Nội dung

Ch−¬ng 1. Giíi thiÖu Hîp kim khã gia c«ng Hîp kim khã gia c«ng ®−îc ph©n lo¹i dùa theo nhiÒu ®Æc ®iÓm kh¸c nhau : theo nhiÖt ®é nã ch¶y, theo ®é cøng, theo c¬ tÝnh cña vËt liÖu,... Sau ®©y chóng ta sÏ xÐt mét sè kim lo¹i vµ hîp kim : 1.1 Kim lo¹i khã ch¶y VËt liÖu khã nãng ch¶y lµ c¸c lo¹i kim lo¹i cã nhiÖt ®é nãng ch¶y T > 1539 oC hoÆc c¸c kim lo¹i kÕt hîp víi c¸c nguyªn tè hîp kim kh¸c. Zr = 1855 oC Cr = 1875 oC VÝ dô : Ti = 1672 oC o o Hf = 1975 C Nb = 2415 oC V = 1900 C Ta = 2996 oC Tc = 2700 oC Mo = 2610 oC W = 3410 oC Re = 3180 oC 1.2 ThÐp hîp kim 1. 2. 3. 4. 5. 6. ThÐp hîp kim ®−îc chia ra theo nhiÒu dÊu hiÖu kh¸c nhau: ThÐp chÞu ¨n mßn trong c¸c m«i tr−êng kh¸c nhau. ThÐp bÒn nhiÖt . ThÐp chÞu nhiÖt. ThÐp cã ®é bÒn cao. Hîp kim bét kim lo¹i. Hîp kim cøng . • Hîp kim do biÕn cøng • Hîp kim ®−îc chÕ t¹o víi nh÷ng thµnh phÇn c¸c chÊt kh¸c nhau. 1.3 C¸c hîp kim ®Æc biÖt kh¸c 1. ThÐp ®Æc biÖt cã nhiÖt ®é lµm viÖc ®Õn 700 oC. 2. Hîp kim bÒn nhiÖt trªn nÒn Niken ( NhiÖt ®é lµm viÖc ®Õn 1100 oC ) 3. Hîp kim nÒn Mo vµ Nb cã nhiÖt ®é lµm viÖc ®Õn 1500 oC. 4. Hîp kim nÒn v«nfram ( W) cã nhiÖt ®é lµm viÖc ®Õn 2000 oC. 5. ThÐp hîp kim chÞu ¨n mßn . Trong thùc tÕ cã 3 nhãm chÝnh sau ®©y : Nhãm I - ThÐp chÞu ¨n mßn hîp kim thÊp cã ®é bÒn cao B¶ng 1.1 Tªn nguyªn tè Thµnh phÇn % C 0,25 0,45 Cr <= 5 Ni <= 2,5 Mn <= 1,5 Mo <= 1,5 W <= 1,5 V <= 1 Si <= 1 W V Si 160 - 220 KG/mm2 Giíi h¹n bÒn Nhãm II : thÐp chÞu ¨n mßn cã ®é bÒn cao B¶ng 1.2 Tªn nguyªn tè C Cr Ni Mn Mo 1 Thµnh phÇn % 0,25 0,45 <= 12 <= 2,5 <= 1,5 <= 1,5 <= 1,5 <= 1 <= 1 <= 180 , sau nhiÖt luyÖn cã thÓ ®¹t 260 - 300 KG/mm2 Giíi h¹n bÒn Nhãm III : ThÐp hîp kim martensit - ho¸ giµ B¶ng 1.3 Tªn nguyªn tè Thµnh phÇn % Giíi h¹n bÒn C 0,25 0,45 Cr Ni 17 - 19 Co <= 7-9 Mo <= 4- 6 Ti <= 0,5-1 (<= 190 - 210), thªm 12-16 % Co, 8-10% Mo, 12-13%Ni th× ®é bÒn cã thÓ ®¹t 280 KG/mm2, HRC 62, δ=8% 1.4 Hîp kim cã tû bÒn cao ( σB/ γ ) Hîp kim cã tû bÒn cao : Nh«m, ti tan γ - khèi l−îng riªng cña vËt liÖu g/cm3. - Giíi h¹n bÒn cña vËt liÖu KG/mm2. σB VÝ dô : Hîp kim titan σB > 160 KG/mm2. γ = 4,51 Tû bÒn K = 34,5 §Æc biÖt hîp kim ti tan cßn cã tÝnh chÞu ¨n mßn trong c¸c lo¹i m«i tr−êng cao nªn ®−îc øng dông rÊt réng r¶i. = 39 KG/mm2. Hîp kim nh«m AlMg6 σB γ = 2,7 HÖ sè tû bÒn lµ K = 14,4 Chóng ta cã thÓ so s¸nh víi thÐp th«ng th−êng : = 38 KG/mm2. ThÐp CT38 σB γ = 7,87 g/cm3. HÖ sè tû bÒn lµ K = 4,8 1.5 TÝnh