Giáo trình Vật liệu cơ khí (Nghề: Hàn) - Trường CĐ Lào Cai

UBND TỈNH LÀO CAI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: VẬT LIỆU CƠ KHÍ
NGHỀ: HÀN
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP, CAO ĐẲNG

Lào Cai, năm 2019

3


LỜI NĨI ĐẦU
Giáo trình Vật liệu cơ khí được biên soạn theo chương trình đào tạo Trung cấp
và Cao đẳng nghề Hàn do Hiệu trưởng trường Cao đẳng Lào Cai ban hành ngày…..
tháng ……năm 2019.
Giáo trình Vật liệu cơ khí nhằm cung cấp cho học sinh trường cao đẳng nghề
và học sinh ngành cơ khí, những kiến thức về vật liệu cơ khí. Khi biên soạn giáo
trình, tác giả đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới có liên quan đến môn học và
nghề đào tạo, cần thiết cho học sinh tiếp thu các mơn khác.
Nội dung giáo trình gồm 6 chương:
Chương 1: Lý thuyết về hợp kim.
Chương 2: Gang.
Chương 3: Thép.
Chương 4: Kim loại màu và hợp kim màu.
Chương 5: Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện.
Chương 6: Vật liệu phi kim loại.
Trong quá trình biên soạn mặc dù đã cố gắng, nhưng chắc chắn không tránh
khỏi những thiếu sót do thời gian biên soạn cịn ngắn và trình độ cịn hạn chế. Rất
mong được sự góp ý của người sử dụng để giáo trình được hồn thiện hơn.

Lào Cai, tháng … năm 2019
Tác giả
Ths. Hoàng Anh Thái

4


HƯỚNG DẪN CHƯƠNG TRÌNH
1. Một số điểm chính về phương pháp giảng dạy môn học:
Khi giảng dạy giáo viên cần chú ý liên hệ, so sánh, chuyển đổi ký hiệu tiêu
chuẩn vật liệu giữa các quốc gia.
Khi giảng dạy sử dụng các học cụ trực quan, máy tính, máy chiếu, tranh treo
tường để mô tả cấu trúc tinh thể và tổ chức kim loại, giản đồ trạng thái Fe-C và các
biểu đồ chỉ dẫn nhiệt luyện.

2. Những trọng tâm cần chú ý:
Chỉ dẫn nhiệt luyện chú ý sử dụng ký hiệu đồ họa cơ bản theo TCVN mới ban
hành (các tiêu chuẩn này đã được chuyển đổi từ tiêu chuẩn quốc tế ISO
15787:2001).
Sử dụng các mơ hình, trực quan vật thật để làm rõ vấn đề nêu ra trong lý
thuyết. Cần hướng dẫn cho học sinh tìm hiểu trong thực tế sản xuất ở xưởng và tổ
chức trao đổi, thảo luận các vấn đề liên quan giữa lý thuyết và thực tế.

5


MỤC LỤC
Trang

Lời nói đầu

3

Hướng dẫn thực hiện giáo trình

4

Mục lục

5

Chương 1. Lý thuyết về hợp kim

6

1. Khái niệm về hợp kim.

6

2. Cấu trúc tinh thể của hợp kim

6

Chương 2: Gang

9

1. Giản đồ trạng thái hợp kim fe - C.

9

2. Khái niệm về Gang.

12

3. Các loại Gang.

14

Chương 3: Thép

20

1. Thép C

20

2. Thép hợp kim

25

Chương 4: Kim loại màu và hợp kim màu

35

1. Đồng và hợp kim của đồng

35

2. Nhôm và hợp kim của nhôm

39

3. Hợp kim làm ổ trượt

42

Chương 5: Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện

46

1. Nhiệt luyện

46

2. Hóa nhiệt luyện

56

Chương 6: Vật liệu phi kim loại.

59

1. Polyme, Cao su, Chất dẻo.

59

2. Dầu mỡ bôi trơn

62

Tài liệu tham khảo

66

6


CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT VỀ HỢP KIM
1. KHÁI NIỆM VỀ HỢP KIM
1.1. Khái niệm.
Là sản phẩm của sự nấu chảy 2 hay nhiều nguyên tố mà nguyên tố chủ yếu là
kim loại. Như vậy trong hợp kim có tính chất chủ yếu của kim loại.
- Hợp kim được hình thành trên cơ sở của hai kim loại với nhau. Ví dụ
như đồng Latơng hình thành trên cơ sở hai kim loại (Cu + Zn).
- Hợp kim được hình thành trên cơ sở một kim loại và một á kim. Ví dụ như
thép, gang hình thành trên cơ sở Fe + C.
Dù hợp kim hình thành trên cơ sở hai hoặc nhiều ngun tố thì ngun tố kim
loại vẫn là chính. Nếu có hai nguyên tố với nhau ta có hợp kim đơn giản. Nếu có
nhiều nguyên tố ta có hợp kim phức tạp.

1.2 Đặc tính hợp kim.
Các kim loại nguyên chất thể hiện lên ưu việt rõ nhất trong dẫn điện, dẫn nhiệt
vì chúng có các chỉ tiêu này cao nhất (vì vậy các dây dẫn điện được làm bằng đồng,
nhơm ngun chất). Tuy vậy trong chế tạo cơ khí, thiết bị đồ dùng… các vật liệu
đem dùng thường là hợp kim vì nó có các đặc tính phù hợp hơn về sử dụng, gia công
và kinh tế. Các đặc tính cơ bản là:
- Có độ bền và độ dẻo cao: Đây là đặc tính rất quan trọng của hợp kim để chịu
tải trọng cao khi làm việc, đồng thời hợp kim cũng khơng được giịn dẫn đến bị phá
huỷ.

- Các kim loại nguyên chất nói chung rất dẻo (dễ rát mỏng, kéo sợi…) song độ
bền, tính chống mài mịn, độ cứng kém xa hợp kim từ vài ba đến hàng chục lần.
- Tính cơng nghệ đa dạng và thích hợp: Để tạo thành bán thành phẩm và sản
phẩm, vật liệu phải có khả năng chế biến thích hợp được gọi là tính cơng nghệ. Kim
loại ngun chất tuy dễ biến dạng dẻo nhưng khó cắt gọt, đúc, khơng hố bền được
bằng nhiệt luyện. Hợp kim trái lại có tính công nghệ rất đa dạng như: Dễ cắt gọt,
đúc, nhiệt luyện… Phù hợp với nhiều điều kiện công nghệ khác nhau.
- Tính kinh tế cao: Trong nhiều trường hợp luyện hợp kim đơn giản và rẻ hơn
so với luyện kim loại ngun chất do khơng phải chi phí để khử nhiều nguyên tố lẫn
vào. Ví dụ như: Luyện hợp kim Fe – C (thép và gang) đơn giản hơn so với luyện sắt
nguyên chất. Pha Zn vào kim loại chủ Cu ta được đồng Latông vừa bền lại vừa rẻ (do
Zn rẻ hơn Cu nhiều).
2. CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA HỢP KIM

2.1. Một số khái niệm cơ bản. Để nghiên cứu cấu tạo của hợp kim ta cần
làm quen một số khái niệm sau:

2.1.1. Cấu tử. Là các nguyên tố (hay hợp chất hoá học bền vững) cấu tạo nên
hợp kim. Ví dụ: Đồng Latơng (hợp kim Cu-Zn) có hai cấu tử là Cu và Zn.
7


2.1.2. Pha.
Là những phần tử của hợp kim có thành phần đồng nhất ở một trạng thái và
ngăn cách với các pha khác bằng bề mặt phân chia (nếu ở trạng thái rắn thì phải có
sự đồng nhất cùng một kiểu mạng và thơng số mạng). Ví dụ Nước ở 00C là một cấu
tử (hợp chất hoá học bền vững H2O) và có hai pha (pha rắn là nước đá, pha lỏng là
nước).

