Bài tập lớn một vật liệu học (Taro - Bàn ren)

Bài tập Vật Liệu Học Bùi Hoàng Dũng CĐT4_K50
Bài Tập Lớn Vật Liệu Học
I. Nội dung
Cho một chi tiết có các yêu cầu cơ bản:
Tarô, bàn ren, chi tiết nhỏ, hình dạng phức tạp, tốc độ cắt trung bình, yêu cầu
độ cứng cao, tính chống mài mòn tốt, T làm việc trung bình (<300C)
Bàn ren
Tarô

Câu 1: Điều kiện làm việc của chi tiết
Bài tập Vật Liệu Học Bùi Hoàng Dũng CĐT4_K50
Tarô, bàn ren làm việc dùng để cắt ren hoặc sửa ren. Tarô dùng để cắt ren
trong, bàn ren dùng để cắt ren ngoài .
Tarô là 1 dao cắt có phần lỡi dao và chuôi dao, đợc đánh bóng. Bàn ren có
phần rãnh ren trong lỗ, bàn ren đợc mài mặt đầu và đờng kính ngoài.
Tarô, bàn ren làm việc ở nhiệt độ trung bình, chịu lực nhẹ, chịu mômen
xoắn lớn, chịu va đập mạnh, tốc độ cắt trung bình.
Do đó tarô, bàn ren cần những yêu cầu về cơ tính sau :
Độ cứng cao
Độ bền cao
Tính chống mài mòn tốt
Trọng lợng nhỏ, độ chính xác và tính cân bằng cao
Tarô, bàn ren hình dạng phức tạp nên vật liệu phải có tính công nghệ cao.
Câu 2: Chọn vật liệu
Với những cơ tính cũng nh những đặc điểm về chế tạo nh trên, nhận thấy
thép 90CrSi đáp ứng đợc yêu cầu.
Cơ sở lý luận chọn thép 90CrSi : 90CrSi có tính tôi và thấm tôi tốt, sau khi
tôi có thể làm nguội trong dầu và dụng cụ sau khi tôi ít bị cong vênh, biến
dạng. Đối với dụng cụ định hình mà profin không qua mài, điều quan trọng
phải giữ cho kích thớc không đổi khi tôi nh profin ren của taro, bàn ren tròn.
90CrSi là thép hợp kim ít bị biến dạng. Thép 90CrSi đảm bảo độ cácbít đều

đặn, nên đợc dùng để chế tạo dụng cụ có yếu tố cắt mỏng không những phân
bố ở xa tâm nh tarô mà phân bố ở gần tâm nh bàn ren tròn. Do sự tổ hợp hợp lý
các nguyên tố hợp kim (Si, Cr, Mn) và do sự phân bố đều tính bền nóng của
Bài tập Vật Liệu Học Bùi Hoàng Dũng CĐT4_K50
thép 90CrSi tăng lên 250C. Với đặc điểm nh trên thép 90CrSi hoàn toàn phù
hợp với việc thiết kế và điều kiện làm việc của tarô, bàn ren.
Cùng loại nh mác thép 90CrSi của Việt Nam, trên thế giới còn có :
Bảng so sánh thành phần hoá hóa học của các mác thép tơng đơng với 90CrSi
Tiêu
chuẩn
Mác
thép
C Si Mn <P <S Cr <Ni <Cu
TCVN 90CrSi
0.85-
0.95
1.2-1
.6
- - - 0,95-
1.25
- -
GOCT
9XC
0.85-
0.95
1.2-1
.6
0,3-0
,6
0.03 0.03 0.95-

1.25
0,35 0,3
Trung
Quốc
9SiCr
0.85-
0.95
1.2-1
.6
0,3-0
,6
0.03 0.03 0.95-
1.25
0,35 0,3
ASTM O2
0.85-
0.95
<0.5 1.4-1
.8
0.03 0.03 <0.05 - -