chÊt cña mét sè kim lo¹i nguyªn chÊt khã ch¶y vµ khã gia c«ng B¶ng c¸c tÝnh chÊt cña c¸c kim lo¹i khã nãng ch¶y vµ c¸c nguyªn tè hîp kim B¶ng 1-4 §Æc tÝnh Khèi l−îng riªng NhiÖt ®é nãng ch¶y NhiÖt ®é bay h¬i HÖ sè gi¶n në v× nhiÖt Giíi h¹n bÒn §é gi¶i dµi t−¬ng ®èi §é cøng Brinel §¬n vÞ tÝnh G/cm3 o C o C x 10. KG/mm2 % HB Be 1,84 1283 2450 11,6 40-60 0,2-2 60-85 V W 6,11 19,3 1900 3410 3400 5930 10,6 4,0 22-48 100-120 17 0 70 350 Hf 13,31 2222 5400 5,9 40-45 30 120 Co Si Mn Mo Ni 8,92 2,33 7,4 10,2 8,91 1495 1412 1245 2625 1425 3100 2600 2150 4800 3080 12,08 6,95 23 5,49 13,3 50 70 70 28-30 5 0 30 40 125 240 125 65-70 2 §Æc tÝnh Khèi l−îng riªng NhiÖt ®é nãng ch¶y NhiÖt ®é bay h¬i HÖ sè gi¶n në v× nhiÖt Giíi h¹n bÒn §é gi¶i dµi t−¬ng ®èi §é cøng Brinel §¬n vÞ tÝnh G/cm3 o C o C x 10. KG/mm2 % HB Nb 8,57 2500 5127 7,1 30-45 20 75 Re 21 3180 5900 6,8 50 24 250 B¶ng 1-5 Ta Ti Cr Zr Ghi chó 16,6 4,51 7,19 6,45 2996 1668 1910 1860 5300 3277 2469 3700 6,6 8,3 6,7 6,3 45-55 40-45 30-35 25 25-35 30-40 15 15-30 45-125 130-150 100 65 TÝnh chÊt cña mét sè c¸c bÝt, Borit, Silixit, Nitrit B¶ng 1-6 C¸c bÝt Thµnh phÇn C¸c bon C% Khèi l−îng riªng G/cm3 o T nc C HÖ sè truyÒn dÉn Cal/(cm.s. o nhiÖt C) HÖ sè gi¶n në nhiÖt x 10(-6) §é cøng HRA HRA Ti Zr Hf V Nb Ta Cr Mo W 20,05 11,64 6,31 19,08 11,45 6,22 13,34 5,89 6,13 4,94 6,60 12,65 5,50 7,82 14,50 6,74 9,06 17,13 3150 3420 3700 2850 3600 3880 1895 2410 2790 0,069 0,09 0,07 0,09 0,04 0,053 0,046 0,076 0,072 8,50 6,95 6,06 7,20 6,50 93,00 87 84 91 83 8,29 11,70 82 7,80 3,84 74 81 81 B¶ng 1-7 Borits ( + B ) Bo Khèi l−îng riªng T nc HÖ sè truyÒn dÉn nhiÖt HÖ sè gi¶n në nhiÖt x 10e(-6) §é cøng HRA Thµnh phÇn B% G/cm3 o C cal/(cm.s.oC) Ti 31,20 4,52 2980 0,144 Zr Hf V Nb 19,17 10,81 29,81 18,89 6,09 11,20 5,10 7,00 3040 3250 2400 3000 0,058 0,137 0,040 Ta 10,68 12,62 3100 0,026 8,10 6,88 5,12 11,10 HRA 86 84 Nitrit ( + N2 ) Ni t¬ Khèi l−îng riªng T nc HÖ truyÒn dÉn nhiÖt HÖ sè gi¶n në nhiÖt x 10e(-6) §é cøng HRA Thµnh phÇn N% g/cm3 o C cal/(cm.s.oC) Ti 5,73 7,5 8,10 83 Cr 29,38 5,60 2200 0,053 84 B¶ng 1-8 22,63 5,44 2950 0,046 Zr Hf V 13,31 7,28 21,56 7,35 13,84 6,10 2980 2980 2050 0,049 0,027 9,35 7,24 6,9 Nb 13,10 8,41 2050 0,009 Ta 7,19 15,86 2890 0,021 Cr 8,10 10,10 3,60 HRA B¶ng 1-9 Si lÝc Si % Khèi l−îng riªng g/cm3 53,98 4,13 38,11 23,93 52,44 37,68 23,69 51,93 4,86 8,03 4,66 5,66 9,10 5,00 3 T nc HÖ sè truyÒn nhiÖt