yếu tố thứ hai là số lợng, hình dạng và sự phân bố graphit. Nếu số lợng hợp lý,
hình dạng thu gọn và phân bố đều trên nền thì cơ tính sẽ đợc cải thiện.
- Thành phần hóa học: C= 2,8- 3,6%C; Si = 1,2 - 2,8%; Mn = 0,5 - 1,6%%; P
< 0,65%; S < 0,15%.
- Ký hiệu: Theo TCVN gang xám đợc ký hiệu bằng chữ GX với hai cặp số chỉ
giới hạn bền kéo và bền uốn với đơn vị là KG/mm2.
Ví dụ: GX 12 - 28. có nghĩa là mác gang xám với k = 12KG/mm2 và u = 28
KG/mm2 .

Theo tiêu chuẩn của Liên Xô ký hiệu gang xám nh sau: Ca - b.
Trong đó: a là k (giới hạn bền kéo KG/mm2 ) ; b là u (giới hạn bền uốn
KG/mm2 ).
VD: GX 21 - 40, GX 15 - 32, C18 - 36, C36 - 56...
- Công dụng: làm các chi tiết chịu tải trọng tĩnh nh băng máy, bệ máy, bạc lót,
vỏ xylanh...
2.2.3. Gang cầu: là loại gang có thể có tổ chức nh gang xám, nhng graphit có
dạng thu nhỏ thành hình cầu. Ngời ta thu đợc graphit dạng cầu do tác dụng biến tính
của Mg, Ce (hoặc các nguyên tố đất hiếm).
Để có tổ chức gang cầu, phải nấu chảy gang xám và dùng phơng pháp biến
tính đặc biệt là cầu hóa để tạo ra graphit hình cầu. Kết quả cũng trên các nền t ơng tự
nh gang xám, với graphit cầu ta có độ dẻo = 5 - 15%; độ bền tăng lên ; độ kéo k =
400 - 1000 N/mm2.
- Thành phần hóa học: C= 3,0- 3,6%C; Si = 2,0 - 3,0%; Mn 2,0 - 1,0%%; P
1,5%; S < 0,15%. Mg = 0,04 - 0,08%.
- Ký hiệu: Theo TCVN gang cầu đợc ký hiệu bằng chữ GC với hai cặp số chỉ
giới hạn bền kéo đơn vị là KG/mm2 và % độ dãn dài tơng đối.

Đề cơng Vật liệu cơ khí

Trang 6


Ví dụ: GC 45 - 15. có nghĩa là mác gang xám với k = 45KG/mm2 (450N/
mm2) và = 15%.
Theo tiêu chuẩn của Liên Xô ký hiệu gang xám nh sau: Ba - b.
Trong đó: a là k (giới hạn bền kéo KG/mm2 ); b là độ dản dài %.
VD: GC 50 - 2; GC 60 - 2; B50 - 2; B60 - 2.
- Công dụng: dùng để chế tạo các chi tiết máy trung bình và lớn, có hình dạng
phức tạp, cần tải trọng cao, chịu va đập nh trục khuỷu, trục cán...

2.2.4. Gang dẻo: là loại gang đợc chế tạo từ gang trắng bằng phơng pháp nhiệt
luyện (ủ). Gang dẻo có độ bền cao, độ dẻo lớn nhờ graphit phân hủy từ Fe 3c trong
gang trắng tạo nên dạng cụm.
- Thành phần hóa học: C= 2,2 - 3,4%C; Si = 0,4 - 1,6%; Mn = 0,2 - 0,50%%;
S = 0,15 - 0,25%; P càng nhỏ thì càng tốt.
- Ký hiệu: Theo TCVN gang dẻo đợc ký hiệu bằng chữ GZ với hai cặp số chỉ
giới hạn bền kéo đơn vị là KG/mm2 và % độ dản dài tơng đối.
Ví dụ: GZ 33 - 8 có nghĩa là mác gang dẻo với k = 33KG/mm2 và = 8%.
Theo tiêu chuẩn của Liên Xô ký hiệu gang dẻo nh sau: Ka - b.
Trong đó: a là k (giới hạn bền kéo KG/mm2 ); b là độ dải dài tơng đối %.
VD: GZ 37 - 12; GZ45 - 6; K60 - 3; B30 - 6.
- Công dụng: gang dẻo thờng có thờng có giá thành cao hơn vì khó đúc hơn và
thời gian ủ lâu hơn, chúng thờng đợc dùng để chế tạo các chi tiết phức tạp có thành
mỏng.
Thành phần hoá học của các loại Gang
Loại gang
Trắng
Xám
Cầu
Dẻo

C(%)
3,3 3,6
3,0 3,7
3,0 4,0
2,0 2,6

Si(%)
0,4 1,2
1,2 2,5

1,8 3,0
1,0 1,6

Mn(%)
0,25 0,80
0,25 0,1
0,10 0,80
0,20 1,00

Đề cơng Vật liệu cơ khí

S(%)
0,06 0,20
< 0,12
< 0,03
0,04 0,20

P(%)
0,05 0,20
0,05 1,00
< 0,10
< 0,20

Trang 7


Chơng 3: Thép
Bài 1 : thép cac bon
1. Khái niệm về thép cacbon
1.1. Khái niệm: Là hợp kim trên cơ sở sắt và cacbon với hàm lợng cacbon nhỏ

hơn 2,14%. Ngoài ra trong thép còn có chứa một lợng tạp chất
S, P,2 H2,
MN/m2 nh Si, Mn, ak,kJ/m
HB
N2, các tạp chất ngẫu nhiên nh Cr, Ni, Cu, Mo, Ti...
HB
2400
300 1200
60
Thành phần hóa học của thép cacbon thông thờng,
ngoài
Fe ra đợc
1000
2000 hạn
50 giới
200 800
40 1600
nh sau: C < 2,14%; Mn 0,8%; Si 0,6%; P 0,05; S 0,05.
30 1200
600
100 400

1.2. ảnh hởng của các nguyên tố đến tính chất của 200
thép
0
1.2.1. Cacbon:
0 0.2


ak

0.6 1.0

20
800
400
10
0
1.4 %C

Anh hửụỷng cuỷa cacbon ủeỏn cụ tớnh cuỷa theựp.

- Nguyên tố ảnh hởng lớn nhất
trong thép là cacbon. Chỉ cần thay đổi
một lợng rất nhỏ đã làm thay đổi nhiều
tính chất cơ, lý, hóa của thép.
- Cùng với sự tăng hàm lợng
cacbon, độ cứng và độ bền tăng, còn độ
dẻo và độ dai lại giảm xuống.
1.2.2. Mangan: Mangan đợc đa vào thép dới dạng fêrô mangan, để khử oxy,
tức là để loại trừ FeO có hại.
FeO + Mn MnO + Fe

Mn là nguyên tố tạp chất có lợi, khi hàm lợng thích hợp sẽ khử oxy trong thép,
làm tăng độ bền, độ cứng của thép. Nhng nếu cho nhiều sẽ gây ảnh hởng đến tính
công nghệ nh gia công cắt gọt, nhiệt luyện...
1.2.3. Silic: Silic đợc đa vào thép dới dạng fêrô silic, để khử oxy, tức là để khử
oxy một cách triệt để.
2FeO + Si MnO2 + Fe

Silic là nguyên tố tạp chất có lợi, khi hàm lợng thích hợp sẽ khử oxy trong

thép, làm tăng độ bền, độ cứng của thép. Nhng nếu cho nhiều sẽ gây ảnh hởng đến
tính công nghệ nh gia công cắt gọt, nhiệt luyện...
1.2.3. Phôtpho: Phôtpho là nguyên tố có khả năng hoà tan vào Fe (tới 1,2%
ở hợp kim Fe-C nguyên chất), Khi lợng P vợt quá giới hạn hoà tan nó sẽ tạo nên Fe3P cả hai tác dụng này đều làm giảm mạnh độ dẻo, độ dai tăng mạnh, độ giòn ở nhiệt
độ bình thờng hay còn gọi là giòn nguội.
1.2.4. Lu huỳnh: Lu huỳnh là nguyên tố có khả năng hoà tan vào Fe Nguyên
tố S sẽ làm cho thép bị dòn nóng. ở nhiệt độ cao, những tạp chất nh lu huỳnh sẽ mềm
ra gây ảnh hởng đến liên kết bền vững của thép, ngời ta gọi là giòn nóng.
2. Phân loại thép cacbon:
2.1. Phân loại theo tổ chức tế vi của thép
2.1.1. Thép trớc cùng tích ( C < 0,8%) với tổ chức pherit + peclit
2.1.2. Thép cùng tích (C= 0,8%) thép có tổ chức peclit
2.1.3. Thép sau cùng tích ( C > 0,8%) thép có tổ chức peclit và xementit.

