Bài giảng Chương 4: Thép

CHƯƠNG 44.1. Qúa trình luyện thép4.1.1. luyện thép bằng lò chuyển.1.Cấu tạo lò chuyển.2. Các phản ứng trong lòa.Lò chuyển Betsmeb.Lò chuyển Tômat3.Sản phẩm của lò4.1.2 luyện thép bằng lò Mactanh1.Khái niệm2.Cấu tạo lò3.Các phản ứng trong lò4.Sản phẩm của lò4.1.3.luyện thép bằng lò điện1.Khái niệm 2.Lò hồ quanga.Cấu tạob.Các phản ứng trong lòc.Sản phẩm của lò3.Lò điện cảm ứng4.2.thép cacbon4.2.1.định nghĩa4.2.2 ảnh hưởng của cacbon và các nguyên tố đến tính chất của thép1.Cacbon 2.Mangan 3.Sillic 4.Phốt pho5.Lưu huỳnh 6.Các khí oxy,nito,hydro4.2,3.phân loaiij thép cacbon4.2.4.thép kết cấu cacbon1.Khái niệm2.Thép cacbon chất lượng thườnga.Phân nhjoms Ab.Phân nhóm BC.Phân nhóm C3.Thép C chất lượng tốta,.cách ký hiệub.Công dụng4.2.5.Thép dụng cụ cacbon1.Khái niệm2.Ký hiệu3.Tính chất4.3.Thép xây dựng1.Đặc điểm2.Phân loại3.Các loại thép xây dựng thông dụng4.4.Thép chế tạo máy1.Yêu cầu chung2.Các loại thép chê tạo máy thông dụngChương 4: THÉPMỤC ĐÍCH: NHỮNG NỘI DUNG CHÍNH SAU:Qúa trình luyện thép trong công nghiệp bằng những phương pháp khác nhau.Ảnh hương của cacbon và các nguyên tố như:sillic, mangan..v..v.. tới tính năng của thép. Các loại thép kết cấu cacbon, thép dụng cụ cacbon.Các loại thép hợp kim và thép có tính chất lý, hóa đặt biệt.Ngoài ra con giới thiệu một loại dao cắt gọt lim loại dược dung phổ biến là hợp kim cứng 4.1. QUÁ TRÌNH LUYỆN THÉPThép được luyện bằng 3 phương pháp:* Phương pháp lò chuyển* Phương pháp lò Mactanh* Phương pháp lò điện4.1.1. Luyện thép bằng lò chuyển1/ cấu tạo lò Lò chuyển có hình dạng quả lê phía trong xây gạch chịu lữa, bên ngoài bọc các tấm thép. Phía trên có miệng lò đễ đỗ gang lõng và rót thép ra kỏi lò lhi luyện xong, đồng thời xĩ cũng được tháo ra khỏi lò khi luyện xong. Ơ giữa thân lò có hai cổ trục , lò sẽ quay trên cổ trục đó nhờ cơ cấu bánh răng – thanh răng đươc điếu khiển bằng động cơ điện. Nen lò có thể quây đến vị trí đúng hay ngang.Không khí được thổi từ đáy lò lên trên, áp xuất không khí phải lớn hơn áp xuất của gang lỏng đễ gang không chảy qua lỗ thổi ra ngoài.Hinh anh2/ Các phản ưng xảy ra trong lòCó 2 loại: Lò chuyển Betsme và Tômat.a/ Lò chuyển Betsme: Lò chuyển Betsme xây dựng bằng gạch chịu lữa đinat có tính axit. Quá trình luyện thép trong lò chia 2 giai đoạn:thứ nhất là giai đoan ỗy hóa gang, sillic, Mn bằng ôxy cũa không khí thổi vào . theo phản ứng sau; Fe + 1/2O2= FeO + Q( 64430calo) Mn + FeO= MnO + Fe + Q ( 32290calo)Si + 2FeO = SiO2 +2Fe + Q ( 78890calo )Phản ứng này đều tỏa nhiệt, nhiệt đo kim loại tăng đếm 1550 – 1570C và kéo dài tư 7 – 8 phút.FeO + C = FeO + CO – Q (34460calo )Cacbon Ôxyt cháy là do Ôxy của không khí theo phản ưng:CO + 1/2O2 = CO2	 Càng thổi không khí vào nữa thí lữa yếu dần và tắc, rồi xuất hiện khóa nâu và bắt đầu chảy. Quá trình kéo dài 8 – 10 phút. Khi miệng lò có khóa nâu bay lên thì ngưng thổi gió vào lò và quây lò ngang qua . luc này trong tyhép vẫn còn Ôxy đó là Ôxyt FeO làm giảm tính đàn hồi, tính dẻo và làm bở tr5hép khi ở straqngj thái nóng, nên phải khử Ôxy trong