2.1.3. Hệ hợp kim: Một tập hợp các pha ở trạng thái cân bằng gọi là hệ hợp

kim

2.2. Các tổ chức của hợp kim.
Trong hệ hợp kim có nhiều cấu tử ở trạng thái đặc có thể hình thành ở nhiều
dạng tổ chức khác nhau như: Dung dịch đặc, hợp chất hoá học, hỗn hợp cơ học.

2.2.1. Dạng dung dịch đặc.
Hợp kim có cấu tạo là dung dịch đặc khi nguyên tử của các nguyên tố có
thành phần kích thước gần giống nhau. Khi kết tinh các hợp kim này tạo thành các
mạng tinh thể trong đó có nguyên tử của các nguyên tố thành phần. Người ta phân
biệt có hai loại dung dịch đặc là: dung dịch đặc thay thế và dung dịch đặc xen kẽ.

a. Trong dung dịch đặc thay thế.
Nguyên tử nguyên tố này đẩy ngun tử ngun tố kia thay thế vào đó (hình 11a). Tức là vẫn có kiểu mạng và số nguyên tử trong ô cơ sở đúng như cấu tử của
dung mơi. Về mặt hình học có thể thấy sự thay thế nguyên tử này bằng nguyên tử
khác ít nhiều đều xảy ra sự xơ lệch mạng vì khơng có hai ngun tố nào có đường
kính ngun tử hồn tồn giống nhau. Vì vậy sự thay thế chỉ xảy ra đối với các
ngun tố có kích thước ngun tử gần bằng nhau (sai lệch khơng q 15%).

Hình 1-1: Các mơ hình cấu trúc dung dịch đặc của hợp kim
a) Mơ hình dung dịch đặc thay thế; b) Mơ hình dung dịch đặc xen kẽ;
c) Mơ hình dung dịch đặc tổng hợp

b. Trong dung dịch đặc xen kẽ.
Nguyên tử của các nguyên tố hịa tan (ví dụ cácbon, ơxi..) nằm xen kẽ vào các
lỗ hổng giữa các nút của mạng tinh thể của nguyên tố cơ bản (hình 1-1b). Trong
dung dịch rắn xen kẽ các ngun tử hồ tan phải có kích thước bé hơn hẳn để có thể
8

lọt vào lỗ hổng trong mạng của kim loại chủ, tức là vẫn có kiểu mạng như kim loại
chủ nhưng số nguyên tử trong ô cơ sở tăng lên.

2.2.2. Hợp chất hóa học.
Hợp kim có cấu tạo là hợp chất hóa học khi nguyên tử của các nguyên tố khác
nhau tác dụng hóa học với nhau theo tỉ lệ chính xác giữa các nguyên tử có kiểu mạng
xác định, có thành phần hóa học xác định được biểu diễn bằng một cơng thức hóa
học. Ví dụ hợp chất hóa học của sắt và cácbon có cơng thức hóa học là Fe3C
Đặc điểm chung của hợp chất hóa học là có độ cứng, độ giòn cao

2.2.3. Hỗn hợp cơ học.
Hợp kim có cấu tạo là hỗn hợp cơ học, khi những nguyên tử của các nguyên tố
thành phần khác nhau nhiều về kích thước và mạng tinh thể. Như vậy những ngun
tố này khơng hịa tan với nhau, cũng khơng liên kết với nhau thành hợp chất hóa học
mà liên kết với nhau bằng lực cơ học thuần túy.

Câu hỏi ôn tập chương 1
Câu 1: Thế nào là hợp kim ? Cho biết các đặc tính của hợp kim.
Câu 2: Trình bày các dạng cấu trúc tinh thể của hợp kim.

9


CHƯƠNG 2: GANG
1. GIẢN ĐỒ TRẠNG THÁI HỢP KIM Fe – C.
1.1. Khái niệm.
Là biểu đồ chỉ rõ sự phụ thuộc của tổ chức hợp kim Fe - C (cụ thể là gang và
thép) vào thành phần hóa học và nhiệt độ.

1.2. Các định nghĩa cơ bản.

Trước khi nghiên cứu giản đồ, ta cần thống nhất các định nghĩa cơ bản sau:

1.2.1. Pha.
Là các phần đồng nhất của hệ thống nó có cùng một kiểu mạng ở cùng một
trạng thái lỏng hoặc rắn và phân cách với các pha còn lại bằng mặt phân cách, khi
chuyển sang pha khác thì thành phần hóa học hoặc tổ chức của vật chất sẽ thay đổi
đột ngột. Ví dụ: chất lỏng đồng nhất là hệ thống một pha. Hỗn hợp cơ học là hệ
thống hai pha.

1.2.2. Nguyên.
Là vật chất tham gia tạo thành hệ thống. Ví dụ: kim loại nguyên chất là hệ
thống một nguyên, hợp kim là hệ thống của hai hay nhiều nguyên. Riêng các hợp
chất hóa học được coi là một nguyên.

1.2.3. Hệ thống.
Là tập hợp các pha nằm trong trạng thái cơ bản và cân bằng. Hệ thống thì có
tính thuận nghịch. Ví dụ có hệ thống là nước và nước đá, trong hệ thống có hai pha là
pha rắn và pha lỏng và có một nguyên là hợp chất hóa học là H2O. Hệ thống chỉ tồn
tại trong một điều kiện nào đó (nhiệt độ), có thể hệ thống sẽ chuyển sang trạng thái
lỏng hoặc rắn.

1.3. Ý nghĩa của giản đồ.
Giản đồ trạng thái Fe-C có tầm quan trọng và cơng dụng rất lớn. Nó cho ta biết
các nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ chuyển biến pha của kim loại hoặc hợp kim với
thành phần xác định, từ đó xác định được các chế độ luyện đúc, cán, rèn kim loại.
Qua đó xác định được cơ tính và tính cơng nghệ khi gia cơng kim loại hoặc hợp kim.

1.4. Giản đồ trạng thái Fe – C.
Giản đồ trạng thái Fe – C (chỉ xét hệ Fe-Fe3C) biểu diễn trên hệ trục tung là
nhiệt độ (0C) và trục hoành là thành phần C (%C) thay đổi trong Fe đến tối đa phạm

vị thành phần C = 6,67%, tại đây C tác dụng hóa học với Fe để tạo thành hợp chất
hóa học Fe3C. Cần hiểu: Tại điểm 0%C có 100%Fe được ký hiệu Fe, tại 6,67%C có
100%Fe3C được ký hiệu Fe3C.

1.4.1. Giải thích giản đồ trạng thái Fe-C.
Giản đồ trạng thái Fe-C trình bày hình 2-1 với các ký hiệu A,B…(t0C, %C) đã
được quốc tế hóa (là sắp xếp các điểm theo thứ tự %C tăng dần) như sau:
10


A(1539-0), N(1392-0), G(911-0), Q(0-0,006), P(727-0,02), H(1499-0,1),
J(1499-0,16), B(1499-0,5), S(727-0,8), E(1147-2,14), C(1147-4,3), D(1250-6,67),
F(1147-6,67), K(727-6,67), L(0-6,67)
Cấu tạo hệ hợp kim Fe-C ở trạng thái hoàn toàn lỏng được xác định trên các
đường nối A B C D.
Cấu tạo hệ hợp kim Fe-C ở trạng thái rắn được xác định dưới đường nối các
điểm A H J E C F, có đủ ba dạng cấu tạo gồm các dung dịch rắn, hợp chất hóa học
được tạo thành (bởi hai nguyên tố Fe và C) và hỗn hợp cơ học của nó.