Đề cơng Vật liệu cơ khí

Trang 8


2.2. Phân loại theo hàm lợng cacbon thờng dùng
2.2.1. Thép cacbon thấp (C<0,25%)
2.2.2. Thép cacbon trung bình (0,25% < C < 0,5%)
2.2.3. Thép cacbon cao (C > 0,5%)
2.3. Phân loại theo công dụng
2.3.1. Thép Cacbon cán nóng chất lợng thờng
2.3.2. Thép Cacbon kết cấu
2.3.3. Thép cacbon dụng cụ
3. Các loại thép cacbon thờng gặp
2.3.1. Thép Cacbon chất lợng thờng: là loại có cơ tính không cao, chỉ dùng
để chế tạo các chi tiết máy, các kết cấu chịu tải trọng nhỏ. Thép chất lợng thờng đợc

chia làm 3 nhóm:
2.3.1.1. Nhóm A: Là nhóm thép đảm bảo về cơ tính: Giới hạn bền, giới hạn
chảy, độ dãn dài
- Ký hiệu: theo TCVN 1765-75 quy định ký hiệu thép thông dụng là chữ CT,
sau chữ CT và số phía sau chỉ thứ tự quy ớc giới hạn bền (b KG/mm2) thấp nhất
ứng với mỗi ký hiệu ( CTb). Gồm 7 loại là CT31, CT33, CT34, CT38, CT42, CT51,
CT61 .
Ví dụ: CT38 có giới hạn bền b = 38 49KG/mm2.
Theo tiêu chuẩn Liên Xô ký hiệu bằng chữ CT, sau chữ CT là số thứ tự, và đợc
ký hiệu từ CT0, CT1, CT2, CT3, CT4, CT5, CT6.
2.3.1.1. Nhóm B: Là loại thép đảm bảo thành phần hoá học
- Ký hiệu: theo TCVN 1765-75 quy định ký hiệu thép thông dụng là chữ BCT,
sau chữ BCT và số phía sau chỉ thứ tự quy ớc giới hạn bền (b KG/mm2) thấp nhất
ứng với mỗi ký hiệu ( CTb). Gồm 7 loại là BCT31, BCT33, BCT34, BCT38, BCT42,
BCT51, BCT61 .
Ví dụ: Thép BCT33 có C = 0,06 - 0,12 % , Mn = 0,25 - 0,5 , Si = 0,05 - 0,3 %,
S > 0,05 %, P > 0,05 %.
2.3.1.1. Nhóm C: Là nhóm thép đảm bảo về cơ tính và đảm bảo về thành phần
hoá học.
Ký hiệu CCT và số phía sau chỉ thứ tự quy ớc, gồm 6 loại là CCT31,
CCT33, CCT34, CCT38, CCT42, CCT51. .
Ví dụ : Thép CCT33 có : + Cơ tính nh CT3
+ Thành phần hoá học nh BCT33
Số hiệu thép
Liên xô
Việt Nam
CT0
CT31
CT1
CT33

CT2
CT34
CT3
CT38
CT4
CT42
CT5
CT51
CT6
CT61

Hàm lợng
cacbon( %C)

Giới hạn bền b
(KG/mm2).

0,23
0,06 0,12
0,09 0,15
0,14 0,22
0,18 0,27
0,28 0,37
0,38 0,49

31
32 42
34 44
38 49
24 51

50 64

Đề cơng Vật liệu cơ khí

60
Trang 9


-Tính chất và công dụng:
+ CT0 - CT2: hàm lợng cacbon thấp, mềm, dẻo, dùng dới dạng giới hạn nguội
nh que hàn, đinh tán...
+ CT3 - CT5: hàm lợng cacbon trung bình, cơ tính tổng hợp cao( bền cứng
không cao, dẻo dai đảm bảo) đợc sử dụng nhiều trong lĩnh vực xây dựng, giao
thông...
+ CT6: hàm lợng cacbon cao, độ bền, độ cứng cao. Dùng làm đờng goòng...
2.3.2. Thép Cacbon kết cấu: là loại thép có hàm lợng tạp chất S, P rất nhỏ
( từ 0,03 - 0,04%), tính năng lý hóa tốt, hàm lợng cacbon chính xác và chỉ tiêu cơ
tính rõ ràng.
- Ký hiệu: theo TCVN ký hiệu thép cacbon kết cấu là chữ C, sau chữ C ghi
chỉ số hàm lợng cacbon của thép nh: C05, C08, C10, C15, C20,... ,C85.
Hàm lợng cacbon đợc tính theo phần vạn
Ví dụ: C45 - chữ C ký hiệu thép cacbon kết cấu, 45 chỉ hàm lợng cacbon trung
bình là 0,45%C.
+Theo tiêu chuẩn Liên Xô ký hiệu bằng số: 05, 08, 10, 15, 20, 25....85.
Nếu là thép sôi: ký hiệu Liên xô + K; VN + S.
Ví dụ: 45K; C45s.
- Công dụng: thép cacbon kết cấu dùng chế tạo các chi tiết máy chịu lực cao.
2.3.3. Thép cacbon dụng cụ: là loại thép có hàm lợng cacbon cao (0,7 1,3%), có hàm lợng tạp chất S, P thấp (< 0,025%).
- Ký hiệu: theo TCVN ký hiệu thép cacbon dụng cụ đợc ký hiệu bằng chữ CD,
sau chữ CD ghi chỉ số hàm lợng cacbon của thép: CD70, CD80, CD90,...,CD130.

Hàm lợng cacbon đợc tính theo phần vạn.
Ví dụ: CD90 - CD chỉ thép cacbon dụng cụ, 90 chỉ hàm lợng cacbon trung
bình là 0,9%C.
+ Theo tiêu chuẩn Liên Xô ký hiệu bằng chữ Y, sau chữ Y ghi chỉ số hàm lợng
cacbon của thép: Y7, Y8, Y9, Y10, Y11, Y12, Y13. Hàm lợng cacbon tính theo phần ngàn.
Ví dụ: Y9 - Y chỉ thép cacbon dụng cụ, 9 chỉ hàm lợng cacbon trung bình là
0,9%C.
* Chú ý: Nếu sau mỗi ký hiệu có chữ "A" thì đó là ký hiệu của thép tốt.
Ví dụ: Y13 A - Y chỉ thép cacbon dụng cụ, 13 chỉ hàm lợng cacbon trung bình
là 1,3%C, A chỉ thép tốt.
- Công dụng:
+ Y7 - Y8: thờng đợc chế tạo các dụng cụ cắt năng suất thấp nh đục, đột, dụng
cụ làm việc trong điều kiện không chịu va đập.
+ Y12 - Y13: thờng đợc chế tạo các dụng cụ cắt năng suất thấp, chịu mài mòn
nh dũa...

Đề cơng Vật liệu cơ khí

Trang 10


Bài 2: thép hợp kim
1. Khái niệm về thép hợp kim
1.1. Khái niệm
- Thép hợp kim là loại thép mà ngoài sắt, cacbon và các tạp chất ra ngời ta còn
chủ động đa vào các nguyên tố đặc biệt với một hàm lợng nhất định để làm thay đổi
tổ chức và tính chất của thép cho phù hợp với yêu cầu sử dụng. Các nguyên tố thờng
đợc đa vào một cách cố ý nh vậy gọi là nguyên tố hợp kim và thép đợc gọi là thép
hợp kim.
- Các nguyên tố hợp kim thờng gặp nh: Cr, Ni, Mn, W, Si, V, Ti, Cu... khi hàm

lợng các nguyên tố này thấp hơn một giới hạn nhất định thì chúng đợc gọi là tạp
chất, hàm lợng hợp kim đợc đa vào trong thép: Mn > 0,8%, Si > 0,5%, Cr > 0,5%, Ni
> 0,4%, W > 0,4%...
Ví dụ: Thép có chứa 0,7%Mn thì nguyên tố Mn vẫn chỉ đợc coi là nguyên tố
tạp chất trong thép.
1.2. Tính chất chung của thép hợp kim
- Trong thép hợp kim, các chất có hại nh P,S và các khí Oxy, Hiđrô, Nitơ đợc
khống chế rất thấp so với thép cacbon, thép hợp kim nói chung rất khó chế tạo và đắt
hơn so với thép cacbon song thép hợp kim có nhiều u điểm vợt xa so với thép cacbon:
+ Cơ tính: - Thép hợp kim có độ bền cao hơn so với thép cacbon sau khi nhiệt
luyên (tôi và ram). Nhờ vào các nguyên tố hợp kim hóa độ thấm tôi của thép đợc cải
thiện hơn nhiều so với thép cacbon.
- Sau khi nhiệt luyện thép hợp kim có thể đạt độ bền cao nhng độ
dẽo dai lại giảm xuống ( do thép hợp kim ngoài hai nguyên tố sắt và cacbon ngời ta
còn đa vào các nguyên tố hợp kim khác với một hàm lợng nhất định do đó hàm lợng
sắt trong thép giảm xuống dẫn đến độ dẻo dai giảm đồng thời các nguyên tố hợp kim
nh Cr, Ni làm tăng độ cứng, độ bền cho thép).
+ Tính cứng nóng: Là khả năng duy trì độ nóng ở nhệt độ cao. Thép hợp kim
có độ cứng nóng cao cho phép làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao tới hàng ngàn 0C
( Mn, Ti, W tăng tính chống mài mòn và khả năng chịu nóng cho thép).
+ Giản nỡ vì nhiệt.
+ Thép hợp kim có tính chất lý hóa đặc biệt: làm việc trong điều kiện môi trờng AXit, Bazơ, muối... bằng cách hợp kim hóa, ngời ta đã tạo ra nhiều loại thép rất
đặc biệt nh thép không gỉ, thép có tính giản nỡ vì nhiệt, thép từ tính...
Nh vậy: nguyên tố hợp kim có tác dụng rất tốt, thép hợp kim là vật liệu không
thể thiếu đợc trong nghành chế tạo máy, dụng cụ-thiết bị điện, công nghiệp hóa học,
giao thông...Nó đợc làm các chi tiết quan trong, làm việc trong điều kiện đặc biệt.
Ví dụ: ổ lăn, lỗ, nhíp ôtô, nam châm từ, dụng cụ-thiết bị trong ngành y tế...
2. Ký hiệu thép hợp kim
- Theo TCVN thép hợp kim đợc ký hiệu bằng hệ thống chữ và số.
+ Chữ dùng chỉ loại vật liệu và dùng chính ký hiệu hóa học của nguyên tố hợp