Thông qua bảng so sánh các thành phần hoá học của các mác thép tơng đơng
ta có thể rút ra một số nhận xét nh sau:
Hàm lợng Cácbon (C) không có sự khác biệt lắm, nhng thành phần các
nguyên tố hợp kim và tạp chất có đôi chút khác biệt, dẫn đến quá trình gia
công nhiệt và gia công cơ cần phải lu ý. Đối với thép 90CrSi không có tài liệu
về mác thép tơng đơng ở Nhật Bản, và ở Mỹ là mác thép tơng đơng với việc tôi
trong dầu.
Bài tập Vật Liệu Học Bùi Hoàng Dũng CĐT4_K50
Câu 3: Vai trò của các nguyên tố

hợp kim chính trong thép 90CrSi đối
với cơ tính và chế độ nhiệt luyện
Cacbon:
Trong thộp, Cacbon l nguyờn t
quan trng nht (khụng k st!). T
chc v tớnh cht ca thộp ch yu do
Cacbon quyt nh. Cacbon tn ti
trong thộp di hai dng: dung dch
rn xen k trong mng tinh th st v
dng liờn kt trong hp cht Fe
3
C
(Xờmentit). Cỏc pha dung dch rn cú
do cao, bn thp trong khi pha
xờmentit l pha cng v giũn. S kt
hp pha ny s cho cỏc t chc khỏc
nhau ca thộp ng vi tng thnh
phn v trng thỏi c th.
Khi hm lng cacbon tng lờn,
bn cng tng theo, do, dai
gim i. bn tng cú cc i vo
khong 0.9%C.
Mt cỏch nh lng, c tng 0.1%
C, cng tng khong 20-25 HB,
bn tng khong 60-80 MPa, dón
di tng i v tht t i gim
ln lt l 2-4% v 1-5%, dai va p
gim 200kJ/m
2
.

Silic :
ảnh hởng của các nguyên tố
hợp kim đến độ cứng
ảnh của Cacbon đến cơ tính
của thép ở trạng thái ủ
ảnh hởng của các nguyên tố hợp
kim đến độ dai va đập
Bài tập Vật Liệu Học Bùi Hoàng Dũng CĐT4_K50
Silic làm tăng rất mạnh độ cứng (độ bền) song cũng làm giảm mạnh độ dai
(độ dẻo), đặc biệt khi thép chứa 2% Si hoặc 3.5% Mn ferit có độ dai rất thấp (
500kJ/m
2
) làm thép giòn không cho phép sử dụng. Do vậy mặc dù có lợi thế là
rẻ hơn, khả năng hóa bền cao Silic chỉ đợc dùng với hàm lợng hạn chế 1 ữ 2%
Crôm :
Crôm khi làm việc tăng độ cứng chẳng những không làm giảm còn làm tăng
chút ít độ dai. Do vậy hợp kim hóa thép bằng Crôm là rất tốt vì ngoài làm tăng
độ thấm tôi, bản thân chúng nâng cao độ cứng, độ bền mà vẫn duy trì tốt độ
dẻo, độ dai của ferit. Vì thép có độ thấm tôi cao thuộc nhóm hợp kim hóa Cr-
Ni .
Sự tạo thành Cacbit :
Silic :
Silic không tạo thành cacbit. Khi có mặt cacbon, với khoảng 2%Si thì chuyển
biến bị ức chế. Khi có mặt cacbon thì vùng sẽ đợc mở rộng (0.35%C,
vùng sẽ tồn tại cho tới 9%Si). Hệ số tăng độ thấm tôi của Si là 1.7 (loại trung
bình). Si còn có tác dụng tăng tính ổn định ram, nhng không làm tăng tính giòn
của thép. Si tăng khả năng chống oxy hóa thép ở nhiệt độ cao và tăng độ bền
chống dão, bởi vậy Si có mặt trong thép Cr. Cùng với Mn (1.5-2%Si và
0.5-0.9%Mn) Si có tác dụng tăng giới hạn đàn hồi, ứng dụng để sản xuất lò xo.
Crôm :

Giản đồ pha Fe-Cr cho thấy vùng bị hạn chế trong giới hạn 12.8%Cr. Khi
có thêm cacbon vùng này đợc mở rộng, chẳng hạn với 0.5%C, pha có thể tồn
tại tới 20%Cr. Cr tạo cacbit phức tạp : Cr
7
C
3
và Cr
23
C
6
, những cacbit này hoà
tan vào austentit khi nhiệt độ cao hơn 900C. Cr tăng đáng kể độ thấm tôi (hệ
số 3.2). Nó còn tác dụng cải thiện tính chống ram và độ bền ở nhiệt độ cao, do
đó tạo ra cacbit nhỏ mịn khi ram, có tác dụng hóa bền tiết pha, bù lại sự hóa
mềm của mactenxit do độ giảm chính phơng. Cuối cùng Cr đóng vai trò hàng
đầu đối với độ bền chống mài mòn. Thép sau cùng tích (0.9-1.1%C) mà có