Hình 2-1. Giảm đồ trạng thái Fe-C

1.4.2. Các tổ chức pha của hệ hợp kim Fe-C trên giản đồ:
a. Tổ chức một pha
- Pha δ: Là dung dịch rắn của C hòa tan trong Feδ: Feδ(C), ký hiệu trên giản đồ
là δ.
- Pha ơstennít: được ký hiệu là chữ γ (As), là dung dịch rắn của C hòa tan
trong Feγ, Feγ(C). Lượng C hòa tan tối đa 2,14% ở nhiệt độ 11470C tại điểm E và tối
thiểu 0,8% ở nhiệt độ 7270C tại điểm S, nên đường SE là đường giới hạn hòa tan của
của C trong Feγ.
- Pha Ferít: ký hiệu là α (F) là dung dịch rắn ren kẽ của các bon trong sắt Feα

Feα(C) ở nhiệt độ cao thì hịa tan được 0,02% C, có lượng C hịa tan tối đa 0,006% ở
nhiệt độ thường là điểm Q, nên đường PQ là đường giới hạn hịa tan của C trong Feα
có thể coi α là Feα vì lượng C hịa tan quá nhỏ nên Ferít được coi là nguyên chất, pha
nay mềm dẻo.
11


- Pha Xêmentít: Ký hiệu trên giản đồ là Xe hoặc Fe3C, là hợp chất hóa học của
Fe tác dụng hóa học với C khi C = 6,67%, có cơng thức hóa học Fe3C được xác định
tại đường thẳng nối các điểm RKF, có độ cứng rất cao ≥ 700HB và rất giịn. Ngồi ra
cơ tính của Xe cịn phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của nó, kích thước càng
nhỏ thì Xe càng đỡ giịn. Xêmentít có ba dạng:
+ Xêmentít1: ký hiệu là XeI được tiết ra từ pha lỏng có độ hạt lớn.
+ Xêmentít2: ký hiệu là XeII được tiết ra từ pha rắn ơstennít có độ hạt nhỏ hơn
XeI.
+ Xêmentít3: ký hiệu là XeIII được tiết ra từ pha rắn Ferít có độ hạt nhỏ mịn.
- Pha Grafít (G): là các bon tự do phân bố trong kim loại, pha này mềm nhưng
giòn chỉ tồn tại trong gang xám.

b. Tổ chức hai pha.
- Pha Peclít (P): Khi C = 0,8% có hỗn hợp cơ học cùng tích gọi là peclit gồm
hai pha (α + Xe). Được hình thành từ dung dịch rắn ơstennít tại 7270C. tùy theo dạng
của Xe mà có P tấm hoặc là P hạt.
- Pha lêđêburít (Lê): Khi C = 4,3% có hỗn hợp cơ học cùng tinh Lêđeeburit
gồm hai pha được hình thành từ dung dịch lỏng L tại nhiệt độ 11470C.

1.4.3. Phân loại hợp kim Fe-C theo giản đồ trạng thái
a. Dựa vào % C ta có
+ Thép: Là hợp kim sắt cácbon có hàm lượng %C < 2,14%.
+ Gang: Là hợp kim sắt cácbon có hàm lượng %C > 2,14%.

b. Căn cứ vào tổ chức của nó trong giản đồ trạng thái ta có hai loại: Thép và
Gang trắng.
- Thép:
+ Thép trước cùng tích có tổ chức P+α khi %C < 0,8%
+ Thép cùng tích có tổ chức P(α+Xe) khi %C = 0,8%
+ Thép sau cùng tích có tổ chức P+XeII khi %C > 0,8%
- Gang trắng:
+ Gang trắng trước cùng tinh có tổ chức: Lê + P + XeII khi %C < 4,3%
+ Gang trắng cùng tinh có tổ chức: Lê (P + Xe) khi %C = 4,3%
+ Gang trắng sau cùng tinh có tổ chức: Lê + XeI khi %C > 4,3%

1.4.4. Điểm và các đường tới hạn nhiệt độ:
a. Định nghĩa: Là nhiệt độ tại đó có sự thay đổi cấu tạo bên trong của hợp
kim ở trạng thái rắn.

b. Các điểm tới hạn:
- A1 = 7270C (đường PSK): Là nhiệt độ tới hạn mà tại đó hợp kim Fe-C có cấu
tạo bên trong của tổ chức cùng tích thuận nghịch P↔ γ cụ thể:
+ Khi nung tại nhiệt độ tới hạn A1: Tại đó có chuyển biến P→ γ
12


+ Khi làm nguội ở nhiệt độ tới hạn A1: Tại đó có sự chuyển biến γ → P
Điểm nhiệt độ A1 áp dụng cho tất cả các loại hợp kim Fe-C
- A3 = 7270 ÷ 9110C (đường SG): Là nhiệt độ tới hạn tại đó thép trước cùng
tích có chuyển biến cấu tạo giữa pha α ↔ γ cụ thể:
+ Khi nung tại nhiệt độ tới hạn A3: α hòa tan hết vào γ
+ Khi làm nguội ở nhiệt độ tới hạn A3: α tách ra từ γ
- Acm = 7270 ÷ 11470C (đường SE): Là nhiệt độ tới hạn tại đó cho phép thép
sau cùng tích có chuyển biến cấu tạo giữa hai pha XeII ↔ γ cụ thể:

+ Khi nung tại nhiệt độ tới hạn Acm: XeII hòa tan hết vào γ
+ Khi làm nguội ở nhiệt độ tới hạn Acm: XeII tách ra từ γ

2. KHÁI NIỆM VỀ GANG.
2.1. Giới thiệu chung về gang.
Gang là một kim loại được dùng nhiều trong cơng nghệ cơ khí chế tạo vì nó có
nhiều tính chất đáp ứng được các yêu cầu trong công nghệ chế tạo máy. Trong các
loại máy móc tĩnh tại, các chi tiết bằng gang có khối lượng khoảng 70%.

2.2. Khái niệm.
Gang là hợp kim Sắt - Cácbon (Fe - C), trong đó lượng C = 2,14%, nhưng
khơng lớn hơn 6,67%. Ngồi ra cịn có các nguyên tố như Mn, S. P, Si và một số tạp
chất khác.

2.3. Tính chất của gang: Gang có một số tính chất quan trọng sau đây:
+ Tính điền đầy khn trong gang, nhất là gang xám, tính chất này của gang rất
quan trọng. Vì vậy các chi tiết máy khơng có u cầu đặc biệt thì thường dùng
phương pháp đúc để tạo hình. Người ta dùng phương pháp đúc trong khuôn kim
loại, đúc áp lực. Các phương pháp đúc này có thể tạo được các chi tiết có hình dạng,
kết cấu phức tạp mà không cần gia công lại. Ví dụ đúc thân máy, nắp máy… động cơ
ơtơ.
+ Độ bền cơ, bền nhiệt: Các loại gang, như gang cầu, gang hợp kim đều có độ
bền cơ, bền nhiệt cao. Vì vậy người ta thường dùng gang chế tạo các chi tiết máy có
yêu cầu cao về độ chịu mài mịn, ma sát, độ giãn nở vì nhiệt thấp. Ví dụ: Làm bánh
đà động cơ ôtô, các xilanh lực của hệ thống thủy lực…
Tuy nhiên gang cũng có nhược điểm như tính hàn, tính cắt gọt kém, dẫn điện
kém, độ bền mỏi nhỏ. Như vậy các chi tiết chịu lực dễ bị mỏi người ta không dùng
gang.

2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của gang.