HÖ sè gi¶n në nhiÖt x 10e(-6) §é cøng HRA o C cal/(cm.s.oC) 1540 0,111 8,8 HRA 1750 1660 2160 2200 1500 2030 0,037 0,383 0,397 0,052 0,025 8,6 11,2 11,7 8,8 10,0 81 1.6 VËt liÖu bét VËt liÖu kim lo¹i hîp kim cã thÓ ®−îc chÕ t¹o tõ bét kim lo¹i b»ng ph−¬ng ph¸p nÊu ch¶y th«ng th−êng hoÆc kÕt hîp Ðp bét kim lo¹i víi thµnh phÇn c¸c nguyªn tè kh¸c : C, Al2O3, C¸c bÝt, borit, ... ®Ó nhËn ®−îc hîp kim cøng hay kim lo¹i gèm. B¶ng 1.10 [2] Lo¹i vËt liÖu C¸c cÊu tö chÝnh VËt liÖu kÕt cÊu Fe, Fe-Cu, Fe-P, Fe - C Fe-Ni-Cu, Fe-Cu-C Fe-Ni-Cu-Mo-C ThÐp kh«ng gØ, Br«ng (Cu+Sn), Lat«ng (Cu +Zn),... Ti Au-Cu Kim lo¹i vµ hîp kim cã cÊu tróc xÝt chÆt W, Mo, Ta, Nb, Re • Kim lo¹i chÞu nhiÖt • Kim lo¹i dïng trong kü thuËt h¹t nh©n Be, Zr C¸c hîp kim trªn c¬ së Ni, Co • Siªu hîp kim ThÐp dông cô, thÐp giã • ThÐp hîp kim VËt liÖu cã ®é xèp cao Br«ng ( Cu+Sn+Al,Pb,) thÐp kh«ng gØ, • B¹c xèp tù b«i tr¬n Cu-Al • TÊm läc Ni-Cr, monel, Ti, Zr, Ag, Ta, ThÐp kh«ng gØ VËt liÖu liªn kim lo¹i Ni - Al MoSi2 Ti-Al Co - Mo- Si Hîp kim cøng ®−îc chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p Ðp vµ thiªu kÕt víi ¸p lùc vµ nhiÖt ®é thÝch hîp. Hîp kim cøng cã hai lo¹i : ®Æc vµ xèp ( cã lç rçng). Chóng th−êng ®−îc øng dông ®Ó chÕ t¹o dông cô c¾t gät, vËt liÖu mñ ®Ëy, vâ bäc, ... NhiÖt ®é lµm viÖc cã thÓ ®¹t 1000 - 2000 oC Hîp kim cøng cã nhiÒu lo¹i : ( trang 19 - 20 ) • Hîp kim cøng v«nfram (WC) • Hîp kim cøng W - Ti • Hîp kim cøng Ti-Ta-W 4 B¶ng 1.7 [2] [9] M¸c hîp kim Ký hiÖu theo LX vµ theo TCVN Thµnh phÇn % C¸c C¸c bÝt bÝt W tanta n C¸cbÝt Co Titan Coban σ (KG/m m2) γ ( g/cm3) HRA >= Nhãm WC BK3M (WCCo3) BK4 (WCCo4) BK60M BK6M (WCCo6) BK8 (WCCo8) BK100M BL10M (WCCo10) BK15M (WCCo15) BK150M (WCCo15) BK25 (WCCo25) 97 96 91 ,9 94 92 90 90 85 82 ,9 75 3 4 6 110 130 120 15-15,3 14,9-15,1 >=14,75 91,0 89,5 91,5 6 8 10 10 15 15 130 140 140 140 155 150 14,8-15,1 14,4-15,8 >=14,3 >=14,3 >=13,8 >=13,8 90 87,5 88,5 87,0 - 25 220 12,9-13,2 82 Nhãm Ti-WC T15K6 (WCTi15Co6) T5K10 (WCTiCo10) 79 85 15 6 6 9 110 130 11-11,7 12,3-13,2 90 88,5 81 3 4 12 170 13-13,3 87 82 7 3 8 140 13,5-13,8 89 71 12 8 9 150 12-13 89 NhãmTi-Ta-WC TT7K12 (WCTTC7Co12) TT10K8 (WCTTC10Co8) TT20K9 (WCTTC20Co9) Chó ý : VËt liÖu ký hiÖu theo TCVN ®−îc ®Æt trong dÊu ngoÆc ®¬n. 1.7 Nhãm vËt liÖu C¸cbon - Nitrit - titan Khèi l−îng riªng 5,6 - 6,2 g/cm3 HRC 88 - 93 HRC Giíi h¹n bÒn uèn 120 - 180 KG/mm2. 