Chọn vật liệu và phương pháp nhiệt luyện và gia công cơ khí chi tiết chốt nhíp ôtô, làm việc trong điều kiện chịu mài mòn.

Bài tập lớn Vật liệu học Nguyễn Tuấn Khoa_ Cơ Điện Tử 2-K49
I. Nội dung và yêu cầu:
- Chọn vật liệu và phương pháp nhiệt luyện và gia công cơ khí chi tiết chốt
nhíp ôtô, làm việc trong điều kiện chịu mài mòn.
Câu 1:
a. Phân tích điều kiện làm việc của chi tiết:
- Nhíp ôtô là bộ phận giảm xóc cho ôtô,
gồm các tấm thép được ghép lại. Toàn
bộ tải trọng phần trên của xe được đặt
lên khung nhờ các nhíp này. Bộ phận
nhíp ,nhờ có tính đàn hồi tốt nên giảm
được chấn động lên phần trên của xe
(nhất là khi đi trên đoạn đường gồ ghề).
Đồng thời, nhíp cũng phải chịu ứng Hình 1. Nhíp ôtô
suất chu kì (ứng suất nén và kéo thay
đổi theo chu kì ). Chốt nhíp có tác dụng
đỡ một đầu nhíp trượt qua lại. Hai đầu
chốt được gắn trên giá và xoay được.

b. Yêu cầu về cơ tính:
- Từ điều kiện làm việc như trên ta
thấy chi tiết chốt nhíp chủ yếu chịu mài
mòn đồng thời cũng chịu uốn ( do phải
đỡ một đầu của nhíp ) cần chọn loại vật
liệu có cơ tính tổng hợp tốt, chịu được
mài mòn đảm bảo kết hợp đượccác chỉ
1
Bài tập lớn Vật liệu học Nguyễn Tuấn Khoa_ Cơ Điện Tử 2-K49
tiêu về độ cứng, độ dai va đập… Hình 2. Chốt nhíp
ôtô
Câu 2

a. Chọn mác thép và cơ sơ cho việc chọn mác thép:
- Ta thấy trong các loại thép thì có thép C45 hóa tốt (không hợp kim) là phù
hợp nhất bởi lẽ:
+) Thép C45 hóa tốt thuộc nhóm thép cacbon trung bình ( 0,30÷0,50%C )
như vậy sẽ đảm bảo sự kết hợp tốt nhất của các chỉ tiêu cơ tính tổng hợp : độ
bền, độ dẻo, độ dai. Hơn nữa, bằng các phương pháp nhiệt luyện như tôi +
ram cao, độ cứng và tính chống mài mòn tương đối cao và sau khi tôi bề mặt,
thỏa mãn được các yêu cầu trên. Nếu dùng lượng cacbon khác đi sẽ không đạt
được cơ tính tổng hợp tốt như vậy (tuy rằng dùng lượng cacbon cao hơn sẽ
đạt được độ cứng bề mặt và tính chống mài mòn cao hơn nhưng lại giảm độ
dẻo, độ dai ).
+) Thép cacbon là nhóm thép thông dụng, dễ kiếm, giá thành tương đối rẻ so
với các loại thép khác (như thép hợp kim), khi sử dụng vẫn đảm bảo được các
chỉ tiêu yêu cầu.


2
Bài tập lớn Vật liệu học Nguyễn Tuấn Khoa_ Cơ Điện Tử 2-K49



Hình 3. Giản đồ Fe-C
3
Bài tập lớn Vật liệu học Nguyễn Tuấn Khoa_ Cơ Điện Tử 2-K49
b. Thành phần hóa học của thép C45:
- Theo TCVN thành phần của thép C45 (ngoài Fe) bao gồm :
+) %C = 0,45%.
+) %Mn = 0,70%.
+) %P ≤ 0,04%.
+) %S ≤ 0,04%.

c. Lập bảng các ký hiệu và thành phần của mác thép tương đương với mác thép
trên theo các tiêu chuẩn các nước:

Tiêu chuẩn Mác
thép
%C %Mn %P
max
%S
max
Nguyên
tố
khác
max
TCVN (Việt
Nam)
C45 0,45 0,70 0,040 0,040 -
ANTM (Mỹ) 45 0,45 0,80 0,040 0,040 -
ҐOCT (Nga) 1045 0,45 0,70 0,035 0,050 Si≤0,15
JIS (Nhật) S45C 0,45 0,80 0,030 0,035 -
*Nhận xét:
- Thành phần Mn trong thép C45 theo các tiêu chuẩn có khác nhau đôi chút,
theo tiêu chuẩn ANTM ( Mỹ) và JIS (Nhật) thì hàm lượng Mn cao hơn thao
tiêu chuẩn ҐOCT (Nga) và TCVN (Việt Nam).
- Tiêu chuẩn JIS quy định khống chế hàm lượng P và S ở mức thấp nhất.
Còn theo ҐOCT quy định khống chế hàm lượng P có thấp hơn và hàm lượng
4
Bài tập lớn Vật liệu học Nguyễn Tuấn Khoa_ Cơ Điện Tử 2-K49
S cao hơn các tiêu chuẩn khác một chút (0,005%), đồng thời cũng quy định
hàm lượng Si ≤ 0,15%.
Câu 3: Ảnh hưởng của các nguyên tố thành phần trong thép C45 đến cơ tính và

công nghệ nhiệt luyện.:
• .Tổ chức tế vi và các pha thành phần:
-Thép C45 có hàm lượng cacbon là 0,45% thuộc nhóm thép trước cùng
tích ( %C = 0,10÷0,70 ) có tổ chức Ferit + Peclit ở nhiệt độ thường (≤727
0
C):
+) Ferit là dung dịch rắn xen kẽ của cacbon trong Fe
α
với mạng lập
phương tâm khối ( a = 0,286÷0,291mm ) song do lượng hòa tan quá nhỏ ( lớn
nhất là 0,02%C ở 727
0
C còn ở nhiệt độ thường thấp nhất chỉ còn 0,006%C )
nên có thể coi là Fe
α
(..tr139) .Trên giản đồ nó tồn tại trong vùng GPQ ( tiếp
giáp vói Fe
α
trên trục sắt ). Do gần như 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 khi sử dụng
( <727
0
C ), có tỷ lệ cao nhất nên nó đóng góp một tỷ lệ quan trọng trong cơ
tính của thép.Tổ chức tế vi của ferit có dạng các hạt sáng, đa cạnh.
+) Peclit ( P,[Fe
α
+Fe
3

C] ) là hỗn hợp cùng tích của ferit và xêmentit
được tạo thành từ austenit (γ) với 0,80%C và ở 727
0
C theo phản ứng: γ
s

[α
P
+ Fe
3
C] . Trong Peclit có 88% ferit và 12% xêmentit phân bố đều trong
nhau; nhờ kết hợp giữa lượng lớn pha dẻo vơi lượng nhất định pha cứng,
peclit là tổ
chức khá bền, cứng nhưng cũng đủ
5
Bài tập lớn Vật liệu học Nguyễn Tuấn Khoa_ Cơ Điện Tử 2-K49
dẻo, dai đáp ứng rất tốt các yêu cầu
ủa vật liệu. Peclit và các biến thể của
nó (xoocbit, troxtit, bainit) có mặt
trong hầu hết các hợp kim Fe-C.

• Ảnh hưởng của hàm lượng cacbon
đến cơ tính và công nghệ nhiệt luyện:
Từ giản đồ pha Fe-C ta thấy 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). Tức là hàm lượng cacbon
càng cao thép càng cứng, càng kém dẻo dai vàcàng giòn. Thép C45 thuộc

nhóm thép có hàm lượng cacbon trung bình (0,30÷0,50%C) có độ bền, độ
cứng, độ dẻo, độ dai đều khá cao ( tuy chưa phải cao nhất) , có hiệu quả tôi +
ram tốt.
● Ảnh hưởng của các nguyên tố tạp chất :
Trong thép cacbon thông thường ngoài cacbon ra còn có chứa một số nguyên
tố với hàm lượng giới hạn là các nguyên tố tạp chất (vì không phải cố ý đưa
vào). Trong số các tạp chất có một số có lợi và một số có hại.
+) Tạp chất có lợi: mangan và silic
Mangan và silic đi vào thành phần của thép là từ quặng sắt và do quá trình
công nghệ ( khi luyện thép phải dung fero mangan và fero silic để khử ôxy
trong ôxit sắt, phần không tác dụng hết với ôxy sẽ đi vào thành phần của
thép).
6