Khi thêm số lượng và hàm lượng các nguyên tố hợp kim vào thép dụng cụ cacbon sẽ được thép hợp kim dụng cụ. So sánh với thép dụng cụ cacbon, thép dụng cụ hợp kim có độ cứng và khả năng chống mài mòn cao hơn, đồng thời tính cứng nóng và ổn định khi ram cao hơn.

1. Thép dụng cụ cắt hợp kim thấp tôi trong dầu

Thép dụng cụ cắt hợp kim thấp là loại thép có số lượng nhỏ các nguyên tố nhỏ hợp kim được thêm vào trong thép dụng cụ cacbon. Thành phần W trong khoảng 0.75%~1.5% để đảm bảo khả năng tôi cứng và hình thành cacbit hợp kim. Trong số chúng, chức năng chính của Si, Mn và Cr là tăng khả năng hóa bền (cứng) của thép.

Để tăng độ bền của thép, Ti và V hình thành cacbit, làm nhỏ hạt và tăng độ cứng, khả năng chống mài mòn và bền nhiệt của thép. Do đó, khả năng hóa bền của thép hợp kim thấp cao hơn thép cacbon dụng cụ.

Nứt vỡ và thay đổi kích thước có xu hướng giảm. Tuy nhiên bởi vì số lượng nguyên tố hợp kim được thêm vào nhỏ, do đó khả năng làm việc của thép không quá 300°C.

2. Thép dụng cụ cắt tôi dầu

Dụng cụ cắt được chế tạo từ thép dụng cụ hợp kim cao có tốc độ cắt cao hơn thép dụng cụ, do đó gọi là thép cắt tốc độ cao. Nó có đặc điểm là độ cứng bền đến 600°C, và có thể giữ được góc cắt trong thời gian dài, trong quá trình cắt. Cấu trúc mactenxit có thể  thu được khi tôi không khí.

Thép tốc độ cao chỉ thu được tính chất tuyệt vời khi tôi và ram đúng. Nhiệt độ nung tôi của các mác thép này rất cao, lên tới 1200~1300°C, với mục đích để cacbit có khả năng hòa tan vào nền austenit, do đó tăng độ ổn định độ cứng. Bởi vì hệ số dẫn nhiệt thấp, do đó thép phải được nung sơ bộ trong quá trình nung tôi như thể hiện ở hình 1.

Hình 1. Sơ đồ nung tôi của thép  W18Cr4V

Cấu trúc của thép cắt tốc độ cao sau khi tôi và ram với 25% austenity dư được thể hiện như hình 2.

Hình 2. Cấu trúc của thép   W1 8Cr4V khi tôi (400X)

Tìm đọc thêm: Thép gió

Share2

Tweet

Share

Khác với sắt có lịch sử hàng nghìn năm, nhôm mới có lịch sử khoảng trên dưới một thế kỷ nay, nhưng có tiền đồ hết sức to lớn vì trữ lượng của nó lớn (gần gấp 2 lần sắt), nhẹ (gần gấp 3 lần sắt), tương đối bền (hợp kim nhôm siêu bền có giới hạn bền không kém thép cacbon kết cấu) và tính chống ăn mòn cao (cao hơn sắt nhiều).

Đặc tính của nhôm

Khác với sắt, nhôm là kim loại không có chuyển biến thù hình, nó chỉ có một kiểu cấu trúc mạng tinh thể là lập phương diện tâm với thông số mạng a = 4,04 đường kính nguyên tử  2,86

Nhôm có các đặc tính sau đây:

Khối lượng riêng nhỏ (g = 2,7g/cm³) nên được dùng rộng rãi trong chế tạo máy bay.

Tính chống ăn mòn cao: Nhôm nguyên chất với độ sạch cao có tính chống ăn mòn hoá học và cả điện hoá rất cao, do có ái lực mạnh với oxi nên bề mặt của nó luôn luôn có lớp màng oxit Al₂O₃ mỏng và rất xít chặt, có tính bảo vệ cao. Độ sạch của nhôm càng thấp, tính chống ăn mòn của nó càng kém.

Tính dẫn nhiệt và dẫn điện cao: Độ dẫn điện của nhôm khá cao (r = 2,62.10^-6 W.cm) bằng 60% của đồng, lại cộng thêm với đặc tính nhẹ, nên với cùng trọng lượng như nhau, nhôm dẫn điện tốt hơn đồng. Trong kỹ thuật điện đã dùng khá nhiều dây dẫn điện bằng nhôm. Độ dẫn nhiệt của nhôm là 0,3426 cal/cm.s.⁰C cao hơn sắt và thép.