kim để chỉ sự có mặt của nó.
+ Số đứng đầu mác thép để chỉ hàm lợng cacbon, tính theo phần vạn.
+ Số đứng sau mỗi chữ nguyên tố hợp kim chỉ hàm lợng phần trăm trung bình
nguyên tố hợp kim đó.
+ Nếu 1% thì không ghi.

Đề cơng Vật liệu cơ khí

Trang 11


+ Nếu có chữ "A" ở phía sau là ký hiệu của thép chất lợng cao.
Ví dụ: Mác thép CrWMn có nghĩa là: thép hợp kim có chứa 1%C, 1% Cr,
1%W, 1%Mn.
60Si2 có nghĩa là: thép hợp kim có chứa 0,6%C, 2%Si.
- Theo tiêu chuẩn Liên Xô ký hiệu thép hợp kim bằng chữ và số:
+ Chữ chỉ nguyên tố hợp kim.
Ký hiệu một số nguyên tố hợp kim theo tiêu chuẩn Quốc tế & Nga
Tên
nguyên tố
Bo
Côban
Crôm
Đồng
Mangan

Quốc tế
B
Co
Cr

Cu
Mn

Nga
P
K
X



Tên
nguyên tố
Môlipđen
Nhôm
Niken
Niôbi
Nitơ

Quốc tế
MO
Al
Ni
Nb
N

Nga
M
IO
H

A

Tên
nguyên tố
Silic
Titan
Vanađi
Vonfram
Ziêcôni

Quốc tế
Si
Ti
V
W
Zr

Nga
C
T

B

+ Số đứng đầu mác thép để chỉ hàm lợng cacbon, tính theo phần vạn.
+ Số đứng sau mỗi chữ nguyên tố hợp kim chỉ hàm lợng phần trăm trung bình
nguyên tố hợp kim đó.
+ Nếu 1% thì không ghi.
+ Nếu có chữ "A" ở phía sau là ký hiệu của thép chất lợng cao.
Ví dụ: Mác thép XB có nghĩa là: thép hợp kim có chứa 1%C, 1% Cr, 1%W,
1%Mn.

60C2 có nghĩa là: thép hợp kim có chứa 0,6%C, 2%Si.
3. Các loại thép hợp kim.
3.1. Thép hợp kim kết cấu: là loại thép trên cơ sở thép kết cấu cacbon cho
thêm các nguyên tố hợp kim. Hàm lợng cacbon khoảng 0,1 - 0,85% và lợng phần
trăm nguyên tố hợp kim thấp.
- Thành phần hóa học:
Hàm lợng cacbon trong thép tính theo phần vạn ( < 0,7%)
Hàm lợng các nguyên tố hợp kim tính theo phần trăm ( < 5%)
Ví dụ: 30XA : 0,3%C, 1%Cr, 1% Pb, thép chất lợng tốt.
3.1.1. Nhóm thép cacbon kết cấu dùng để thấm cacbon: có hàm lợng
cacbon nhỏ ( < 0,25%), các nguyên tố hợp kim là Ni, Cr, Ti, W.
Đặc trng gồm các nhóm thép: 18XH, 20XH, 20X, 18X , 18 XB...
3.1.2. Nhóm thép cacbon kết cấu hóa tốt: có hàm lợng cacbon từ ( 0,3 0,5%C ), các nguyên tố hợp kim là Mn, Cr, Si, Ni.
Đặc trng gồm các nhóm thép: 35X, 40XH, 45X, 50X...
3.1.2. Nhóm thép cacbon kết cấu làm lò xo: có hàm lợng cacbon từ ( 0,5% 0,7%C ), các nguyên tố hợp kim là Mn, Si. Có giới hạn mỏi và tính chống mài mòn
cao.
Đặc trng gồm các nhóm thép: 60C2, 60C, 60T2, 58XA...
- Thép cacbon kết cấu đợc sử dụng làm lò xo tàu hỏa, nhíp xe ô tô và các loại
lò xo cao cấp khác.
3.3. Thép hợp kim dụng cụ:
3.3.1. Khái niệm: là loại thép có độ cứng cao sau khi nhiệt luyện, khả năng
chịu nhiệt độ cao, độ bền cao. Hàm lợng cacbon trong hợp kim dụng cụ từ 0,7 1,4%; các nguyên tố hợp kim chủ yếu là Cr, W, Si và Mn.
- Ký hiệu: Thép hợp kim dụng cụ, hàm lợng cacbon tính theo phần ngàn,
nguyên tố hợp kim tính theo phần trăm.
Ví dụ: 9XC: 0,9%C, 1%Cr, 1% Si.
3.3.2. Các loại thép hợp kim dụng cụ:
3.3.2.1. Thép hợp kim dụng cụ làm dao cắt.

Đề cơng Vật liệu cơ khí

Trang 12


* Thép hợp kim dụng cụ làm dao cắt năng suất thấp ( 10 - 14m/p): X05, 9XC,
XBT, 85XA.
ứng dụng: dùng chế tạo ta rô, bàn ren, mũi khoan, dao phay, dao cạo. XB có
hệ số biến dạng nhỏ, dùng để chế tạo dụng cụ đo nh thớc cặp, panme, calip...
* Thép hợp kim dụng cụ làm dao cắt năng suất cao từ 25 - 35m/p(thép gió): là
một dạng thép hợp kim đặc biệt để cắt gọt các chi tiết máy có yêu cầu cao. Trong tổ
chức của nó gồm các nguyên tố cacbon, crôm,vonfram, coban, vanadi và sắt(Fe)
Thép gió có độ cứng, độ bền cao, chịu mài mòn và chịu nhiệt đến 650 0C. Thép
gió có hàm lợng các nguyên tố hợp kim nh sau: 8,5 - 19%W, 0,7 - 1,4%C, 3,8 - 4,4%
Cr, 1 - 2,6%V và một số lợng nhỏ MO hay CO.
Những mác thép gió thờng đợc dùng theo TCVN có: 90W9V2, 75W18V,
140W9V5, 90W18V2.
(Ký hiệu)
Mác thép
90CrSi
80W18Cr4V2MO
"Thép gió P18"
90W9Cr4VMO
"Thép gió P9"
100CrWMn
50CrNiMO

Thành phần hóa học %
C
0,85 - 0,95
0,80 - 0,88
0,7 - 0,8

0,95 - 1,05
0,50 - 0,60

Hợp kim
1,2 - 1,6Si;
0,95 - 1,25Cr
3,8 - 4,4 Cr; 17,0 - 18,5W
< 1MO; 1,0 - 1,4V
3,8 - 4,4Cr; 5,8 - 10W
1,0 - 1,4V; đến 1,0MO
0,9 - 1,2 %Cr, 1,2 - 1,6%W
0,8 - 1,1%Mn
0,5 - 0,8Mn; 0,5 - 0,8Cr

Độ cứng sau
khi tôi HRC

Tính cứng
nóng (HRC
850C)

62

-

62 - 63

617

63 - 64

617

-

-

-

-

ứng dụng: dùng chế tạo dao tiện, dao phay, dao bào, mũi khoan...
3.3.2.1. Thép hợp kim dụng cụ làm khuôn dập: khuôn dập là dụng cụ dùng
để biến dạng kim loại, gồm hai chi tiết (chày và cối) nhằm tạo ra những hình dáng
kích thớc theo yêu cầu.
* Thép hợp kim dụng cụ làm khuôn dập Nguội: là phơng pháp biến dạng kim
loại nguội do đó yêu cầu khuôn dập phải có độ cứng cao, tính chống mài mòn lớn,
chịu va đập. Một số vật liệu thờng dùng là: XT, XB,X12M, 6XC, 5XB2C
* Thép hợp kim dụng cụ làm khuôn dập Nóng: là phơng pháp biến dạng kim
loại khi đã đợc nung nóng do đó yêu cầu khuôn dập phải có độ cứng cao, tính chống
mài mòn lớn, tính chịu nhiệt cao. Một số vật liệu thờng dùng là: 5XMN, 5XNHB,
5XM, 3XB8.
2.4. Thép hợp kim đặc biệt: là thép hợp kim có tính chất lý hóa đặc biệt, làm
việc trong điều kiện môi trờng đặc biệt.
2.4.1. Thép không gỉ: là loại thép có khả năng chống lại môi trờng ăn mòn
( ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa). Các nguyên tố hợp kim chủ yếu trong thép
không gỉ là Cr và Ni. Chúng gồm các ký hiệu nh sau: 20X13, 30X12, 12X18H9,
12X18H9T.
ứng dụng: dùng chế tạo các dụng cụ thiết bị trong lĩnh vực ytế, tuapin nhà
máy điện, cơ khí, giao thông...