2.4.1. Cácbon (C):
Nếu các bon chứa trong gang dạng hợp chất hóa học Xementít thì gang đó gọi
là gang trắng, nếu C ở trạng thái tự do thì gang đó gọi là gang xám (Grafít). Sự tạo
thành các loại gang khác nhau phụ thuộc vào thành phần hóa học và tốc độ nguội
13


của nó. Nếu tốc độ nguội nhanh thì được gang trắng, tốc độ nguội chậm thì được
gang xám.

2.4.2. Silic (Si):
Là nguyên tố ảnh hưởng nhiều nhất đến cấu trúc tinh thể của gang vì nó thúc
đẩy sự tạo thành Grafít trong gang xám, do vậy thành phần Si thường cao (1 đến
4,25%).

2.4.3. Mangan (Mn):
Nó thúc đẩy sự tạo thành gang trắng và ngăn cản q trình Grafít hóa vì vậy
lượng Mn trong gang trắng thường cao (từ 2 đến 2,5%).

2.4.4. Phốt pho (P):
Là nguyên tố có hại trong gang, nó làm giảm độ bền, tăng độ giòn của gang.
Tuy nhiên P lại làm tăng tính chảy lỗng của gang khi đúc.

2.4.5. Lưu huỳnh (S):
Là nguyên tố có hại trong gang, nó làm giảm tính đúc, giảm độ bền, làm cho
gang giịn. Do đó thành phần của S trong gang thường nhỏ hơn 0,15%.

2.5. Tổ chức tế vi, thành phần hóa học
2.5.1. Tổ chức tế vi:
Đặc điểm về tổ chức tế vi quan trọng nhất chi phối các đặc điểm khác là phần

lớn hay toàn bộ các bon trong các gang chế tạo máy ở dạng tự do hay Graphit (rất ít
hoặc khơng có các bon ở dạng liên kết hay cacbít).
Tổ chức tế vi của gang được chia thành hai phần: phần phi kim loại là Graphit
hay cacbon tự do và phần còn lại là nền kim loại với các tổ chức khác nhau:
- Pherit: khi toàn bộ C ở trạng thái tự do.
- Pherit – Peclit: Khi phần lớn C ở trạng thái tự do và rất ít C ở dạng liên kết.
Các gang khác nhau chỉ là ở dạng của graphit.
+ Graphit có dạng tấm, phiến, lá: Là dạng tự nhiên khi đúc (gang xám).
+ Graphit có dạng quả cầu trịn: Phải qua biến tính đặc biệt (gang cầu).
+ Graphit có dạng cụm (tụ tập lại thành đám) qua phân hố từ Xêmentit ( gang
dẻo). Chính sự khác nhau của dạng Graphit mà gang có cơ tính và cơng dụng khác
nhau.

2.5.2. Thành phần hố học và cách chế tạo.
Để có được graphit và graphit với các dạng khác nhau. Mỗi loại gang phải
có những đặc điểm riêng về thành phần hoá học và cách chế tạo.
- Thành phần hoá học: Bản thân cacbon cũng là yếu tố thúc đẩy sự tạo thành
graphit. Trong số các nguyên tố trong gang, nguyên tố silic có ảnh hưởng mạnh nhất
đến sự tạo thành graphit. Lượng silic càng nhiều thì sự graphit hố càng mạnh,
cacbon liên kết (Xêmentit) càng ít hoặc thậm chí khơng có. Vì vậy về cơ bản người
ta coi gang là hợp kim của ba cấu tử Fe – C – Si.
14


Trong gang cũng cịn có các ngun tố khác thúc đẩy tạo thành cacbit (cịn gọi
là gây hố trắng gang) hay chống lại graphit hố. Chúng được đưa vào có chủ định
hoặc chúng là các tạp chất.
Bảng 2-1. Thành phần hoá học của gang
Loại Gang

C

Si

Mn

S

P

Trắng

3,3 – 3,6

0,4 – 1,2

0,25 – 0,8

0,06 – 0,20

0,05 – 0,20

Xám

3,0 – 3,7

1,2 – 2,5

0,25 – 1,00

< 0,12

0,05 – 1,00

Cầu

3,0 – 4,0

1,8 – 3,0

0,10 – 0,80

< 0,03

< 0,01

Dẻo

2,0 – 2,6

1,0 – 1,6

0,20 – 1,00

0,04 – 0,20

< 0,20

- Tốc độ nguội khi đúc và cách chế tạo.
Yếu tố ảnh hưởng đến graphit hoá là tốc độ nguội khi đúc. Làm nguội chậm sẽ

thúc đẩy tạo thành graphit, làm nguội nhanh thúc đẩy tạo thành cacbit (tạo ra gang
trắng hoặc gây biến trắng).
Như vậy lượng Si và tốc độ nguội ảnh hưởng lớn đến sự tạo thành graphit, còn
các dạng graphit khác nhau được tạo thành bằng các phương pháp khác nhau. Gang
xám với graphit tấm được hình thành dễ dàng và đơn giản nhất bằng đúc thông
thường. Gang cầu với graphit cầu được hình thành từ biến tính đặc biệt gang lỏng
thơng dụng (gang xám)…

3. CÁC LOẠI GANG.
3.1. Gang trắng.
3.1.1. Thành phần và tổ chức C.
a. Thành phần:

C = (3,3 ÷ 3,6) %
Si = (0,4 ÷ 1,2 )%
Mn= (0,25 ÷ 0,8)%
S = (0,06 ÷ 0,2)%
P = (0,05 ÷ 0,1) %

b.Tổ chức C: Tồn tại ở dạng Fe3C pha này chiếm tỷ lệ rất lớn (50% trong tổ
chức của gang)

3.1.2. Tính chất.
a. Lý tính:
Trên bề mặt gãy của gang có màu sáng trắng do Cacbon ở dạng hợp chất hóa
học Fe3C do đó gọi là gang trắng

b. Cơ tính:

15

Do Cacbon ở dạng Fe3C nên gang rất cứng (650÷700)HB và giịn. Do đó
khơng thể gia cơng cắt gọt, khơng thể dùng gang trắng để làm các chi tiết máy có độ
chính xác cao.
+ Độ dẻo, độ bền thấp.
+ Có khả năng chịu mài mịn tốt.

c. Tính kinh tế.
Phương pháp chế tạo gang trắng đơn giản, giá thành rẻ.

3.1.3. Công dụng.
- Do gang trắng rất cứng và có tính chống mài mòn tốt nên được dùng làm các
chi tiết yêu cầu độ cứng cao ở bề mặt làm việc trong điều kiện chịu mài mòn như: bi
nghiền, bề mặt trục cán, mép lưỡi cày, bề mặt vành bánh xe lửa…
- Cần chú ý là khơng làm tồn bộ chi tiết bằng gang trắng, vì như vậy dễ bị
gãy, vỡ, nên chỉ tạo cho lớp bề mặt là gang trắng còn lõi vẫn là gang Graphit. Muốn
bề mặt bị biến trắng, người ta làm nguội nhanh bề mặt vật đúc.
- Phần lớn gang trắng được dùng để sản xuất thép, một phần được dùng để ủ
thành gang dẻo.