1.8 Nhãm vËt liÖu C¸cbÝt - cr«m + hîp kim cøng Khèi l−îng riªng 6,6 - 7,0 g/cm3 HRC 80 - 90 HRC Giíi h¹n bÒn uèn 40 - 70 KG/mm2. ( page 208 ) 5 1.9 Nhãm vËt liÖu kh«ng cã v«nfram Gåm cã c¸c thµnh phÇn c¸c chÊt nh− sau : TIC% TiN% 4Ni1Mo Khèi l−îng riªng THM-20 79% 21% 5,5 g/cm3. THM-25 74 26 5,7 THM30 70 30 5,9 KTHM30A 26 42 32 5,8 HRA 91 90 89 88 Giíi h¹n bÒn uèn 115 KG/mm2. 130 140 150 1.10 VËt liÖu bét mµi vµ dông cô c¾t B¶ng 1.8 Lo¹i vËt liÖu Kim c−¬ng Nitrit Bo ( BN) TiC SiC WC Al2O3 SiO2 ThÐp ®· t«i (®Ó so s¸nh) §é cøng Knoop 8000 5000 3100 3000 2700 2100 1000 800 Giíi h¹n bÒn Mpa = 2 N/mm 7000 7000 2800 1000 5000 3000 1200 1200 T nc o C 3500 1540 3100 2400 2780 2050 HRA 93 82 - 90 1.11 VËt liÖu siªu cøng. [2] VËt liÖu Kim c−¬ng tù nhiªn Kim c−¬ng nh©n t¹o • Lo¹i ®¬n tinh thÓ • Lo¹i ®a tinh thÓ Nitri Bo (BN) • Lo¹i ®¬n tinh thÓ • Lo¹i ®a tinh thÓ B¶ng 1.9 NhiÖt ®é giíi h¹n cña ®é bÒn 600-850 KL riªng g/cm3 3,01-3,56 §é cøng HV 10.000 Giíi h¹n bÒn MPa 1900-2100 3,48-3,54 3,30-4,00 8.600-10.000 8.000-10.000 2000 200-800 850 700 3,44-3,49 3,30-3,40 9.000-9500 7.000-8.000 500 2000-3000 1200 1400 VËt liÖu kim c−¬ng tuy cã ®é cøng cao nh−ng bÞ giíi h¹n bëi ®é bÒn nhiÖt (Cã nhiÖt ®é giíi h¹n cña ®é bÒn thÊp ) VËt liÖu nitrit bo ( BN ) cã ®é cøng cao vµ cã tÝnh bÒn nhiÖt cao nªn thÝch hîp víi gia c«ng c¬ ( khoan tiÖn, phay, ... Chó ý : Cµng t¨ng ®é bÒn vµ ®é cøng vËt liÖu th× vËn tèc c¾t gi¶m ®i . Tèc ®é c¾t gät tû lÖ nghÞch víi b×nh ph−¬ng giíi h¹n bÒn cña vËt liÖu. 6 Khã kh¨n chñ yÕu khi gia c«ng lµ do : • Lùc c¾t yªu cÇu ph¶i lín; ®èi víi thÐp bÒn nhiÕt t¨ng 1,5 lÇn; ®èi víi hîp kim bÒn nhiÖt t¨ng 2 - 2,5 lÇn so víi khi gia c«ng thÐp C45. • C¸c hîp kim nµy cã tÝnh dÉn nhiÖt kÐm nªn nhiÖt ®é sinh ra t¹i vïng c¾t rÊt cao • Khi gia c«ng c¾t c¸c lo¹i thÐp cã ®é bÒn nhiÖt vËn tèc c¾t gi¶m 10 - 20 lÇn so víi khi gia c«ng thÐp C45 ( Ký hiÖu theo Nga 45 ). • Gi¸ thµnh bét kim lo¹i th−êng ®¾t h¬n 1,5 - 3,5 lÇn so víi kim lo¹i c¬ b¶n. Nh−ng víi kim lo¹i chÕ t¹o bét ngay tõ ®Çu th× th−êng cã gi¸ thµnh rÎ h¬n. Tuy gi¸ ®¾t h¬n nh−ng nã ®−îc bï l¹i do cã hÖ sè sö dông cao víi nh÷ng tÝnh chÊt ®Æc biÖt. • Theo c¸c chuyªn gia kinh tÕ ®Ó ®¸nh gi¸ hiÖu qu¶ cña vËt liÖu gèm ng−êi ta thÊy : Cø cho 1000 tÊn s¶n phÈm th× tiÕt kiÖm ®−îc 1500 - 2000 tÊn kim lo¹i, v× lÏ ®ã mµ nã gi¶m bít ®−îc 50 ®¬n vÞ m¸y gia c«ng, cïng lóc lµm gi¶m 120.000 giê gia c«ng vµ n¨ng suÊt nãi chung t¨ng lªn 1,5 lÇn. 7