2.4.1. Thép bền nóng: là loại thép làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao mà
độ bền không giảm, không bị oxy hóa bề mặt. Ngời ta sử dụng các loại thép với mức
chịu nhiệt khác nhau.
Ví dụ loại thép peclit gồm 12CrMO, 04Cr9Si2 có khả năng chịu nhiệt độ từ
0
300 - 5000C.
Thép hợp kim chịu nhiệt độ cao hơn 800 0C dùng để chế tạo các loại dây dẫn,
điện trở, hợp kim đó gọi là NiCr.
Ví dụ Cr20Ni80; Cr15Ni60.

Đề cơng Vật liệu cơ khí

Trang 13


Chơng Iv. kim loại màu hợp kim màu
I.thành phần hoá học và cách chế tạo hợp kim
Hợp kim cứng không phải là thép vì trong thành phần của nó không có sắt.
Thành phần hợp kim cứng bao gồm có các hạt cacbit ửonam( wc), Cacbit titan (TiC)
rất nhỏ, mịn, có độ cứng và tính ổn định cao.
Hợp kim cứng chế tạo bằng phơng pháp bột.Ngời ta sản xuất bột WC và bột
TiC nhỏ, mịn trộn với bột kim loại Co. Hỗn hợp đợc đem ép trong khuôn thành hình
theo yêu cầu sau đó đem nung ở nhiệt độ 1450C trong thời gian từ 1- 3 giờ, sau đó
sửa chữa bằng máy mài.
Hợp kim cứng gồm các loại:
- Loại hợp kim gồm WC và Co co ký hiệu là BK kèm theo số chỉ lợng % Co còn lại
là WC.
- Loại hợp kim cứng nhóm BK có các số hiệu: BK2, BK3, BK5, BK6, BK8 ......
- Loaij hợp kim cứng gồm WC,TiC, và Co.Loại này có ký hiệu là TK vavf số dằng
sau chỉ lợng TiC và Co còn lai là của WC .

- Loại hợp kim cứng nhom TK có số hiệu : T4K10, T14K8, T15K6, T30K4,T60K6.
II. tính chất và công dụng của hợp kim
1. tính chất.
- Độ cứng rất cao, độ cng của chúng phụ thuộc vào các loại cácbit và số lợng
coban. TiC cứng hơn WC và càng nhiều Co thì độ cứng càng giảm.
Vì vậy nhóm TK cứng hơn nhóm BK và những số hiệu có Co thì có độ mềm dẻo
cao và độ cứng giảm.
- Tính cứng nongs cao, khi thành phần Co ít, TiC nhiều thì tính cứng nóng càng
cao.
- Hợp kim cứng giòn cao hơn thép, hay dính vật liệu gia công do đó làm xấu tính
gia công.
- Loại TK ít dính hơn loại BK.
2. Công dụng.
- Nhóm BK dùng để gia công gang xám và hợp kim màu
- Nhóm TK dùng để gia công thép có độ bền cao , thép không rỉ và các vật liệu
cứng khác. Khi gia công thép phôi dài thời gian tiếp xúc với phôi lâu nên lợng nhiệt
truyền đến dao lớn, yêu cầu dao có tính cứng nóngcao, hệ số ma sát nhỏ và ít dính.
Do đố phải dung loại TK. Khi gia công gang phoi gãy vụn, hợp kim mau mèm nên
dùng nhom BK.
- Dùng hợp kim BK8 để tiện phá, chế tạo các dụng cụ va đập, làm khuôn kéo hoặc
mũi khoan địa chất. T15K6 dùng làm dao tiện nửa phá, tiện tinh làm cơ sở bẻ phoi
Nhợc điểm của hợp kim cứng là khó chế tao dụng cụ định hình.

Đề cơng Vật liệu cơ khí

Trang 14


III: Đồng nhôm và hợp kim của chúng
A. nhôm và hợp kim nhôm

1. Nhôm nguyên chất
1.1. Khái niệm:
- Cấu trúc mạng tinh thể là lập phơng diện tâm, thông số mạng a= 4,04A 0. Chỉ
có một dạng thù hình.
- Đờng kính nguyên tử d = 2,86A0.
- Khối lợng riêng = 2,70 g/cm3.
- Nhiệt độ nóng chảy là: 6570C.
- Có áp lực mạnh với oxy, oxýt nhôm Al 2O3, có độ xít chặt cao nên bảo vệ đợc
nhôm không bị ăn mòn hoặc hạn chế tối đa sự ăn mòn.
- Dẫn điện, dẫn nhiệt tốt.
Cơ tính thấp, sau khi cán và ủ thì đạt đợc các chỉ tiêu sau:
b= 60MN/m2; 0,2= 20MN/m2; = 85%
= 40%;
HB = 25;
Nhôm dẻo, dễ dát thành tấm, dễ kéo sợi, dễ dập thành phẩm, dễ nấu chảy để
đúc. Nhng vì cơ tính thấp nên ít dùng làm chi tiết máy.
- Nhôm là kim loại khó luyện vì nó là nguyên tố có hoạt tính lớn, tạp chất
trong nhôm gồm: Si, Cu,Ti...
1.2. Ký hiệu: A + % chỉ số độ sạch.
- A995, A99, A97 A95 (995, 99, 97, 95 %Al) là loại nhôm có độ sạch cao.
- A85, A8, A7, A0 (99,85; 99,80; 99,70; 99,00%Al) gọi là loại nhôm kỹ thuật.
2. Hợp kim nhôm
2.1. Hợp kim nhôm biến dạng:
2.1.1. Khái niệm: đợc sản xuất bằng phơng pháp biến dạng ( cán ép, kéo,
vuốt) ở dạng sợi, thanh, tấm, lá.
- Tiêu biểu của hợp kim nhôm biến dạng là Dura, nó là hợp kim của nhôm,
đồng và manhê ( Al - Cu - Mg), trong đó Cu = 4 -55, Mg = 1%.
2.1.2. Ký hiệu:
+ Theo TCVN 1659 75 ký hiệu hợp kim nhôm biến dạng nh sau:
- Dùng ký hiệu các nguyên tố hoá học trong bảng tuần hoàn Menđêlép biểu thị

sự có mặt của các nguyên tố cơ bản.
- Chữ số đứng sau nguyên tố nào thì chỉ hàm lợng % trung bình của nguyên tố
đó.
Ví dụ: AlMg1: nguyên tố hợp kim chủ yếu là Mg với hàm lợng trung bình là
1% ( trong số hiệu này cho phép Mg = 0,5 1,8%).
AlMg6: nguyên tố hợp kim chủ yếu là Mg với hàm lợng trung bình là
6% ( trong số hiệu này cho phép Mg = 5,8 6,8%).
Còn các thành phần khác thì phải tra cứu sổ tay kim loại. Nếu sau nguyên tố
có số 0 đứng trớc thì hiểu là số thập phân sau đó.
Ví dụ: Mg09: Mg = 0,9%.
Sau cùng của mác hợp kim nhôm có chữ Z nghĩa là loại dẻo, dễ dập sâu, kéo
sợi.
2.1.3.Tính chất, công dụng: Hợp kim nhôm biến dạng có độ cứng, độ bền
cao hơn nhôm
Khi lợng Manhê càng cao thì độ bền càng cao nhng hợp kim nhôm biến dạng
lại chống ăn mòn kém ( vì hợp kim nhôm biến dạng có nhiều tổ chức nên gây ra ăn
mòn điện hóa). Muốn bảo vệ hợp kim nhôm biến dạng ngời ta phủ lên hợp kim nhôm
biến dạng một lớp nhôm nguyên chất).

Đề cơng Vật liệu cơ khí

Trang 15


2.2. Hợp kim nhôm đúc: đây là nhóm hợp kim nhôm có tính đúc tốt, dùng
chế tạo các sản phẩm bằng phơng pháp đúc nh kết cấu máy, chi tiết máy hoặc những
chi tiết dùng trong nghành công nghiệp
- Những chỉ tiêu đặc trng cho tính đúc bao gồm: tính chảy loãng, khả năng
điền đầy khuôn, hệ số co. đặc trng của hợp kim nhôm đúc là hợp kim nhôm và silic,
ngời ta gọi là silunim. (trong đó Si = 8 - 12%).

