Tìm hiểu sự ảnh hưởng của các nguyên tố c, si,mn,p,s đến tính chất cơ lý của gang,thép và phương pháp xác định c và s

Chủ đề: Tìm hiểu sự ảnh hưởng của các nguyên tố C, Si,Mn,P,S
đến tính chất cơ lý của gang,thép và phương pháp xác định C và S

GVHD: Trần Quang Hải


Giới thiệu về gang thép

Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính chất cơ lí của gang

Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính chất cơ lí của thép

Phương pháp xác định C và S


1.Giới Thiệu Về Gang Thép

•
•

1.1 Khái niệm về gang và thép
1.1.1 Gang

Khái niệm: Gang là hợp kim của sắt và cacbon cùng một số nguyên tố khác như: Si,
Mn, P, S, Cr, Ni, Mo, Mg, Cu... hàm lượng cacbon trong gang lớn hơn 2,14%

Phân loại: gang chia là 2 loại chính
Gang trắng
Gang Graphit

1.1.2 Thép

Khái niệm: Thép là hợp kim với thành phần chính là sắt (Fe), với cacbon (C), từ
0,02% đến 2,14% theo trọng lượng, và một số nguyên tố hóa học khác.

Phân loại:
Thép cacbon
Thép hợp kim


2. Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính chất của Gang
Cacbon (C): là nguyên tố thúc đẩy quá trình graphit hóa. Nhưng
gang có nhiều cacbon thì độ dẻo và tính dẫn nhiệt giảm. Nếu
cacbon chứa trong gang ở dạng hợp chất hóa học xementit thì
gang đó gọi là gang trắng, nếu cacbon ở dạng tự do (graphit) thì
gang đó gọi là gang xám. Sự tạo thành các loại gang khác nhau
phụ thuộc vào thành phần hóa học và tốc độ nguội của nó.
-  Silic (Si):  Silic là nguyên tố ảnh hưởng nhiều nhất đến cấu trúc
tinh thể của gang, vì nó thúc đẩy quá trình graphit hóa. Hàm
lượng Si tăng sẽ làm tăng độ chảy loãng, tăng tính chịu mài mòn
và ăn mòn của gang. Thường thì hàm lượng Si trong gang là 1,5 3%.
-  


•

•

-  Phốt pho (P): P là một nguyên tố có hại trong gang, nó làm giảm độ bền, tăng

độ dòn của gang, dễ gây nứt vật đúc. Tuy nhiên P tăng tính chảy loãng, tác dụng
này được sử dụng để đúc tượng, chi tiết mỹ thuật. Trong trường hợp đúc các chi
tiết thành mỏng, hàm lượng P trong các chi tiết quan trọng không được quá
0,1%, còn các chi không quan trọng có thể tới 1,2%.
-  Lưu hùynh (S): là nguyên tố có hại trong gang, nó làm cản trở graphit hóa, nên
làm giảm tính chảy loãng do đó làm giảm tính đúc. Lưu hùynh làm giảm độ bền
cho gang dòn. S kết hợp với Fe tạo thành FeS gây bở nóng. Vì vậy thành phần S
trong gang không quá 0,1%.


(Mn): Mn trong gang thúc đẩy
•- sự Mangan
tạo thành gang trắng và ngăn cản

graphit hóa. Bởi vậy trong gang trắng
thường chứa 2 - 2,5% Mn, trong gang xám
lượng Mn không quá 1,3%. Mn là nguyên
tố tăng tính chịu mài mòn, tăng độ bền,
giảm tác hại của lưu hùynh (S).


3. Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính chất hóa học của
thép

•
•
•
•
•

Cacbon: tăng khả năng chống ăn mòn, tăng độ cứng và bền cho thép
Mangan: Ngăn quá trình oxi hóa, loại FeO có hại cho thép
Silic: Chống sự ăn mòn của axit H2SO4
Lưu Huỳnh: Tăng hiệu suất gia công tuy nhiên chỉ thêm 1 lượng nhỏ.
Photpho:gây giòn nguội hay bở nguội (ở nhiệt độ thường). Chỉ cần có 0,10%P
hòa tan, ferit đã trở nên giòn, nên để tránh giòn lượng phôtpho trong thép phải
ít hơn 0,050%


4.Phương pháp xác định Cacbon theo TCVN 1821:2009

•

Nguyên tắc:

Đốt mẫu trong dòng oxi ở nhiệt độ thích hợp , hấp thụ khí CO2 tạo thành bằng dd
KOH. Từ hiệu số đo thể tích trước và sau khi hấp thụ cùng nhiệt độ áp suất của khí,
tính ra hàm lượng Cacbon trong mẫu.

•

Điều kiện tiến hành:

+ Tiến hành ở nhiệt độ cao (12000C – 12500C), với thép hợp kim(13000C –
13500C)
+ Nguồn cấp khí phải là khí O2 sạch, khô.
+ Tốc độ cung cấp khí phải phù hợp khoảng 4-5 giọt/s.

•

Nếu C>3%, để mẫu phân hủy nhanh cần sử dụng xúc tác.


•

Phương trình phản ứng :

C + O2 → CO2
Fe3C + 3O2 → CO2 +

Fe3O4

Mn3C + 3O2 → CO2 + Mn3O4
4Cr3C2 + 17O2 → 8CO2+ 6Cr2O3


••

Công thức:
 
%C = .P.100%

Trong đó:
+ V1: hiệu số chỉ thước đo trước và sau hấp thụ khí C mẫu thí nghiệm(ml).
+ V0: hiệu số chỉ thước đo trước và sau hấp thụ Cacbon mẫu trắng(ml).
+ G: khối lượng mẫu(gam).
+ P: hệ số chỉnh áp suất và nhiệt độ.


5. Phương pháp xác định Lưu Huỳnh theo TCVN 1820 76

•

Nguyên tắc:

Đốt mẫu trong dòng oxi ở nhiệt độ thích hợp để oxi hóa S→SO2
+ Cách 1: hấp thụ SO2 bằng nước, chuẩn độ bằng dd Iot với chỉ thị hồ tinh bột.
+ Cách 2: hấp thụ hidro peoxit và chuẩn độ bằng NaOH với chỉ thị MR.

•

Điều kiện xác định:

+ Lượng mẫu: tùy theo hàm lượng S trong hợp kim mà khối lượng mẫu lấy sao cho
phù hợp.
+ Cần có thêm chất chảy là thiếc hoặc đồng để mẫu dễ nóng chảy có khả năng đốt
cháy hoàn toàn mẫu.
+ Nhiệt độ đốt 1350oC đối với thép và gang hợp kim cao, 1300oC đối với thép và
gang hợp kim thấp và trung bình


•

Phương trình phản ứng:

3FeS+5O2 → Fe3O4 + 3SO2

H2SO3+H2O+I2 → 2HI+H2SO4

3MnS+5O2 → Mn3O4+ 3SO2

H2SO3+H2O2 → H2SO4+H2O

SO2+H2O → H2SO3

H2SO4+2NaOH → Na2SO4+2 H2O


••

Công thức tính kết quả:
 

trong đó :

V - thể tích dung dịch iot hoặc NaOH tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu thí nghiệm(ml)
V1 - thể tích dung dịch axit sunfuric tiêu tốn khi chuẩn độ để cân bằng màu trong
trường hợp màu của hai bình không đồng nhất(ml)
TS - độ chuẩn dung dịch iot hoặc natri hydroxyt, tính bằng số g lưu huỳnh trong
1 ml dung dịch
G - lượng cân mẫu, tính bằng (g)
P - hệ số nồng độ giữa dung dịch iot với dung dịch thiosunfat hoặc giữa dung dịch natri
hydroxyt với axit sunfuric 0,02N khi chuẩn độ.