3.2. Gang xám.
3.2.1.Thành phần và tổ chức C.
a. Thành phần.
C = (3 ÷ 3,7)%
Si = (1,2 ÷ 2,5 )%
Mn = (0,25÷1,0)%
S < 0,12%
P = (0,05÷ 1,0) %

b. Tổ chức tế vi.
Gang xám là loại gang mà phần lớn Cacbon ở dạng tự do (gọi là Graphit).
Graphit trong gang xám có dạng tấm (hay phiến) cong tự nhiên. Do graphit có màu
xám nên mặt gãy của gang có màu xám.

c. Phân loại.
Tùy theo mức độ tạo thành Graphit mạnh hay yếu, gang xám được chia ra các
tổ chức sau :
- Gang xám Ferit: Có mức độ tạo thành Graphit mạnh nhất, tất cả Cacbon đều
ở dạng tự do, khơng có xementit, chỉ có 2 pha: Graphit và nền kim loại là Ferit.
- Gang xám Ferit - Peclit: Có mức độ tạo thành Graphit mạnh, lượng Cacbon
liên kết (Fe3C) chỉ khoảng 0,1 ÷ 0,6% tạo ra nền kim loại Ferit – Peclit.
- Gang xám Peclit: Có mức độ tạo thành Graphit bình thường, lượng Fe3C
khoảng 0,6 ÷ 0,8 % tạo nên nền kim loại Peclit.

3.2.2. Tính chất
16


a. Lý tính.
- Dẫn điện, dẫn nhiệt kém hơn so với thép.
- Nhiệt độ nóng chảy thấp.

b. Cơ tính.
- Do Graphit có độ cứng, độ bền thấp hơn Xementit nên gang xám có độ cứng,
độ bền thấp hơn gang trắng nhiều (150 ÷ 250) HB; (150 ÷ 400) N/mm2
- Độ dẻo, độ bền thấp hơn thép.
- Không chịu nhiệt, biến dạng và va đập.

c. Tính cơng nghệ.

- Có tính cắt gọt cao, cho phoi vụn.
- Tính đúc tốt hơn thép.
- Có khả năng khử cộng hưởng và tự bơi trơn tốt (hệ số ma sát nhỏ).

d. Tính kinh tế. Chế tạo gang xám đơn giản hơn so với thép.
3.2.3. Phạm vi sử dụng.
Dùng để chế tạo các sản phẩm đúc có đặc điểm: Kích thước sản phẩm lớn, kết
cấu phức tạp, các chi tiết không chịu va đập khi làm việc mà chịu nén là chủ yếu, các
chi tiết cần giảm rung động khi làm việc và có khả năng tự bôi trơn. VD: Thân, bệ
máy, các ổ trượt, bánh răng chịu tải trọng nhỏ.

3.2.4. Ký hiệu.
- Theo tiêu chuẩn Nga: Gang xám được ký hiệu bằng hai chữ CЧ : Với 2 số
chỉ giới hạn bền kéo và giới hạn bền uốn, đơn vị l kG/mm2
VD : CЧ 24-44 là gang xám có giới hạn bền kéo σk = 24 kG/mm2 (240N/mm2);
Giới hạn bền uốn σu = 44 kG/mm2 (440N/mm2)
- Thường dùng các loại gang xám CЧ 12-28 ; CЧ 15-32; CЧ 21-40; CЧ 24-44
- Theo tiêu chuẩn Việt Nam: gang xám được ký hiệu bằng hai chữ GX và 2
số giống tiếp theo giống như ký hiệu của Nga.

Bảng 2-2. Cơ tính của gang xám (Theo TCVN 1659 - 75)
Số hiệu
gang

Giới hạn
bền kéo
(kG/mm2)

Độ giãn dài
(δ%)

Giới hạn

Giới hạn

Độ

bền uốn

bền nén

cứng

(kG/ mm2)

(kG/mm2)

HB

GX 12 - 28

12

0,5

28

50

143 - 259

GX 18 - 36

18

0,5

36

70

170 - 229

GX 28 - 48

28

0,5

48

100

170 - 241

GX 35 - 56

35

0,5

56

110

197 - 269

GX 38 - 60

38

0,5

60

110

270 - 269
17


3.3. Gang dẻo.
3.3.1. Thành phần và tổ chức C.
a. Thành phần:

C = (2,0 ÷ 2,6)%;
Si = (1,0 ÷ 1,6)%;
Mn = (0,2 ÷ 1,0)%;
S < 0,03%;
P = 0,2 %

b. Tổ chức tế vi: ở dạng cụm bông.
c. Chế tạo: Ủ gang trắng thành gang dẻo.
Gang lỏng

Đúc

Gang trắng

Nguội nhanh

Ủ

Gang trắng Fe3C

to=(860÷ 900)0 C

Gang dẻo

3.3.2. Tính chất.
Do Graphit tập trung đều, gọn hơn nên gang
dẻo có độ dẻo cao và bền hơn gang xám (σk = 300 ÷
600N/mm2; δ= 5 ÷ 10%)

3.3.3. Phạm vi sử dụng.
Gang dẻo có cơ tính tổng hợp tốt hơn gang xám
nhưng đắt do quá trình nấu luyện chế tạo lâu, tốn
nhiệt và thời gian ủ nên gang dẻo chủ yếu được dùng
làm chi tiết máy, đồng thời thỏa mãn các yêu cầu
sau:

Hình 2-2. Gang dẻo

- Hình dạng phức tạp.
- Tiết diện (thành) mỏng.
- Chịu va đập.

3.3.4. Ký hiệu.
- Theo tiêu chuẩn Nga: Gang dẻo được ký hiệu bằng hai chữ KЧ tiếp theo là
hai số cách nhau bằng gạch nối, mỗi số gồm hai chữ số. Số thứ nhất biểu hiện giá trị
bền kéo giới hạn σk (kG/mm2), số thứ hai biểu thị giá trị độ dãn dài tương đối δ (%).
Các loại gang dẻo thường dùng: KЧ 30-06, KЧ 33-08, KЧ 37-12, KЧ 45-12, KЧ 5604
- Theo tiêu chuẩn Việt Nam: Gang dẻo được ký hiệu bằng hai chữ GZ và 2 số
giống tiêu chuẩn Nga. Ví dụ GZ 33 - 08 gang dẻo có độ bền kéo giới hạn σk = 33
kG/mm2 và độ dãn dài tương đối là δ = 0,8% .

Bảng 2-3. Cơ tính của gang dẻo (Theo TCVN 1661 - 75)
Số hiệu gang

Giới hạn bền kéo Độ giãn dài (δ%)
(KG/mm2)

Độ cứng
HB
18


GZ 30 - 06
GZ 33 - 08
GZ 35 - 10

GZ 37 - 12
GZ 45 - 06
GZ 50 - 04

30
33
35
37
45
50

6
8
10
12
6
4

163
163
163
163
241
264

3.4. Gang cầu.
3.4.1 Thành phần và tổ chức C.
a. Thành phần:
C = (3,0 ÷ 4,0%);
Si = (1,8 ÷ 3,0)% ;

Mn = (0,10 ÷ 0,8)%;
S < 0,03% ;
P < 0,2% ;

b. Tổ chức tế vi: Graphit thu nhỏ, hình cầu do có chất biến tính Mg hoặc Ce
(Xeri)

Hình 2-3. Gang cầu
c. Chế tạo gang cầu:
Gang lỏng

(0,05 -1)% Mg hoặc Ce (Xêri)

Gang cầu.