- Ký hiệu: AlĐ1, AlĐ2
Số đứng sau chữ Đ dùng để tra cứu và chỉ loại hợp kim với số hiệu 1, 2, 3
2.2.1. Silumin đơn giản: gồm hai nguyên tố: Al và Si đợc ký hiệu là AlĐ1,
AlĐ2
- Silunim đơn giản có tính đúc tốt, nhiệt độ nóng chảy thấp, tính chảy loảng
cao, dễ điền đày vật đúc nhng có nhợc điểm là khả năng hút khí lớn nên gây ra xốp,
độ bền kém.
2.2.2. Silumin phức tạp: ngoài hai nguyên tố: Al và Si ngời ta còn đa vào các
nguyên tố khác nhằm cải thiện và nâng cao cơ tính cho silunim nh kẽm để tăng tính
gia công cắt gọt, Mg để tăng hiệu quả nhiệt luyện
- Thành phần hóa học thay đổi, phức tạp và thay đổi trong phạm vi rất rộng.
- Độ bền và độ cứng của silunim phức tạp cao hơn nhiều so với silumin đơn
giản.
Ví dụ: đối với Silumin đơn giản : b = 130N/mm2, = 3%;
Silumin phức tạp: b = 200 - 250N/mm2, = 1 - 6%;
- Ký hiệu: Silumin phức tạp ký hiệu: AlĐ17, AlĐ19
- ứng dụng: Silumin rất nhẹ, có tính đúc tốt, có thể tạo nên hình dáng phức tạp,
độ bền, độ cứng khá cao nên thờng đợc làm thân máy, nắp máy, pittông Ôtô, xe
máy...

B: đồng hợp kim đồng
1. Đồng nguyên chất
1.1. Khái niệm: Đồng là kim loại màu đỏ, có khối lợng riêng khoảng
8,94g/cm3.
1.2. Tính chất: Đồng là kim loại rất điển hình, có tính dẫn điện, dẫn nhiệt rất
cao, dễ dát mỏng, nhiệt độ nóng chảy 1083 0C, dẻo, dể biến dạng nhng độ bền thấp (
b = 160N/mm2).
- Tính dẫn điện phụ thuộc vào độ tinh khiết của đồng.
- Đồng nguyên chất kỹ thuật có màu đỏ nên thờng gọi là đồng đỏ.
1.3. Ký hiệu: M + % chỉ số độ sạch.

Mác đồng
M0
M1
M2
M3

Thành phần đồng
không ít hơn%
99,95
99,9
99,7
99,5

Phạm vi sử dụng
Dùng làm dây điện và các hợp kim tinh khiết.
Dùng làm dây điện và các hợp kim cao cấp.
Dùng làm bán thành phẩm cao cấp và hợp kim cơ bản là
đồng.
Dùng làm đồng đúc và đồng có thể gia công bằng áp lực

Đề cơng Vật liệu cơ khí

Trang 16


M4

với chất lợng thờng.
Dùng làm các hợp kim phụ.

99,0

2. Hợp kim đồng
2.1. Đồng thau: là hợp kim của đồng và kẽm (Cu - Zn), thành phần kẽm chứa
trong đồng thau không quá 45%.
2.1.1. Đồng thau đơn giản: là hợp kim của đồng và kẽm (Cu - Zn).
- Đồng thau đơn giản 1 pha: khi Zn < 39%
- Đồng thau đơn giản 2 pha: khi Zn >39%.
- Đồng thau bền và cứng hơn đồng nguyên chất nhng bản chất nó vẫn dẻo
(không bằng đồng nguyên chất) nên ngời ta sử dụng nhiều thay cho đồng nguyên
chất.( nếu trong đồng có kẽm nhiều thì hợp kim đồng có màu vàng còn nếu trong
đồng có kẽm ít thì đồng có màu đỏ).
- Ký hiệu: theo TCVN, đồng thau đợc ký hiệu bằng chữ: L + % chỉ số hàm lợng của đồng. Trong ký hiệu còn có các chữ khác biểu thị các hợp kim có mặt trong
đồng thau.
Ví dụ: L90: 90%Cu; 10%Zn. L62, L68 ( 62%Cu, 38%Zn; 68%Cu, 32%Zn)
2.1.2. Đồng thau phức tạp: là hợp kim của đồng mà ngoài hai nguyên tố
đồng và kẽm (Cu - Zn) còn có các nguyên tố khác để cải thiện tính chất cho đồng.
- Ký hiệu: theo TCVN, đồng đợc ký hiệu bằng chữ: L + ký hiệu các nguyên tố
có mặt trong nó + % chỉ số hàm lợng của đồng và các nguyên tố có mặt trong nó.
Ví dụ: LSiPb 80-3-3 có 80%Cu, 3 % Si, 3% Pb còn lại 14%Zn(và các tạp chất
khác không đáng kể).
- Theo tiêu chuẩn Liên Xô, đồng đợc ký hiệu bằng chữ: L + ký hiệu các
nguyên tố có mặt trong nó + % chỉ số hàm lợng của đồng và các nguyên tố có mặt
trong nó.
+ Chữ chỉ nguyên tố hợp kim
Ký hiệu một số nguyên tố hợp kim màu theo tiêu chuẩn Quốc tế & Nga
Tên
nguyên tố
Asen
Beri

Chì
Đồng
Kẽm

Quốc tế

Nga

As
Be
Pb
Cu
Zn

M

C
M


Tên
nguyên tố
Mangan
Magiê
Nhôm
Niken
Phốtpho

Quốc tế

Nga

Mn
Mg
Al
Ni
P

M
M
A
H


Tên
nguyên tố
Sắt
Silic
Thiếc
Crôm

Quốc tế

Nga

Fe
Si
Zn
Cr

K
O
X

Ví dụ: LC59-1 có 59%Cu, 1% Pb còn lại 44%Zn.
2.1.2.1. Đồng thau chì: LC59-1 có (59%Cu, 1% Pb còn lại 44%Zn), có tính
gia công cắt gọt tốt.
2.1.2.2. Đồng thau thiếc: LO70-1 có (70%Cu, 1% Pb còn lại 29%Zn), có khả
năng chịu ăn mòn trong nớc biển.
2.1.2.3. Đồng thau nhôm-Ni ken: LAH59-3-2 có (59%Cu, 3% Al, 2%Ni còn
lại 36%Zn), có cơ tính tốt.
2.2. Đồng Thanh.
2.2.1. Khái niệm: là hợp kim đồng có pha thêm thiếc, nhôm, kẽm, silic, berili,
crôm. Có nhiều loại đồng thanh nh đồng thanh thiếc, đồng thanh nhôm, đồng thanh
silic, đồng thanh kẽm...
2.2.2. Ký hiệu: theo TCVN, đồng thanh đợc ký hiệu bằng chữ Br còn các ký
hiệu chữ nguyên tố hợp kim khác cũng giống ký hiệu đồng thau.
Khác với đồng thau, trong ký hiệu đồng thanh không ghi thành phần phần
trăm của các kim loại chứa trong đồng thanh, phần còn lại sẽ là phần trăm của đồng.
Ví dụ: đồng thanh BrSnP10-1 có 10% Sn, 1%P, 89%Cu và các tạp chất khác.
- Theo tiêu chuẩn Liên Xô, đồng đợc ký hiệu bằng chữ: p + ký hiệu các
nguyên tố có mặt trong nó + % các nguyên tố có mặt trong nó.

Đề cơng Vật liệu cơ khí

Trang 17


ổ trợt.

Ví dụ: đồng thanh pO10-1 có 10% Sn, 1%P, 89%Cu và các tạp chất khác.
- ứng dụng: đồng thanh có cơ tính cao, ít ma sát, chống ăn mòn tốt, dùng làm

2.2.3. Phân loại
- Đồng thanh thiếc(Sn <16%): pO10-1 (10% Sn, 1%P, 89%Cu) dùng làm ổ
trợt.
- Đồng thanh nhôm(Al< 9%): pA5 ( 5% Al, 95%Cu); pA7, pA10.
+ Đồng đen: là hợp kim của đồng và thiếc hoặc của đồng và chì, nhôm, silic,
Đồng đen có tính chống ăn mòn cao, có tính công nghệ cao(có thể đúc và gia công
áp lực), dễ gia công cắt gọt. Đồng đen đợc sử dụng rộng rãi để làm ổ trợt, mặt trợt,
bánh vít, trục vít, dùng trong các thiết bị dùng chứa nớc, hơi nớc và dầu mỡ. Nó là
một loại chống ma sát rất quan trọng.
Chơng V. Nhiệt luyện - hoá nhiệt luyện kim loại và hợp kim

Bài 1: nhiệt luyện
1. Khái niệm: là quá trình thay đổi tính chất của kim loại bằng cách nung
nóng tới một nhiệt độ nhất định, giữ nhiệt độ đó một thời gian và sau đó làm nguội
theo một chế độ nhất định, nhờ vậy mà thay đổi cấu tạo mạng tinh thể bên trong của
kim loại làm thay đổi những tính chất của nó nh :
- Làm tăng độ cứng, độ bền và tính chống mài mòn cho thép.
- Cải thiện tính công nghệ.
0

C

Nhiệt độ 0C

tn

vng
T giữ


2. Hiệu quả của nhiệt luyện:
Thời gian
T
0
- Nhiệt luyện làm tăng độ bền, độ cứng cho kim
loại,
đảm
bảo
độ
dẻo
dai
cần
Sơ đồ quy trình nhiệt luyện
thiết, do đó tăng đợc tuổi thọ của máy hoặc làm nhỏ gọn các kết cấu máy mà vẫn
đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật.
- Nhiệt luyện cải thiện tính công nghệ của kim loại để dễ gia công mà vẫn đảm
bảo đợc các chỉ tiêu kỹ thuật và năng suất lao động.

ram.