Nhiệt độ chảy thấp (660⁰C) có thể làm dễ dàng cho quá trình nấu luyện, song các hợp kim nhôm không làm việc được ở nhiệt độ cao. Ẩn nhiệt kết tinh và nóng chảy của nhôm lớn, do vậy các vật đúc nhôm nguội chậm ở trạng thái lỏng tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình biến tính tinh luyện. Tuy nhiên tính đúc của nó không cao do độ co ngót lớn (tới 6%).

Độ bền tương đối thấp: Nhôm với độ sạch cao sau khi cán và ủ có s_b = 60N/mm²; s_0,2 = 20N/mm², độ cứng 25HB tức là chỉ bằng 1/4 đến 1/6 của sắt, vì vậy hầu như không dùng nhôm nguyên chất làm các chi tiết máy. Trong máy móc thường dùng các hợp kim nhôm có độ bền cao hơn rõ rệt.

Tính dẻo cao: Nhôm nguyên chất rất dẻo, y = 85%, d = 40% cho nên rất dễ biến dạng ở trạng thái nguội và ở trạng thái nóng. Tính gia công cắt của nhôm thấp.

Giới thiệu về nhóm hợp kim nhôm

Nhờ độ bền cao hơn, trong chế tạo máy người ta dùng nhôm ở trạng thái hợp kim.

Theo công nghệ chế tạo người ta chia các hợp kim nhôm ra các loại: đúc, biến dạng và thiêu kết.

Hợp kim nhôm đúc và hợp kim nhôm biến dạng đều được chế tạo ra bằng cách nấu chảy. Căn cứ để phân biệt ranh giới giữa hai loại đó trong một hệ hợp kim đã cho là giản đồ trạng thái nhôm – nguyên tố hợp kim.

Hợp kim nhôm biến dạng là hợp kim nhôm có thành phần nguyên tố hợp kim nằm ở trong giới hạn của dung dịch rắn. Trong khoảng thành phần của hợp kim nhôm biến dạng lại được chia ra hai phân nhóm: hoá bền được bằng nhiệt luyện và không hoá bền được bằng nhiệt luyện.

Hợp kim nhôm đúc là hợp kim nhôm với thành phần nguyên tố hợp kim sao cho trong tổ chức của nó chứa chủ yếu là cùng tinh có tính đúc cao. Có nhận xét là, hợp kim nhôm đúc chứa lượng nguyên tố hợp kim cao hơn so với hợp kim nhôm biến dạng.

Hợp kim nhôm thiêu kết là loại hợp kim nhôm được chế tạo từ nguyên tố ban đầu là bột quá ép và thiêu kết.

Phân loại hợp kim nhôm

Các hợp kim có tên gọi chung, nhưng chúng có thể được xác định bằng cách sử dụng một số có bốn chữ số. Chữ số đầu tiên của số xác định lớp hoặc chuỗi hợp kim.

1xxx – Nhôm nguyên chất, hợp kim 1xxx được làm bằng nhôm tinh khiết 99% hoặc cao hơn.

2xxx – Phần tử hợp kim chính trong chuỗi 2xxx là đồng. Các hợp kim này mạnh và cứng, nhưng không chống ăn mòn như các hợp kim nhôm khác, vì vậy chúng thường được sơn hoặc phủ để sử dụng. Hợp kim máy bay phổ biến nhất là 2024.

3xxx – Nguyên tố hợp kim chính trong loạt bài này là mangan, thường là với một lượng magiê nhỏ hơn. Các hợp kim phổ biến nhất từ loạt bài này là 3003, được sử dụng để chế tạo dụng cụ nấu ăn. Hợp kim 3004 là một trong những hợp kim được sử dụng để sản xuất lon nhôm cho đồ uống.

4xxx – Silicon được thêm vào nhôm để tạo ra các hợp kim 4xxx. Điều này làm giảm điểm nóng chảy của kim loại mà không làm cho nó giòn. Phổ biến là hợp kim 4043.

5xxx – Nguyên tố hợp kim chính trong chuỗi 5xxx là magiê. Các hợp kim này mạnh mẽ, chống ăn mòn biển. Các hợp kim 5xxx được sử dụng để chế tạo bình chịu áp lực và bể chứa và cho các ứng dụng hàng hải khác nhau. Hợp kim 5182 được sử dụng để làm cho nắp lon nước giải khát bằng nhôm. Vì vậy, lon nhôm thực sự bao gồm ít nhất hai hợp kim!