3.4.2.Tính chất.
- Có độ dẻo dai và cấu trúc bền chặt vì nền kim loại ít bị chia cắt (Graphit hình
cầu dạng thu gọn nhất).
- Có cơ tính tổng hợp cao gần như thép.
- Gang cầu vừa có tính chất của gang, vừa có tính chất của thép.
- Các chi tiết máy làm bằng gang cầu có thể làm việc và bền vững ở nhiệt độ
400 C.
o

3.4.3. Phạm vi sử dụng.
Để chế tạo các chi tiết máy quan trọng thay cho thép như trục cán, thân tuốc bin, trục khuỷu và các chi tiết quan trọng khác.
19


3.4.4 Ký hiệu.

- Theo tiêu chuẩn Nga: Gang cầu được ký hiệu bằng hai chữ BЧ tiếp theo là
hai số cách nhau bằng gạch nối, mỗi số gồm hai chữ số. Số thứ nhất biểu hiện giá trị
bền kéo giới hạn σk (kG/mm2), số thứ hai biểu thị giá trị độ dãn dài tương đối δ (%).
Ví dụ BЧ 38-17 là gang cầu có σk = 380N/mm2, δ = 17%
- Theo tiêu chuẩn Việt Nam: Gang cầu được ký hiệu bằng hai chữ GC và 2 số
tương ứng như tiêu chuẩn Nga
- Các loại gang cầu thường dùng BЧ 38-17; BЧ 42-12

Bảng 2-4. Cơ tính của gang cầu (Theo TCVN 1660 - 75)
Số hiệu
gang

Giới hạn

Giới hạn

quy ước khi Độ giãn dài
bền kéo
(δ%)
kéo
(KG/mm2) (KG/mm2)

Độ dai va
đập
(KJ/m2)

Độ cứng
HB

GC 45 - 00

45

36

---

---

187 - 255

GC 50 - 1,5

50

38

1,5

150

187 - 255

GC 60 - 02

60

42

2

150

197 - 269

GC 45 - 05

45

33

5

200

170 - 207

GC 40 - 10

40

30

10

300

156 - 197

Câu hỏi ơn tập chương 2

Câu 1: Trình bày thành phần hóa học, tính chất, kí hiệu theo tiêu chuẩn Việt Nam và
công dụng của gang trắng, gang xám và gang dẻo.
Câu 2: Kẻ bảng và liệt kê thành phần hóa học của gang trắng, xám, cầu và gang dẻo.
Câu 3: Cho biết các điểm tới hạn trên giản đồ trạng thái Fe-C.
Câu 4: Giải thích các ký hiệu sau: GX 12 - 28; GC 40 - 10; GZ 37 – 12; GZ 45 – 6.
Câu 5: Cho biết phân loại hợp kim Fe - C theo giản đồ trạng thái.
Câu 6: Giải thích các ký hiệu sau: CЧ 15-32; GX 18 – 36; KЧ 37-12; BЧ 42-12.

20


CHƯƠNG 3: THÉP
1. THÉP CÁC BON.
1.1. Khái niệm và phân loại.
1.1.1. Khái niệm:
Thép là hợp chất của sắt và cacbon có hàm lượng C < 2,14%, ngồi ra cịn có
các nguyên tố khác Si < 0,5%, P < 0,05%, S < 0,05%.

1.1.2. Phân loại: Hiện nay người ta có nhiều cách phân loại thép cácbon.
a. Theo mức độ sạch tạp chất từ thấp đến cao.
- Thép C chất lượng thường: Lượng P, S chỉ khử được đến 0,05 % cho mỗi
nguyên tố.
- Thép C chất lượng tốt: Lượng P, S được khử đến 0,04% cho mỗi nguyên
tố và thép được luyện bằng lò điện quang.
- Thép C chất lượng cao: Lượng P, S được khử đến 0,03% cho mỗi nguyên tố
và thép được luyện bằng lò điện quang với các biện pháp kỹ thuật bổ xung.
- Thép C chất lượng rất cao: P, S được khử đến 0,02% cho mỗi nguyên tố và
thép được luyện bằng lò điện quang tiếp tục được tinh luyện để khử tạp chất.

b. Theo phương pháp khử oxi.

- Thép sôi.
Là loại không khử được ôxi triệt để. Q trình khử khí CO bay lên, mặt thép
lỏng chuyển động như thể bị sôi nên gọi là thép sơi. Loại này vẫn cịn các bọt rỗ khí
trong thỏi đúc.
- Thép lặng.
Là loại khử ô xi triệt để. Q trình khử mặt thép lỏng ln phẳng nặng nên có
tên gọi là thép lặng. Thép lặng trong tổ chức khơng có rỗ khí nên có cơ tính cao hơn
thép sơi.

c. Theo cơng dụng.
- Nhóm thép cacbon kết cấu: Trong nhóm này lại chia ra làm hai loại:
+ Thép xây dựng: Chủ yếu dùng làm kết cấu trong xây dựng nhà cửa, cầu cống.
Loại này địi hỏi cơ tính tổng hợp, song khơng cao và cần có độ dẻo để dễ uốn.
+ Thép chế tạo máy: Loại này đòi hỏi cơ tính tổng hợp ở mức độ cao hơn, đặc
biệt là độ bền phải cao trong khi vẫn đảm bảo độ dẻo, độ dai. Trong nhóm thép này
người ta lại chia ra các loại:
- Nhóm thép chế tạo máy: Trong nhóm này lại có các loại:
+ Nhóm yêu cầu cao về độ dẻo, độ dai: Trong nhóm này thành phần cacbon
thấp (C = 0,1 – 0,25%). Muốn có độ cứng bề mặt cao phải qua nhiệt luyện thấm
cacbon.
21


+ Nhóm yêu cầu cao về giới hạn chảy và độ dai: Thành phần cacbon của nhóm
này loại trung bình (C=0,3 – 0,5%). Muốn có độ cứng bề mặt cao phải qua tơi bề
mặt.
+ Nhóm u cầu cao về giới hạn đàn hồi: Nhóm này có thành phần cacbon
tương đối cao (C= 0,55 – 0,65%).
- Nhóm thép cacbon dụng cụ: Là loại chỉ chuyên dùng làm công cụ nên cần có
u cầu chủ yếu là cứng và chống mài mịn.

Trong công nghệ chế tạo máy, khoảng 80% khối lượng là thép cácbon kết cấu.

1.2. Tính chất chung của thép cacbon.
1.2.1. Ưu điểm.
a. Tính cơng nghệ.
Các loại thép cacbon hầu hết đều có tính cơng nghệ tốt (trừ tính đúc là kém) đó
là có tính cắt gọt cao, tính rèn, hàn tốt và có khả năng nhiệt luyện cao để thay đổi cơ
tính.

b. Tính chất cơ học.
- Có cơ tính tổng hợp tương đối tốt phù hợp với các điều kiện thông dụng.
- Rẻ, dễ kiếm, không phải dùng các nguyên tố hợp kim đắt tiền.

1.2.2. Nhược điểm.
- Độ thấm tôi thấp nên hiệu quả hố bền bằng nhiệt luyện (tơi, ram) khơng cao,
do đó ảnh hưởng xấu đến độ bền.
- Tính chịu nhiệt độ cao kém: Khi bị nung nóng độ bền của thép bị giảm nhanh,
bị ơ xi hố mạnh ở nhiệt độ cao.
- Khả năng chịu mòn kém (loại thép cacbon thông dụng), dễ bị han gỉ do tính
chịu axít, ăn mịn kém.

1.3. Thép Cacbon kết cấu chất lượng thường.
1.3.1. Phân loại và ký hiệu.
a. Phân loại.
Người ta chia thành ba nhóm:
+ Nhóm A là nhóm thép đáp ứng u cầu về cơ tính.
+ Nhóm B là nhóm thép khơng quy định cơ tính mà chỉ quy định thành phần
hố học.
+ Nhóm C là nhóm thép đáp ứng cả cơ tính và thành phần hóa học.

b. Ký hiệu.
- Theo TCVN 1765 – 75: Quy định kí hiệu thép cacbon chất lượng thường
bằng hai chữ cái CT kèm theo hai con số chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu σk(kG/mm2)
hoặc Mpa. (1kG/ mm2 = 9,81.106 Pa = 9,81MPa ≈ 10 Mpa)

22


Đằng sau chữ số nếu có chữ s biểu thị cho thép sôi, chữ n biểu thị cho thép nửa
lắng, khơng có chữ biểu thị cho thép lắng .
+ Nhóm A: Có 7 mác thép từ CT 31 đến CT 61.
Ví dụ có mác thép CT 38s có nghĩa: CT chỉ thép cacbon chất lượng thường,
nhóm A có giới hạn bền kéo

σk = 38 kG/mm2 và đây là thép sôi.