II. Phân loại nhiệt luyện.
Những phơng pháp thông dụng dùng để nhiệt luyện là: ủ, thờng hoá, tôi và

2.1. ủ.
2.1.1. Khái niệm: Là quá trình nung nóng thép lên tới một nhiệt độ nhất định
phù hợp với từng loại thép, giữ nhiệt một thời gian, sau đó làm nguội rất chậm trong

vài tiếng đồng hồ( thờng làm nguội cùng với lò nung hoặc trong môi trờng dẫn nhiệt
kém nh vôi bột, cát nóng). Sau khi ủ sẽ đạt các mục đích : có thể khử đợc những
ứng lực d bên trong của kim loại, làm giảm độ cứng của kim loại, làm tăng tính dẻo,
tính dai và cho hạt tinh thể kim loại nhỏ mịn hơn.
ủ là một phơng pháp nhiệt luyện quan trọng và cần thiết vì trong quá trình
đúc, cán và rèn, việc làm nguội thép thờng không đều ở lớp chiều dày kim loại nên
bề mặt rất cứng.
1.1.2. Các phơng pháp ủ.
1.1.2.1. Các phơng pháp ủ thép có chuyển biến pha:

Đề cơng Vật liệu cơ khí

Trang 18


* ủ không hoàn toàn: Nhiệt độ ủ tủ = Ac1 = (20 300).
Thờng áp dụng cho thép sau cùng tích. Khi nung đến nhiệt độ ủ, chỉ có các hạt
peclit chuyển biến pha thành ostenít, các mạng XeII bị phá vỡ. Khia làm nguội XeII
biến thành dạng hạt. Kết quả tổ chức sau khi ủ là péc lít hạt. Tác dụng của phơng
pháp này là khử ứng suất trong, phá mạng Xe II của thép sau cùng tích, tạo điều kiện
dễ cắt gọt.

* ủ hoàn toàn: Nhiệt độ ủ tủ = Ac3 = (20 300).
Phơng pháp này áp dụng cho thép trớc cùng tích. Khi đạt nhiệt độ ủ thì các
pha trớc đó hoàn toàn chuyển thành Ostenít. Khi làm nguội chậm khử đợc ứng suất
d, làm nhỏ hạt, tạo cho thép tính dẻo dai.
* ủ khuyếch tán: Nhiệt độ ủ tủ = 1100 11500C.
Thép hợp kim, thờng thiên tích mạnh, trớc khi cán thờng phải để ủ để làm
đồng đều thành phần. Vì nhiệt độ ủ khá cao nên hạt phát triển to sau khi ủ khuyếch
tán phải đa đi cán nóng hoặc ủ lại theo một trong 3 phơng pháp để làm nhỏ hạt lại.

* ủ đẳng nhiệt: Nhiệt độ ủ tủ = Ac3 = (30 500C).
Phơng pháp này thực chất là đã tiến hành ủ hoàn toàn, nhng sau đó không làm
nguội liên tục mà giữ đẳng nhiệt ở nhiệt độ dới Ar1 khoảng t = 50 1000C. Tuỳ
theo giá trị t và khoảng thời gian giữ đẳng nhiệt mà ta có tổ chức khác nhau.
Tác dụng của phơng pháp ủ này là rút ngắn đợc thời gian ủ, dễ khống chế đợc
độ cứng(bằng cách chọn t ), làm đồng đều đợc thành phần. Trờng hợp áp dụng để ủ
thép hợp kim.

1.1.2.2. Các phơng pháp ủ thép không có chuyển biến pha:
* ủ thấp: còn gọi là ủ non, nhiệt độ nung đến t ủ = 200 3000C. Phơng pháp
này nhằm khử các ứng suất trong, không làm giảm độ cứng của chi tiết. ủ non ứng
dụng cho các chi tiết sau gia công nguội.
* ủ kết tinh lại: Thép sau khi gia công bằng áp lực bị biến cứng, hạt kim loại
không đều, ngời ta cho ủ kết tinh lại: A1 > tủ > tktl. Nhiệt độ ủ cao hơn nhiệt độ kết
tinh lại nhng vẫn thấp hơn A1. ủ nh vậy khử đợc biến cứng, hạt thép đồng đều hơn,
dẻo dai hơn, phôi dễ gia công các nguyên công sau nh cán, kéo, cắt gọt

Đề cơng Vật liệu cơ khí

Trang 19


2.2. Thờng hoá: Thờng hoá là phơng pháp nhiệt luyện gồm nung thép đến
nhiệt độ Autennit(cao hơn Ac3 hay Acm) giữ nhiệt rồi làm nguội tiếp theo trong không
khí tĩnh ( thờng kéo ra để nguội trên sàn xởng) để auxtennit phân hoá thành tổ chức
gần ổn định: peclit phân tán hay xoocbit với độ cứng tơng đối thấp.
Các nét cơ bản của thờng hoá là:
- Nhiệt độ: giống nh ủ hoàn toàn nhng áp dụng cả cho thép sau cùng tích.
tth0= Ac3 + (20 300) cho thép trớc cùng tích.
tth0= Accm + (20 300) cho thép sau cùng tích.

- Tốc độ nguội: trong không khí tĩnh, không phải dùng lò nên kinh tế hơn ủ.
- Tổ chức và cơ tính : so với ủ tổ chức đạt đợc là gần cân bằng nhng độ cứng
cao hơn ủ.
* Mục đích, lĩnh vực áp dụng:
- Đạt độ cứng thích hợp, để gia công cắt cho thép cacbon thấp( < 0,25%C)
Thép cacbon , nếu ủ hoàn toàn sẽ đạt độ cứng quá thấp (< 140 160HB), quá
dẻo, phoi khó gãy nên khó cắt gọt. Nếu thờng hoá sẽ có độ cứng cao hơn, thích hợp
với gia công cắt hơn.
Chú ý: Để đảm bảo tính gia công cắt gọt:
+ Thép 0,25% - thờng hoá
+ Thép 0,3 0,65% - ủ hoàn toàn
+ Thép 0,25% - ủ không hoàn toàn (ủ cầu hoá).
- Làm nhỏ Xêmentit, chuẩn bị cho nhiệt luyện kết thúc.
Khi thờng hoá tạo ra tổ chức peclit phân tán hay xoocbit, trong đó xementit
kích thớc nhỏ, rất thuận lợi cho quá trình tạo hạt autenit nhỏ mịn và chuyển biến xảy
ra nhanh. Thờng áp dụng cho thép kết cấu trớc khi tôi bề mặt.
- Làm mất lới XeII của thép sau cùng tích.
Nh đã biết Xêmentit II trong thép sau cùng tích thờng ở dạng lới làm cho thép
giòn. Thờng hoá với tốc độ nguội nhanh hơn ủ làm cho xêmentit II không kịp tiết ra
ở dạng liền nhau, mà ở dạng đứt rời, cách xa nhau, do đó sẽ làm hại tính dẻo.
2.3. Tôi: là quá trình nung nóng thép lên cao quá tới nhiệt độ tới hạn AC1 để
làm xuất hiện autennit ( tuỳ thuộc vào từng loại thép nhất định tơng ứng với những
nhiệt độ nhất định), giữ ở nhiệt độ đó một thời gian để biến nó thành mactenxit hay
tổ chức không ổn định khác với độ cứng cao.
Nhiệt độ tôi > AC1 để có autennit( có thể giống ủ hoặc thờng hoá).
Tốc độ làm nguội nhanh làm cho ứng suất nhiệt cũng nh ứng suất tổ chức đều
lớn, dễ gây nứt, dễ biến dạng, dễ cong vênh.
Tổ chức tạo thành cứng và không ổn định.
Sau khi tôi, thép rất cứng và bền, nhng độ dẻo dai của nó giảm xuống, ứng lực
d của thép bên trong thép tăng lên và thép trở nên giòn. Muốn khử ứng lực bên trong

và giảm tính giòn của thép ta tiến hành ram.
Thời gian giữ vật cần tôi ở nhệt độ nung nóng có thể từ vài phút tới 1/2giờ tuỳ
theo chiều dày vật cần tôi. Vật càng dày thì càng cần nhiều thời gian để cho nhiệt độ
phân bố đều ở khắp chiều dày kim loại.
Tiếp đó vật cần tôi đợc nhúng vào môi trờng làm nguội. Môi trờng đó có thể là
nớc, dầu hoặc dung dịch muối. Tốc độ làm nguội có một ý nghĩa quyết định trong
quá trình tôi. Vật càng cứng bao nhiêu thì càng cần làm nguội nhanh bấy nhiêu (chất
làm nguội nhanh nhất là dung dịch muối 10% trong nớc, khả năng làm nguội vừa là
nớc ở nhiệt độ bình thờng và làm nguội chậm hơn là dầu).
2.3.1. Độ thấm tôi:
Để đảm bảo đợc mục đích đề ra của tôi thép, tổ chức của thép phải đạt đợc sau
tôi là mactenxit. Tuy nhiên có nhiều chi tiết lớn, không thể thấu tôi đến tận tâm
chiều dày của chi tiết mà chỉ cần thấu đến một chiều dày nào đó thôi. Chiều dày lớp
đợc tôi cứng kể từ mặt ngoài chi tiết hớng vào tâm gọi là độ thấm tôi, ký hiệu là .
Giá trị càng lớn thì thép càng tốt. Nhng không có ranh giới rõ ràng để đo đuợc .