6xxx – Silicon và magiê có mặt trong hợp kim 6xxx. Chống ăn mòn tốt và sức mạnh vừa phải. Các hợp kim phổ biến nhất trong loạt bài này là 6061, được sử dụng để làm khung xe tải và thuyền. Các sản phẩm đùn từ dòng 6xxx được sử dụng trong kiến trúc và để làm cho iPhone 6.

7xxx – Kẽm là nguyên tố hợp kim chính trong chuỗi bắt đầu với số 7. Hợp kim thu được có khả năng xử lý nhiệt và rất mạnh. Các hợp kim quan trọng là 7050 và 7075, cả hai đều được sử dụng để chế tạo máy bay.

Share0

Tweet

Share

Trước khi tìm hiểu các dạng ủ của thép, điều đầu tiên phải biệt là Ủ để làm mền thép. Ủ thép được định nghĩa là nâng nhiệt thép đến một nhiệt độ dự định, giữ nhiệt thép trong một khoảng thời gian đã cài đặt, và, cuối cùng, làm nguội chậm đến nhiệt độ phòng. Mục đích chính của ủ thép là nâng cao tính dẻo của kim loại và giảm độ cứng. Trong quá trình này, kim loại được nung lên nhiệt độ trên nhiệt độ kết tinh lại. Quá trình kết tinh lại khi ủ có tác dụng tăng bền cho thép. Có thể bạn sẽ có những câu hỏi như quá trình kết tinh lại là gì? Nhiệt độ của kết tinh lại ?…

Tính toán phân bố hạt và định hướng hạt với phần mền ImageJ và Origin 8

Thiết bị chúng ta có thể sử dụng để xác định độ cứng: 

1. Thí nghiệm đo độ cứng HV
2. Độ cứng Brinell
3. Độ cứng Rocwell
4. Mối quan hệ giữa độ cứng

Cho chuyển biến của thép và cấu trúc phát triển dựa trên:

1. TTT Diagram in Steel
2. Quá trình Ram thép
3. Khuyết tật trong quá trình nhiệt luyện thép

Nhiệt độ và thời gian ủ thép được xác định dựa trên thành phần, kích thước của chi tiết, công đoạn gia công cơ khí trước đó, và các nhân tố tương tự. Ủ làm mền thép bao gồm những chức năng đa dạng bên dưới đây:

• Giảm ứng suất của thép
• Nâng cao khả năng gia công cơ khí
• Lam mịn hạt của  cấu trúc hạt thô
• Nâng cao độ bền và dẻo dai

Thông thường, quá trình ủ thép  được chia ra theo giản đồ trạng thái. Ở đây chia ra làm ba dạng ủ chính theo vùng nhiệt độ cụ thể là:

1. Ủ hoàn toàn
2. Ủ bộ phận
3. Ủ dưới đường tới hạn

Ngoài nhiệt độ, thời gian cũng là nhân tố quan trọng hàng đầu. Đặc điểm cấu trúc đồng thời ảnh hưởng bởi nhiệt độ và thời gian. Ở dưới bài viết, chúng tôi đã lưu ý những phương pháp ủ sử dụng trong công nghiệp.

Quá trình ủ là gì?

Quá trình kết tinh lại là quá trình biến dạng lại các hạt, hình thành các hạt mới không có khuyết tật. Ngay sau khi quá trình ủ hoàn thành, những nguyên công như rèn nóng hoặc nguội thường được sử dụng để thay đổi đặc tính của vật liệu. Phân loại ủ như trong hình vẽ dưới đây:

Trong đó: Normalizing (thường hóa), full alealing (ủ hoàn toàn), spheraidizing (ủ peclit hạt).

Quá trình ủ đồng, thép được nâng nhiệt và làm nguội chậm. Đối với trường hợp của đồng và bạc, quá trình làm nguội được thực hiện với sự trợ giúp quá trình tôi. Cơ bản, dưới đây là ba bước bao gồm trong quá trình tôi:

1. Hồi phục
2. Kết tinh lại
3. Phát triển hạt

Như vậy, bước đầu tiên của quá trình là hồi phục, nội ứng suất và các khuyết tật kim loại được loại bỏ trong bước này. Quá trình hồi phục được thực hiện ở nhiệt độ thấp.