Bảng 3-1. Thép các bon chất lượng thường nhóm A theo TCVN 1765-75
Số hiệu thép

бB ( N/mm2 )

б0,2 ( N/ mm2 )

d [%]

CT31

>310

-

20

CT33

320 ÷ 420

-

31

CT34

340 ÷ 440

200

29

CT38

380 ÷ 490

210

23

CT42

420 ÷ 540

240

21

CT51

500 ÷ 640

250

17

CT61

600

300

12

+ Nhóm B: Phía trước chữ CT có thêm chữ B có các mác từ BCT 31 đến BCT
61. Số 31…61 không phải chỉ giới hạn bền kéo
các mác thép phải tra bảng.

σk. Muốn biết thành phần hoá học

Bảng 3-2. Thép các bon chất lượng thường nhóm B theo TCVN 1765-75
Số hiệu

BCT31

Thành phần %

Si % trong thép

C

Mn

Sôi

0,23

-

-

Nửa lắng

%S

Lắng

%P

Không quá
0,06

0,07

0,05

0,04

BCT33

0.06 ÷ 0.12 0,25 ÷ 0,50

0,5

0,05 ÷ 0,17 0,12 ÷ 0,30

BCT34

0.04 ÷ 0.15 0,25 ÷ 0,50

0.5

0,05 ÷ 0,17

nt

nt

nt

BCT38

0,14 ÷ 0.22 0,30 ÷ 0,65 0,07

nt

nt

nt

nt

BCT42

0,18 ÷ 0,27 0,40 ÷ 0,70 0,07

nt

nt

nt

nt

BCT51

0,28 ÷ 0,37 0,50 ÷ 0,80

-

nt

0,15 ÷ 0,35

nt

nt

BCT61

0,38 ÷ 0,49 0,50 ÷ 0,80

-

nt

nt

nt

nt

+ Nhóm C: Phía trước chữ CT có chữ C tức là CCT kèm theo hai con số. Cơ
tính và thành phần hoá học tuân theo các mác tương ứng của phân nhóm A, B. Ví dụ
mác CCT 38 có cơ tính như CT 38, cịn thành phần hố học thì như BCT 38.
- Theo tiêu chuẩn của Nga (ΓOCT 380). Thép cacbon chất lượng thường ký
hiệu bằng hai chữ cái CT kèm theo con số từ 0 - 6 chỉ cấp độ bền. Số càng to độ bền
càng cao. Ví dụ CT1 có độ bền uốn là 40 kG/mm2 , CT3 có độ bền uốn là 47
kG/mm2 . Như vậy độ bền uốn tăng theo tỷ số từ 0 - 6, độ dẻo thì ngược lại.
23


Tiêu chuẩn này cũng phân làm 3 phân nhóm là A, Б, B tương ứng với các phân

nhóm A, B, C của TCVN.
- Nhóm A: Có các mác thép CT0 -… CT6
- Nhóm Б: Có các mác thép MCT0 …MCT7 hoặc KCT0 -….KCT7
Các chữ M, Б, K là chỉ cách chế tạo thép: M là thép lò máctanh, Б là thép lị
becxơ, K là thép lị điện.
- Nhóm B: Có các mác thép BMCT2 - BMCT5; BKCT2 - BKCT5 ý nghĩa
của các chữ cái như nhóm Б.
Trong các ký hiệu trên chữ số càng lớn thì lượng cacbon trong thép càng nhiều,
thép càng cứng và bền nhưng độ dẻo và dai thì giảm đi.
Bảng 3-3. Thành phần hóa học và cơ tính thép C chất lượng thường
theo ΓOCT 380
Thành phần hóa học

Ký
hiệu
thép

Cơ tính
S

C

CT0

0,23

CT1
CT2
CT3
CT4

CT5
CT6

0,07 - 0,13
0,09 - 0,15
0,14 - 0,22
0,18 - 0,27
0,28 - 0,37
0,38 - 0,50

Mn

0,35 - 0,50
0,35 - 0,50
0,40 - 0,65
0,40 - 0,70
0,50 - 0,80
0,50 - 0,80

Si

0,12 - 0,30
0,12 - 0,30
0,17 - 0,35
0,17 - 0,35

P

Không quá
0,006

0,007

0,055
0,055
0,055
0,055
0,055
0,055

0,050
0,050
0,050
0,050
0,050
0,050

B NM/m 2
Không nhỏ
hơn 320
320 - 700
340 - 420
410 - 430
450 - 480
540 - 570
640 - 670

δ%
khơng
kém hơn

18
28
26
22
20
16
12

- Theo Tiêu chuẩn Hoa kì (ASTM): Với nhiều tiêu chuẩn khác nhau: 283,
284, 328 với đặc điểm chung là chúng đều được quy định cả về cơ tính và thành
phần hố học và chúng cũng được chia theo ba cấp A, B, C theo thứ tự độ bền tăng
dần.
- Theo tiêu chuẩn của Nhật (JSG 3101): Thép cacbon có chất lượng thường
được kí hiệu bằng chữ SS hay SM với số tiếp theo chỉ giới hạn bền kéo tối thiểu
(Mpa). Có các mác thép chỉ được đảm bảo cơ tính như phân nhóm A - TCVN. JSG
3106 có các mác thép chuyên để hàn đảm bảo cả cơ tính lẫn thành phần hố học như
nhóm C – TCVN.

c. Công dụng:
Thép cacbon được dùng nhiều trong xây dựng để làm tấm đan, cốt bê tông, làm
cầu và các cơng trình khác. Thường được dùng ở dạng đã qua cán nóng thành hình
như : dây, thanh, tấm, chữ U , I , L ...
Thép nhóm A vì khơng qui định thành phần nên khơng dùng gia cơng nóng.
Các loại thép nhóm B và C được dùng để sản xuất các chi tiết có qua nhiệt luyện
hoặc để hàn. Ví dụ làm các loại bu lông, chốt, trục chịu tải trọng nhỏ.
Bảng 3-4. Phạm vi sử dụng của thép cacbon chất lượng thường .
24


Mác

thép

Đặc điểm và phạm vi sử dụng

CT31 Chế tạo các kết cấu hàn xây dựng .
CT33

Chế tạo các kết cấu chịu trọng tải nhỏ, có tính hàn tốt .

Chế tạo các kết cấu kim loại có liên kết dầm, các trục với trạng thái chịu
CT34 ứng suất không lớn . Có tính hàn tốt .
Chế tạo các kết cấu kim loại như trục, tay gạt, dầm và các chi tiết khác
CT38 mà u cầu có độ bền khơng cao, tính hàn thỏa mãn yêu cầu
CT42 Chế tạo các kết cấu kim loại yêu cầu có độ cứng bề mặt cao .
Chế tạo các trục bánh răng, ổ trục và các chi tiết khác khi cần nâng cao độ
CT51 bền làm việc .
CT61 Chế tạo các trục, nối trục, tấm chịu ma sát và các yêu cầu có độ bền cao .

1.4. Thép các bon kết cấu chất lượng tốt.
1.4.1. Đặc điểm:
Thép cacbon kết cấu chất lượng tốt có cơ tính cao hơn thép cacbon kết cấu
chất lượng thường vì nó chứa ít tạp chất, lượng P,S < 0,04%. và thường được
luyện trong lị Mactanh hoặc lị điện.

