Tìm hiểu về thép chịu nhiệt và đưa ra loại thép chịu nhiệt tốt làm xupap trong đông cơ ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CHUYÊN ĐỀ :THÉP CHỊU NHIỆT
Lớp Ô TÔ 3-K9

NHÓM 05

Hà Nội -2015
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI


Giáo viên hưỡng dẫn: T.S ĐỖ NGỌC TU
CHUYÊN ĐỀ:THÉP CHỊU NHIỆT

Nhóm 5:
Nhóm trưởng: VŨ VĂN PHƯƠNG
NGUYỄN HỮU PHƯỚC
VŨ VĂN QUANG
ĐÀO HỮU QUANG
NGUYỄN NGỌC PHONG
BÙI MINH QUÂN
PHẠM NGỌC LỰC
PHÙNG TRỌNG NGHĨA
LÃ VĂN MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘICỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM


KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Độc Lập– Tự Do - Hạnh Phúc

TÌM HIỂU VỀ THÉP CHỊU NHIỆT
I.Tên đề tài :
Tìm hiểu về thép chịu nhiệt và đưa ra loại thép chịu nhiệt tốt làm xupap
trong đông cơ ô tô
II. Tài liệu tham khảo:
Cuốn sổ tay vật liệu ,báo,tạp chí,các tài liệu liên quan..
III. Nội dung phần thuyết minh
3.0: Lời nói đầu.
3.1: Tổng quan về thép.
3.2: Khái niệm.
3.3: Phân loại.
3.4: Các yêu câu về thép chịu nhiệt.
3.5: Áp dụng trong ngành ô tô.
3.6: Kết luận.

LỜI NÓI ĐẦU


Chúng ta đã biết, sự phát triển của xã hội loài người gắn liền với sự phát triển của
công cụ sản xuất và kỹ thuật, mà vật liệu là yếu tố quyết định cho hai ngành này.
Với sự phát triển như vũ bão của khoa học và kỹ thuật thì vai trò của vật liệu càng
ngày càng trở nên quan trọng hơn. Có rất nhiều loại vật liệu mới với những tính
năng vượt trội, đặc biệt được ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển của khoa học
– công nghiệ và đời sống như vật liệu áp điện, vật liệu siêu dẫn, cacbon nanotube,
… Tuy nhiên, vật liệu truyền thống như thép vẫn giữ một vai trò quan trọng trong
sản xuất và đời sống của chúng ta bởi vì so với các loại vật liệu khác thì việc sản
xuất ra thép với khối lượng lớn là dễ dàng, ít tốn kém; hơn nữa ta có thể điều chỉnh
hàm lượng, phương pháp xử lý, nấu luyện… để tạo ra nhiều loại thép khác nhau
nhằm đáp ứng các mục đích sử dụng khác nhau trong thực tế.

-Trong cuộc sống, ta dễ dàng bắt gặp các loại đồ dùng, chi tiết, máy móc,…được
chế tạo từ thép. Tuy nhiên, không phải chi tiết nào cũng làm từ cùng một loại thép;
phải tùy vào chức năng, mục đích sử dụng và yêu cầu của chi tiết cần chế tạo để
lựa chọn loại thép cho phù hợp. Có như vậy thì chi tiết tạo ra mới đảm bảo được
chất lượng. Có 2 loại thép chính đó là Thép cacbon và thép hợp kim.
Và hôm nay chúng ta sẽ nghiên về thép chịu nhiệt làm xupap xả một phần của thép
hợp kim.
3.1 Khái niệm
-Thép hợp kimlà loại thép chứa trong nó một lượng thành phần các nguyên tố
hợp kim thích hợp. Người ta cố ý đưa vào các nguyên tố đặc biệt với một lượng
nhất định để làm thay đổi tổ chức và tính chất của thép. Các nguyên tố đặc biệt
được gọi là nguyên tố hợp kim: Cr, Ni, Mn, Si, W, V, Co, Mo, Ti, Cu. Chính nhờ
các nguyên tố hợp kim đó mà làm cho thép hợp kim nói chung có những ưu điểm
vượt trội so với thép cacbon.
3.2 Đặc điểm
- Về cơ tính thép hợp kim nói chung có độ bền cao hơn hẳn thép cacbon. Điều này
thể hiện đặc biệt rõ ràng sau khi nhiệt luyện tôi và ram
- Về tính chịu nhiệt độ cao: thép hợp kim giữ được cơ tính cao của trang thái tôi ở
nhiệt độ cao hơn 200°C. Muốn đạt được điều này thì thép phải được hợp kim hóa
bởi một số nguyên tố với hàm lượng tương đối cao
- Các tính chất vật lý và hóa học đặc biệt như từ tính, tính giãn nở nhiệt, tính
chống ăn mòn…
3.3 Phân loại