Bước tiếp theo là hồi phục tinh thể. Trong quá trình hồi phục tinh thể, các hạt ban đầu có khuyết tật được thay thể bằng hạt mới. Các hạt mới không có bất kì khuyết tật nao. Sau khi quá trình hồi phục tinh thể được hoàn thành, sự lớn lên của các hạt bắt đầu. Trong bước này, các hạt bắt đầu biến cứng và một phần tính chất của kim loại có thể bị mất đi trong quá trình này.

Quá trình ủ được thực hiện trong môi trường thích hợp. Hầu hết thời gian, quá trình ủ được thực hiện với sự hiện diện của hỗn hợp khí hấp thụ nhiệt. Hỗn hợp khí hấp thụ nhiệt gồm có các khí hidro, nito và cacbon oxit (CO). Thỉnh thoảng quá trình ủ được thực hiện với sự hiện diện của khí gas. Sự hình thành của khí ga không gì khác là hidro và nito.

Quá trình ủ được thực hiện bên trong lò lớn. Chi tiết ủ/phôi được nâng nhiệt bên trong lò, sau đó được làm nguội chậm bởi quá trình tôi cứng. Thỉnh thoảng, làm nguội trong nước muối nhanh hơn trong nước.

Những dạng chính của quá trình Ủ:

1.Ủ một phần

Quá trình ủ này còn được gọi là ủ tới hạn hoặc ủ trong quá trình. Quá trình này thường được gọi là quá trình ủ trung gian. Nhiệt độ thực hiện dưới nhiệt độ tới hạn, thông thường từ 260 đến 760 oC. Dạng ủ này thích hợp với thép cacbon thấp

2. Ủ hoàn toàn

Mục đích của ủ hoàn toàn là đạt độ bền và dẻo cao cho kim loại. Ví dụ, nếu bạn ứng dụng ủ hoàn toàn cho thép, bạn phải nung nóng thép đến trạng thái austenit. Khi đạt tới nhiệt độ austenit hóa, thép được làm nguội chậm. Lưu ý, khi làm nguội nhanh hơn sau đó, thép có thể chuyển biến sang dạng mactenxit và bainit, là tổ chức không mong muốn khi ủ. Kết thúc quá trình vật liệu sẽ dẻo hơn. Nhược điểm của quá trình ủ toàn bộ là chúng ta lấy vật liệu có độ bền kéo nhỏ hơn làm đầu ra của quá trình này.

3. Ủ chu trình ngắn

Nếu bạn muốn ủ malleable ferrit từ ferrit thường, thì ủ chu kỳ ngắn có thể được thực hiện. Như cái tên của phương pháp, nó bao gồm nung nóng, làm nguội liên tục và lặp lại. Quá trình nâng nhiệt thực hiện trong ba bước khoảng 4 đến 8 giờ

4.Ủ peclit hạt

Phương pháp  sử dụng cho thép cacbon cao và phép hợp kim tạo peclit dạng hạt do đó mang lại cấu trúc bên trong tốt hơn cho thép. Ủ cầu hóa gồm hai phương pháp:

-Trong phương pháp thứ nhất, vật liệu cung cấp được nâng lên 700 oC trong khoảng 8 giờ để toàn bộ chi tiết nung nóng được đồng nhất. Sau đó chi tiết được làm nguội chậm.

-Phương pháp thứ hai sử dụng nhiệt và làm nguội thay thế cho thép ở trên và dưới đường giới hạn.

5. Ủ khử ứng suất

Trong quá trình ủ khử ứng suất, kim loại được nung nóng đến 650º C trong vài giờ và làm nguội chậm. Như cái tên ủ khử ứng suất, mục đích của phương pháp là loại bỏ nội ứng suất bên trong kim loại.

Khi ứng suất bị loại bỏ, bạn phải nâng nhiệt dưới đường tới hạn. Sau khi nâng nhiệt, bạn phải làm nguội nó đồng nhất. Ủ khử ứng suất được sử dụng cho các chi tiết như nồi hơi, bình chịu áp lực, bồn chứa khí…

6.Thường hóa

Thường hóa là một dạng của ủ được thực hiện để nâng cao độ cứng của thép. Trong quá trình thường hóa, thép được nung nóng trên nhiệt độ tới hạn. Do đó, quá trình này tạo cấu trúc Austenit. Ưu điểm của thường hóa:

-Tăng độ bèn và dẻo cho vật liệu

-Thương hóa đồng thời tăng khả năng gia công cơ khí cho thép, và làm thép ổn định hơn

Share0

Tweet

Share