Đề cơng Vật liệu cơ khí

Trang 20


Ngời ta quy ớc chiều dày đợc tính mặt ngoài chi tiết chổ tôi vào đến vùng có tổ
chức 50%Mtôi + 50%Ttôi.
Độ thấm tôi phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố nh: vận tốc nguội Vng càng
nhỏ thì càng lớn.
Môi trờng tôi có khả năng làm nguội nhanh hoặc chi tiết có kích thớc càng
nhỏ(để nguội nhanh) thì độ thấm tôi càng lớn.
2.3.2. Chọn nhiệt độ tôi:
Nhiệt độ tôi có ý nghĩa rất quan trọng đối với kết quả tôi. Nếu chọn thấp quá
thì thép vẫn mềm không đạt độ cứng yêu cầu vì tổ chức cha có Mactenxit. Nhng nếu

cứ nung đến nhiệt độ quá cao thì hạt ostennit sẽ phát triển thô - to, khi tôi tổ chức
mactenxit tạo thành cũng thô, thép sẽ bị giòn. Hạt ostennit thô thì độ ổn định của nó
lớn do vậy lợng Os d nhiều cũng là yếu tố thép tôi không đủ độ cứng. Khoảng nhiệt
độ tôi thích hợp là nhiệt độ chọn sao cho đủ để chuyển biến pha cần thiết khi nung
nhng càng thấp thì càng tốt.
- Với thép trớc cùng tích, ttôi= Ac3 + (30 500C).
- Thép hợp kim thấp ( < 0,25% nguyên tố hợp kim) thì chọn theo hàm lợng
cacbon trong thép. Nh vậy là vì hàm lợng hợp kim còn ít, gây ảnh hởng cha đáng kể.
- Đối với thép hợp kim cao (>10%) thì nhiệt độ tôi không căn cứ vào A 1 và A3
mà phải căn cứ vào nhiệt độ mà tại đó hoà tan đợc những pha cácbit. Thông thờng
phải chọn nhiệt độ cao. Mặc dù vậy cũng không sợ hạt to vì những hạt cacbit đã cản
trở sự phát triển của hạt Ostennit.
2.3.3. Tốc độ nguội và môi trờng tôi:
Môi trờng tôi là môi trờng để làm nguội vật tôi(thờng là nớc, dầu, không khí)
Chọn tốc độ nguội Vng về nguyên tắc không đợc cắt đờng cong chữ C của thép đợc
tôi. Trên nguyên tắc ấy chọn đợc môi trờng để có vận tốc nguội càng chậm thì càng ít
phế phẩm.

Môi trờng tôi phổ biến nhất là nớc, thờng đợc dùng với thép cacbon thờng, khả
năng làm nguội nhanh. Dầu khoáng vật, dầu biến thế làm nguội chậm hơn, thờng
dùng với thép hợp kim.
Môi trờng tôi
Nớc 180C
Nớc 300C
Nớc hoà tan 10% NaCl ở 200C
Nớc hoà tan 10% NaOH ở 200C
Nớc hoà tan 10% Na2CO3 ở 200C
Nớc cất 200C

Tốc độ nguội(%s) trong các

khoảng nhiệt độ
650 5500C
300 2000C
600
270
500
270
100
270
1100
300
120
300
800
270

Đề cơng Vật liệu cơ khí

Trang 21


Nớc hoà ta CO2
Dầu khoáng vật
Tấm thép
Không khí nén

100 - 200
100 - 150
35
30

200
20 50
15
10

* Các phơng pháp tôi:
Thông thờng ngời ta phân biệt các phơng pháp tôi theo cách làm nguội, Ta có
các phơng pháp:
2.3.3.1. Tôi trong một môi trờng: Chi tiết đợc làm nguội từ nhiệt độ tôi đến
nhiệt độ thờng trong một môi trờng. Phơng pháp này đơn giản nhng dễ gây biến dạng
chi tiết vì ứng suất nhiệt rất lớn. Do đó chỉ nên áp dụng cho những chi tiết ít quan
trọng, tiết diện không thay đổi đáng kể.
2.3.3.2. Tôi trong hai môi trờng: Chi tiết đợc làm nguội từ nhiệt độ tôi bằng
môi trờng thứ nhất(thờng môi trờng này có khả năng làm nguội nhanh hơn môi trờng
sau. Khi đã nguội qua đỉnh chữ C thì chuyển qua môi trờng thứ hai có tốc độ làm
nguội nhỏ hơn. Phơng pháp này hạn chế đợc ứng suất nhiệt, giảm đợc cong vênh, nứt
chi tiết.
Phơng pháp này cho phép tôi những chi tiết phức tạp hơn. Tuy nhiên có nhợc
điểm là rất khó xác định đợc thời điểm chuyển môi trờng.
2.3.3.3.Tôi phân cấp: Vật tôi đợc làm nguội nhanh từ nhiệt độ tôi tới gần
điểm Mđ. Giữ vật tôi ở nhiệt độ này một thời gian cần thiết để bên trong và bên ngoài
có nhiệt độ tơng đối đồng đều. Thời gian giữ này phải tính toán sao cho véc tơ nguội
không cắt vào giản đồ chữ C. Sau đó lại làm nguội đến nhiệt độ thờng. Làm nh vậy
vật tôi ít biến dạng do ứng suất nhiệt lớn sinh ra. Do đó có thể tôi những vật có hình
dáng phức tạp đạt kết quả tốt. Môi trờng tôi thứ hai để phân cấp thờng là các hỗn hợp
muối đợc pha chế để tạo ra nhiệt độ phù hợp.
Một số hỗn hợp muối thờng dùng:
Hỗn hợp muối
55% KNO3 + 45%NaNO2

55% KNO3 + 45%NaNO2
55% KOH + 45%NaOH

Nhiệt độ nóng chảy 0C
137
218
140

Nhiệt độ dùng 0C
150 440
230 550
150 300

2.3.3.4. Tôi đẳng nhiệt: Chi tiết tôi đợc làm nguội từ nhiệt độ tôi đến khoảng
có chuyển biến đẳng nhiệt tạo thành tổ chức bainít, giữ vật tôi ở nhiệt độ ấy cho
Ostenit chuyển hoá thành bainit mà không cho vectơ nguội cắt đờng Mđ. áp dụng tôi
đẳng nhiệt cho những chi tiết có độ dai lớn.

2.3.3.5. Gia công lạnh: Đối nhiều loại thép dụng cụ hợp kim, do lợng cacbon
và lợng hợp kim cao, điểm Mđ và điểm MK quá thấp, nên hki làm nguội đến nhiệt độ
thờng vẩn còn nhiều Autennit d làm hạn chế độ cứng. Để đạt đợc độ cứng cao nhất
ngời ta có thể đem thép tôi tiếp tục làm nguội (lạnh) đến nhiệt độ âm ( -50 0C đến
-700C) để autenxit tiếp tục chuyển biến trở thành mactenxit. Quá trình đó gọi là gia
công lạnh.

Đề cơng Vật liệu cơ khí

Trang 22

Sau khi gia côg lạnh, độ cứng có thể tăng thêm từ 1 10HRC tuỳ theo lợng
Autenxit d sau khi tôi ít hay nhiều.
Ngời ta áp dụng gia công lạnh cho các chi tiết máy, dụng cụ cần độ cứng cao
nh vòng bi, vòi phun cao áp, dao cắt kim loại.
2.3.3.6. Tôi tự ram: Là phơng pháp tôi mà khi làm nguội không triệt để, chỉ
trong thời gian ngắn từ vài đến vài chục giây để sau đó nhiệt của lõi hay các thành
phần khác truyền đến, nung nóng hay tiến hành ram ngay phần đợc tôi. Sau đó không
phải đa đi ram thép.. Khống chế nhiệt độ ram bằng cách nhìn màu phát ra từ chi tiết
nên gọi là ram màu. Theo kinh nghiệm màu sắc của thép tơng ứng với nhiệt độ cho ở
bảng sau:
Màu
Vàng tơi
Vàng rơm
Vàng đậm
Nâu
Đỏ nâu
Đỏ thắm
Tím
Xanh biển
Xanh nhạt