-Asutenitic: là thép chịu nhiêt thông dụng nhất, loại nay có chứa 7%Ni,16% Cr,
0,08%C (max).
+Đặc tính:Khả năng chịu ăn mòn cao trong tầm nhiệt độ rộng,không bị nhiễm tư
̀,mềm dẻo,dễ uốn,dễ hàn.
+Ứng dụng:Được sử dung nhiều để làm đồ gia dụng,bình chứa,ống công nghiệp,

tàu thuyền công nghiệp,vỏ ngoài khiến trúc,các công trình xây dựng khác…
- Ferritic: là tên khoa học của các mã thép có tên hiện đại làSUS 430, 410, 409...
là loại thép có tính chất cơ lý giống với thépmềm nhưng lại có khả năng chịu ăn
mòn cao, loại này có chứakhoảng 12%-17%.
+Đặc tính:Ferritic cho độ dẻo khá tốt, định hình và chống ăn mòn.
+Ứng dụng:được sử dụng nhiều trong kiến trúc và làm đồ gia dụng,nồi hơi,máy
giặt,các kiến truc trong nhà.
-Duplex:là loại thép có tính chất “ở giữa” loại Ferritic và Austenitic (hợp kimFeCr-Ni-(Mo)-N).
+Đặc tính:độ bền chịu lực cao và độ mềm dẻo,khả năng chống ăn mòn hóa học cao
C <0,03%, hàm lượng crom 21%-26%, khả năng hàn và khả năng định hình tốt,
khả năng hấp thụ năng lượng cao.
+Ứng dụng:bồn chứa khí đốt, lò phản ứng hydrogen peroxide bể chứa hóa
chất,tháp ,khung….
-Martensitic: Loại này chứa khoảng 11% đến 13% Cr, có độ bền chịu lực và độ
cứng tốt, chịu ăn mòn ở mức độ tương đối. Được sử dụng nhiều để chế tạo cánh
tuabin, lưỡi dao.
3.4 Các yêu cầu với thép chịu nhiệt
-So với nhiệt độ thường khi làm việc ở nhiệt độ cao thép có sự xuy giảm rõ rệt về
cơ tính và tính chống ăn mòn.
-Khi làm việc ở nhiệt độ cao,kim loại bị biến dang dẻo chập chạp theo thời gian
được gọi là dão.đánh giá độ bền của thép làm việc ở nhiệt độ cao bằng chỉ tiêu cơ
tính rieenglaf giới hạn dão và độ bền dão.độ bền dão là ứng suất gây ra phá hủy
dão sau một thời gian nhất định.
-Nâng cao nhiệt độ cũng làm giảm tính bền hóa học do sự ăn mòn hóa học,sự tạo
thành lớpvảy oxyt và sự phát triển nhanh của nó sẽ nhanh chóng làm giảm tiết diện


chịu tải và làm giảm độ beenfkhi làm việc ở >570°C sự tạo thành lopws oxyt trở
nên nhanh đột ngột do cấu trúc chủ yếu là FeO xốp.vì vậy phải hợp kim thép bang
crom, molipden,silic để tạo nên các oxyt tương ứng với cấu tạo oxyt chặt có tính

bảo vệ cao,nhiệt độ làm việc càng cao thì lượng những nguyên tố trên đặc biệt là
crom càng phải cao.
3.5 Áp Dụng Trong Ngành Ô Tô - Thép làm Xupap Xả
3.5.1 Tổng quát
-Trong các động cơ đốt trong, xupap xả là chi tiết làm việc trong các điều kiện
nặng nhất: tải trọng cao, chịu nhiệt độ cao 650 - 700°C do khí cháy thải ra và bị
mài mòn ở đuôi và cạnh vát khi va đập. Để chế tạo nó chúng ta dùng hai loại thép
mactenxit và austenit với lượng cacbon khoảng 0,40 - 0,50% để bảo đảm có tính
chống mài mòn nhất định
- Cacbon là nguyên tố cùng với sắt tạo thành dung dịch đặc hòa tan có hạn,cacbon
có thể hòa tan vào trong thép với những tỉ lệ nhất định trong những điều kiện nhất
định. Trong tổ chức ferit: ở nhiệt độ thường khoảng 20°C cacbon chi có thể hòa tan
0.006%; ở nhiệt độ 723 °C(nhiệt độ chuyển biến peclit ) thì cacbon có thể hòa tan
0,02%,còn khi ở nhiệt độ >1400°C thì hòa tan khoảng 0,5%
3.5.2 Thép làm xupap xả:
Trong các động cơ đốt trong, xupap xả là chi tiết làm việc trong các điều kiện nặng
nhất: tải trọng cao, chịu nhiệt độ cao 650 - 700oC do khí cháy thải ra và bị mài
mòn ở đuôi và cạnh vát khi va đập. Để chế tạo nó người ta dùng hai loại thép
mactenxit vàaustenit với lượng cacbon khoảng 0,40 - 0,50% để bảo đảm có tính
chống mài mòn nhất định.
a,Thép mactenxit
Thép chứa crôm cao (9,0 - 10,0%) và silic (2%), ngoài ra có thể them môlipđen, đó
là các nguyên tố vừa nâng cao tính chống ăn mòn hóa học (tạo nên lớp vảy ôxyt
Cr2O3, SiO2 bền, xít chặt) vừa có tính chống ram tốt để không làm giảm độ bền,
độ cứng khi làm việc ở nhiệt độ cao - tính cứng nóng. Các mác thép thường dùng
nhất ở nước ta là ΓOCT 40X9C2 và 40X10C2M, thuộc loại thép mactenxit tự tôi.
Nhiệt luyện bao gồm tôi (1000 - 1100oC) + ram (700 - 750oC) với các chú ý sau.
- Nhiệt độ ram cao hơn nhiệt độ làm việc, do đó khi làm việc cơ tính không bị biến
xấu.
- Thép mác 40X9C2 bị giòn ram loại II khá mạnh, sau khi ram phải làm nguội