1.4.2. Kí hiệu.
- Theo TCVN 1766 – 75: Thép cacbon chất lượng tốt được kí hiệu bằng chữ C
và hai con số chỉ phần vạn lượng cacbon trong bình có trong thép. Ví dụ mác C 40 có
nghĩa: C chỉ thép cacbon chất lượng tốt, 40 chỉ lượng cacbon khoảng 0,4%.
- Theo tiêu chuẩn của Nga (ΓCOT): Dùng hai con số chỉ phần vạn lượng
cacbon trong bình có trong thép. Ví dụ ký hiệu thép là 30, 35, 40, 45… ý nghĩa là

thép cacbon kết cấu loại tốt trong đó lượng C là 0,3, 0,35%...
- Theo tiêu chuẩn của Nhật: Kí hiệu thép cacbon chất lượng tốt bằng hai chữ
SxxC. Trong đó xx là chỉ lượng cacbon trung bình theo phần vạn.

1. 4.3. Cơng dụng.
Thép cacbon kết cấu loại tốt được sử dụng nhiều trong chế tạo máy. Các loại
thép C10, C15, C20 là loại có tính cơng nghệ tốt: Dễ tiện , rèn, hàn, dập. Các loại
này thường làm dùng bulông, đai ốc, ống, các tấm thép hàn.
Các loại thép C40, C45 được sử dụng để làm thanh truyền động cơ ôtô, các
loại trục truyền lực. Người ta thường tôi và ram để tăng độ cứng bề mặt và khả năng
chịu mòn. Các loại thép C55 - C70 là thép có chứa nhiều cacbon thường được sử
dụng làm trục cán, các loại lò xo…

1.5. Thép cacbon dụng cụ.
1.5.1. Khái niệm:
25


Thép Cacbon dụng cụ là loại thép dùng để chế tạo dụng cụ cắt, dụng cụ đo
kiểm, vì vậy thép này có lượng C = (0,7 ÷ 1,6)%

1.5.2. u cầu với thép các bon dụng cụ.
- Phải có độ cứng cao, khoảng (60 ÷ 65) HRC.
- Phải có tính chống mài mịn tốt.
- Tính cứng nóng cao.
- Có độ bền cao, chịu được va đập.
- Tính truyền nhiệt tốt.
- Tính cơng nghệ tốt, dễ gia cơng, dễ mài sửa, tính nhiệt luyện cao.

1.5.3. Công dụng:

Dùng để chế tạo các dụng cụ cắt với tốc độ cắt thấp và trung bình như Dũa, Ta
rô, bàn ren, đục nguội và các loại dụng cụ cắt dập. Ngồi ra cịn làm dụng cụ đo
kiểm yêu cầu độ chính xác cao.

1.5.4. Ký hiệu.
- Theo tiêu chuẩn Nga (ΓCOT): Thép các bon dụng cụ được ký hiệu bằng chữ
Y kèm theo con số chỉ lượng C tính theo phần nghìn. Nếu có thêm chữ A ở cuối ký
hiệu là chỉ thép có chất lượng tốt
VD : Y8 là thép các bon dụng có hàm lượng C = 0,8%
Y12A là thép các bon dụng có hàm lượng C = 1,2% và là thép chất lượng tốt.
- Thường dùng các ký hiệu Y7, Y8, Y9, Y10, Y11, Y12 …
- Theo tiêu chuẩn Việt Nam: Thép các bon dụng cụ được ký hiệu bằng hai chữ
CD tiếp theo là con số chỉ lượng C tính theo phần vạn, thêm chữ A chỉ chất lượng
tốt
VD : CD80 tương đương với Y8, CD 120A tương đương với Y12A

2. THÉP HỢP KIM.
2.1. Khái niệm:
Thép hợp kim là thép cacbon được tinh luyện cẩn thận để loại bỏ tối đa những
nguyên tố có hại như : P , S, ơxy, nitơ, hyđrơ . Đồng thời bổ sung vào một hay nhiều
nguyên tố hợp kim với hàm lượng nhất định để nâng cao cơ tính và các tính chất
khác theo mong muốn như : Cr , Mn , Ni, Si , Mo, V , Ti, Co , Cu , Al , W.

2.2. Các tính chất của thép hợp kim.
- Về cơ tính: Do có tính thấm tơi cao nên thép hợp kim có độ bền cao, có khả
năng chịu mỏi.
- Về tính cơng nghệ: Thép hợp kim có tính cơng nghệ tốt. Có khả năng cắt gọt,
rèn, nhiệt luyện…
- Tính chịu ăn mịn hóa học: Thép có khả năng chịu ăn mịn trong axit, bazơ,
muối. Một số loại khác có khả năng chổng gỉ tốt.

26


- Tính chịu nhiệt cao: Do có các ngun tố hợp kim cản trở sự khuếch tán của
cacbon nên thép hợp kim có khả năng chịu nhiệt độ cao hơn 2000C mà cơ tính của
thép ít bị thay đổi. Tuy vậy thép hợp kim có nhược điểm tính dẻo dai kém.

2.3. Thành phần hoá học:
Khác với thép cacbon, trong thép hợp kim người ta cố ý đưa thêm vào các
nguyên tố có lợi với lượng đủ lớn để làm thay đổi tổ chức và cải thiện tính chất cơ,
lý, hố của vật liệu. Các nguyên tố có lợi đưa vào với lượng đủ lớn như vậy được gọi
là nguyên tố hợp kim. Sau đây là một số nguyên tố thông thường trong các mác thép
hợp kim: Mn ≥ 0,80÷1,00 % ; Si ≥ 0,50÷0,80 % ; Cr ≥ 0,50÷0,80 %; Ni ≥ 0,50÷0,80
% ; W ≥ 0,10÷0,50 % ; Mo ≥ 0,05÷0,20 % Ti ≥ 0,10 %; Cu ≥ 0,30 % ; B ≥ 0,0005
%.
Cần chú ý rằng hàm lượng các nguyên tố nhỏ hơn giới hạn trên thì được coi là
tạp chất.

2.4. Phân loại thép hợp kim:
Thép hợp kim có nhiều cách phân loại khác nhau. Sau đây là một số cách phân
loại chính.

2.4.1. Theo nguyên tố hợp kim:
Người ta dựa vào tên nguyên tố hợp kim chính để đưa vào sử dụng. Ví dụ thép
chỉ có một ngun tố hợp kim chính Cr, Mn lần lượt được gọi là thép Crom, thép
Mangan. Thép có hai hay nhiều nguyên tố hợp kim như Cr – Ni, Cr – Ni – Mo lần
lượt được gọi là thép Crôm – Ni ken và thép Crôm – Niken – Molipden.

2.4.2. Theo công dụng:
Người ta chia thép hợp kim thành ba nhóm:

- Thép hợp kim kết cấu.
- Thép hợp kim dụng cụ.
- Thép hợp kim đặc biệt.
Trong đó hai nhóm đầu cũng giống như thép cacbon. Nhóm thứ ba với tính
chất vật lý – hoá học đặc biệt thường chứa tổng lượng hợp kim cao hoặc rất cao, vì
vậy nó có các tính chất đặc biệt.

2.5. Các loại thép hợp kim.
2.5.1. Thép hợp kim kết cấu.
a. Đặc điểm:
Là các loại thép được dùng nhiều trong các chi tiết máy vì nó có nhiều ưu điểm
về cơ tính như độ bền, cứng, độ chịu mịn, khả năng chịu nhiệt tốt, có tính thấm tơi
tốt.

b. Ký hiệu.
- Theo TCVN 1759 -75:

27