Nhiệt độ 0C
220
230
240
240
265
275
285
300

315

Chiều dày lớp oxyt (àm)
0,045
0,045
0,045
0,050
0,050
0,065
0,065
0,070
0,070

2.3.4. Nguyên tắc nhúng chi tiết vào môi trờng tôi:
Để tránh biến dạng sản phẩm gây nên phế phẩm khi nhiệt luyện cần chú ý
cách nhúng chi tiết tôi nh sau:
- Nhúng phần dầy xuống môi trờng tôi trớc tiên rồi mới đến các phần khác.
- Nhúng trong t thế thẳng đứng những chi tiết nhỏ, dài, mỏng.
- Khi nhúng phải quay phần lõm lên phía trên (nếu có).
2.3.5. Khuyết tật và biện pháp khắc phục khi nhiệt luyện:
- Độ cứng không đạt yêu cầu:
Nhiệt độ tôi không đạt, còn thấp hơn yêu cầu. Ta cần nung lại để tôi.
- Vận tốc nguội vng nhỏ hơn vth.Ta cần chọn lại môi trờng tôi.
- Bề mặt bị oxy hoá làm giảm độ cứng, khi đó phải xử lý khí quyển lò. Đa vào
lò khí trơ để bảo vệ nh khí acgông, nêông Có thể rải than xuống đáy lò hoặc cho
phôi vào hộp kín phủ than hay phoi gang.
- Tính giòn của vật tôi cao: do nhiệt độ nung quá cao ta phải thờng hoá làm hạt
nhỏ rồi chọn lại nhiệt độ tôi.
- Chi tiết bị biến dạng hoặc nứt: do ứng suất nhiệt trong quá trình tôi sinh ra,
do chuyển biến pha mà có sự chênh lệch về thể tích, do ứng suất cục bộ trong từng

phần của mạng chủ yếu là do sai lệch mạng gây ra. Để tránh hiện tợng này cần thực
hiện đúng quy trình thao tác nung và làm nguội.
2.4. Ram thép: Là phơng pháp nhiệt luyện nung thép (đã tôi cứng) đến nhiệt
độ nhất định dới Ac1, giữ nhiệt một thời gian cần thiết rồi làm nguội
Sau khi tôi, ứng lực bên trong của thép tăng lên, nên thép bị giòn. Để cải thiện
tính chất và nâng cao tuổi thọ của thép, cần phải khử hoặc giảm những ứng lực d bên
trong. Muốn thế, sau khi tôi, thép lại đợc nung nóng lần nữa tới nhiệt độ thấp hơn
nhiệt độ nung tới hạn( thờng nung ở 150 - 6800C), giữ nhiệt độ đó một thời gian và
để nguội. Phơng pháp đó gọi là Ram. Trong thực tế thờng dùng 3 cách ram:
2.4.1. Ram thấp (150 - 3000C): giảm bớt đợc ứng lực bên trong của vật cần
nhiệt luyện, nâng cao độ dai nhng không làm giảm đi độ cứng.
2.4.2. Ram trung bình ( 300 - 5000C): giảm độ cứng và độ bền của kim loại
xuống nhng lại nâng cao độ dai, độ dãn dài lên và giảm ứng lực bên trong của vật tôi
nhiều hơn sao với ram ở nhiệt độ thấp.
2.4.3. Ram cao ( 500 - 6800C): khử đợc gần hết ứng lực d bên trong và nâng
cao độ bền, độ dai của kim loại.
2.5. Tôi bề mặt:

Đề cơng Vật liệu cơ khí

Trang 23


2.5.1. Nguyên lý chung: Nung bề mặt chi tiết thật nhanh đến nhiệt độ tôi, sao
cho trong khi đó phần lớn chi thiết cha kịp nóng thì đã làm nguội nhanh. Nh vậy mặt
ngoài đợc tôi còn lõi vẫn dẻo giai.
Có nhiều biện pháp nung nóng nhanh nh:
- Dòng cảm ứng có tần số cao, có thể dao động từ 1000Hz đến hàng triệu Hz.
- Dùng ngọn lửa cháy giữa oxy và axeetylen, nhiệt độ ngọn lửa có thể lên tới
32000C.

- Dùng điện trở tiếp xúc.
- Nung chi tiết trong chất điện phân.
Phổ biến hơn cả là tôi bề mặt bằng dòng cao tần và bằng ngọn lửa đèn xì.
2.5.2. Tôi cao tần:
* Nguyên lý nung nóng:
Dựa vào đặc tính của dòng cảm ứng xoay chiều và phân bố mật độ dòng ở mặt
ngoài lớn hơn ở trong lõi vật dẫn. Tần số dòng cảm ứng càng lớn thì dòng càng tập
trung ở lớp mặt ngoài. Ngời ta sử dụng dòng điện tần số cao nung nóng thật nhanh bề
mặt chi tiết.
Chiều sâu lớp bề mặt có mật độ dòng cảm ứng cao, chính là chiều sâu đợc
nung đến nhiệt độ tôi có thể tính theo công thức:
= 5, 03


àf

Trong đó:
- chiều sâu nung đến nhiệt dộ tôi, cm;
- điện trở suất của kim loại chi tiết tôi, cm;
à - độ thấm của kim loại, Tm/A;
f tần ssó dòng cảm ứng, Hz;
1Tm/A = 100gaus/ecset.
Để tính toán chính xác, cần chú ý rằng và à thay đổi theo nhiệt độ.

* Đặc điểm chuyển biến pha khi tôi cao tần:
- Tốc độ nung rất lớn do vậy tốc độ chuyển biến pha rất nhanh, thời gian
chuyển biến rất ngắn. Nhng nhiệt độ bắt đầu chuyển biến lại cao hơn trờng hợp nung
bình thờng từ 100 2000C.
- Khoảng nhiệt độ tôi xê dịch lớn hơn bình thờng.
* u khuyết điểm của phơng pháp:

- Thời gian nung rất ngắn, thờng chỉ từ 2 15 giây nên năng suất rất cao. Hạt
kim loại nhỏ, bền, ít giòn.
- Chất lợng tôi cao.
- Quá trình tôi dễ cơ khí hoá và tự động hoá.
- Giảm nhẹ đợc lao động.
- Khuyết điểm là giá thành cao, chỉ thích hợp cho sản xuất hàng loạt.
2.5.3. Tôi bằng ngọn lửa:
Dùng ngọn lửa hàn với dòng lửa cháy của axeetylen với oxy để nung nóng
nhanh bề mặt chi tiết đến nhiệt độ tôi rồi dùng vòi phan nớc lạnh vào chổ vừa nung
sao cho đạt đợc vng vth.
* u khuyết điểm của phơng pháp:
- Thiết bị đơn giản, rẻ.
- Khó đảm bảo chất lợng vì nhiệt độ quá cao( 32000C) dễ làm chảy bề mặt,
thoát cacbon và hạt kim loại thô to, gây giòn.
- Năng suất thấp, thờng áp dụng để tôi đơn chiếc.
Mỏ đốt
Vòi phun nớc
làm nguội
Chi tiết

Đề cơng Vật liệu cơ khí

Trang 24


Bài 2: hoá nhiệt luyện kim loại và hợp kim
1. Khái niệm về hoá nhiệt luyện: Hoá nhiệt luyện là phơng pháp gia công
nhiệt có thể làm thay đổi không những chỉ cấu tạo của kim loại mà còn cả thành
phần hoá học của lớp bề mặt kim loại là sự tự phá hủy kim loại do tác dụng của môi
trờng (không khí, nớc sông, nớc biển, các dung dịch axit, kiềm, muối). Nhờ vậy thu

đợc các tính chất của kim loại theo ý muốn.
2. Mục đích của quá trình nhiệt luyện:
- Tăng độ cứng, tính chống mài mòn và độ bền mỏi của mặt sản phẩm.
- Tăng khả năng chống ăn mòn trong môi trờng chống xâm thực, tăng tính ổn
định cho thép.
- Tăng tính chống oxy hoá ở nhiệt độ cao.
3. Các phơng pháp hoá nhiệt luyện kim loại.
3.1. Thấm Cacbon: là quá trình khuếch tán cacbon vào bề mặt chi tiết làm
bằng thép thấp cacbon (C 0,3%C) nhằm nâng cao nồng độ cacbon lớp bề mặt lên tới
khoảng 0,8 - 1,0%. Sau đó tôi và ram để lớp bề mặt có độ cứng cao trong khi lõi vẫn
có độ dẻo dai cao.
Khi thấm cacbon sản phẩm đợc nung nóng tới nhiệt độ 850 - 9500C và giữ
một thời gian lâu trong môi trờng có chứa nhiều cacbon.
3.2. Thấm Nitơ: là quá trình khuếch tán cacbon vào bề mặt chi tiết để bề mặt
có độ cứng cao và tính chống ăn mòn ở độ sâu không lớn (0,1 - 0,5mm). Thấm Nitơ
đợc dùng cho các chi tiết thép hợp kim( chứa nhôm, crôm, molipden ...) hay bị va
đập và ma sát nhiều trong quá trình làm việc, dùng cho các chi tiết bằng thép cacbon
không cần độ cứng bề mặt cao nhng lại cần tính chống ăn mòn bề mặt cao.

Đề cơng Vật liệu cơ khí

Trang 25