trong
nước.
- Để nâng cao tính chống mài mòn của đuôi là phần chịu ma sát với bề mặt cam mà


không chịu nhiệt độ cao, người ta tiến hành tôi đầu mút đó bằng cách nung cảm
ứng, ngọn lửa hay điện phân. Sau khi tôi ram thấp đạt độ cứng HRC 45 - 50.
Tuy nhiên loại thép này có tính bền nóng không cao, chỉ dùng trong các động cơ
xăng với công suất nhỏ. Với động cơ điêzen và cường hóa phải dùng thép austenit.
Bảng 5.11. Thành phần hóa học (%) của các mác thép làm xupap xả

b, Thép austenit
-Thép austenit làm xupap phải có cacbon trung bình 0,35 - 0,50%, crôm cao và
niken cao để mở rộng khu vực γ. Thép này có nhược điểm là độ cứng thấp HB 160
- 200 và không thể nâng cao lên bằng cách tôi, nên đầu mút được thấm nitơ, cạnh
vát được hàn đắp bằng stêlit (loại hợp kim cứng nấu chảy có 35%Cr, 1 - 2%C, còn
lại
là
Co).
-Xupap nạp không chịu nhiệt độ cao nên được làm bằng ΓOCT 40XH.
3.5.2 Các phương pháp làm xupap xả
3.5.2.1Phương pháp một
-Để làm xupap ,ta có thể dùng loại thép chịu nhiệt Martensiticvới một chút thay
đổi về cách chế tạo và nguồn nhiên liệu tạo ra thứ vật liệu tuyệt vời này:


-Tạo ra loại thép này chúng ta sẽ Nhiệt luyện:bao gồm tôi (1000 - 1100oC) + ram
(700 - 750oC).
- Nhiệt độ ram cao hơn nhiệt độ làm việc của động cơ, do đó khi làm việc cơ tính
không bị biến xấu, vật liệu sẽ rất bền.

- Trong đó loại thép mác 40X9C2 cần phải chú ý vì loại thép này bị giòn ram loại
II khá mạnh, sau khi ram phải làm nguội trong nước.
- Và để nâng cao tính chống mài mòn của đuôi là phần chịu ma sát với bề mặt cam
mà không chịu nhiệt độ cao, người ta tiến hành tôi đầu mút đó bằng cách nung cảm
ứng, ngọn lửa hay điện phân. Sau khi tôi ram thấp đạt độ cứng HRC 45 – 50 là
được.
3.5.2.2 Phương pháp hai
- Có thể lựa chọn thép austenit làm xupap,có cacbon trung bình 0,35 - 0,50%, crôm
cao và niken cao để mở rộng khu vực γ. Tuy nhiên thép này có nhược điểm là độ
cứng thấp HB 160 - 200 và không thể nâng cao lên bằng cách tôi, nênđầu mút sẽ
được thấm nitơ, cạnh vát được hàn đắp bằng stêlit (loại hợp kim cứng nấu chảy có
35%Cr, 1 - 2%C, còn lại là Co).
3.6 kết luận
Sau thời gian nghiên cứu làm chuyên đề thép chịu nhiệt đến nay em đã cơ bản
hoàn thành với sự hưỡng dẫn tận tình của thầy giáo.
Trong đề tài này em tập trung đi sâu tim hiêu về ảnh hưởng của thép với hàm
lượng các nguyên tố tạo thành,về điều kiện làm việc của thép sẽ ảnh hưởng như thế
nào. Và từ đó cung đưa ra cho em them thông tin để đến gần hơn với việc nghiên
cứu ra vật liệu mới.
Thông qua chuyên đề giúp em hiểu rõ hơn tầm quan trọng quyết định của điều kiện
làm việc của thép,nguyên liệu tạo ra thép,cách nhiệt luyện tôi và ram với một số
mac thép.và điiều đó em nghĩ các nhà chuyên môn cũng đang luôn nghiên cứu và
tìm cách nâng cao tính năng phục vụ cho nhu cầu của đời sống.do thời gian hạn
chế,nhiều phần chưa được trang bị trong thời gian học tại trường,tài liệu tham khảo
còn hạn chế và chưa cập nhật đủ thông tin nên em tự nhận thấy cần hoàn thiện
thêm.
Qua chuyên đề nay đã bổ xung thêm cho em kiến thức về động cơ, hiểu xâu về
hoạt đông của xupap.Sau cùng em rất mong được sự chỉ bảo của thầy giáo để em
được hoàn thiện hơn về kiến thức cũng như đề tài này.

Hà nội -2015