thép. Hinh anhChất khữ là ferô sillic, ferô Mn và nhôm. Chất này cho thẳng vào lò hay là đầu rót Toàn bộ quá trình thổi gió vào lò từ 15- 20 phút. Nhưng khi rót thép ra ít cacbon thì cho gang lõng ( ít lưu hùnh và phôt pho) Lò chuyễn Betsme chứa khoảng 10 – 15 tấn thép năng suất một ngày đêm là 1500 -13000 tấn. Gang dùng làm lò Betsme phải chứa ít lưu hùnh và phốt phho 1,4% vì quá giònNgoài raq C cũng ảnh hưỡng đến tính chất vật lý của thép, khi tăng C thì khối lượng riêng , độ từ thẩm và tính chống ă3n mòn của thépgiảm , còn điện trở và lưc trở tăng lên.2/ Mangan (Mn) Là nguyên tố có ảnh hưởng tốt ở trong thép bởi tác dụng sauLàm tăng độ bền của thép, đặc biệt có giới hạn đàn hồi.Tránh được ảnh hưởng có hại của lưu hùnh: Mn + FeS = MnS +FeMnS nổi lên đi vào sĩ và được cào ra khỏi lò.Khử được ôxy trong thép theo phản ứng: Mn + FeO = MnO + Fe3/ Silíc Là nguyên tố có lợi trong thép nó làm tăng độ bbền, độ cứng của thép. Ngoài ra nó còn tác dụng khử ôxy triệt để hơn Mn Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe4/ Phốt pho Là tạo chất có hại ở trong thép vì làm thép giòn ở nhiệt độ thường. thông thường trong thép P < 0,05%4/ Phốt pho Là tạo chất có hại ở trong thép vì làm thép giòn ở nhiệt độ thường. thông thường trong thép P < 0,05%5/ Lưu hùnh Làm cho thép có tính giòn nóng nên rất khó cán và rằn. vậy chế lương lưu hùnh không quá 0,05%6 Các khí ôxy ,nitơ, hyđô Các nguyên tố này ảnh hưởng xấu đến cơ tính của thép, làm dảm độ dẻo, các khí này hòa tan trong thép quá nhiều sẽ làm hiện càc rỗ khỉtong thỏi đúc nên làm dảm cơ tính của thép4.2.3 Phân loại thép cacbonTheo tiêu chuẩn của viện sắt thép Mỹ, thép được phân loại như sau: trước hết thép được coi là thép cácbon khi chứa lượng cácbon là chủ yếu ngoài ra không có chứa các nguyên tố hợp kim (dù chỉ là một lượng nhỏ) như crom, coban, niôbi, molipden, niken, titan, vonfram, vanadi, zieconi, trừ trường hợp cố ý cho vào để tạo ra hợp kim mong muốn, ngoài ra thép còn chứa một lượng đồng ở mức nhỏ hơn 0.4%, ngoài ra còn cả silic và mangan nhưng thành phần không được vượt quá mức ghi dưới đây cụ thể là mangan nhỏ hơn 1.65%, silic nhỏ hơn 0.6%, đồng nhỏ hơn 0.6%.Phân loại theo phương pháp4.2.3 Phân loại thép cacbonTheo tiêu chuẩn của viện sắt thép Mỹ, thép được phân loại như sau: trước hết thép được coi là thép cácbon khi chứa lượng cácbon là chủ yếu ngoài ra không có chứa các nguyên tố hợp kim (dù chỉ là một lượng nhỏ) như crom, coban, niôbi, molipden, niken, titan, vonfram, vanadi, zieconi, trừ trường hợp cố ý cho vào để tạo ra hợp kim mong muốn, ngoài ra thép còn chứa một lượng đồng ở mức nhỏ hơn 0.4%, ngoài ra còn cả silic và mangan nhưng thành phần không được vượt quá mức ghi dưới đây cụ thể là mangan nhỏ hơn 1.65%, silic nhỏ hơn 0.6%, đồng nhỏ hơn 0.6%.Phân loại theo phương pháp* Các phân loại điển hình nhất cho thép cacbon như sau:Thép mềm (ít cacbon): Lượng cacbon trong khoảng 0,05–0,29% (Ví dụ theo tiêu chẩn AISI có thép 1018). Thép mềm có độ bền kéo vừa phải, nhưng lại khá rẻ tiền và dễ cán, rèn; Thép mềm sử dụng nhiều trong xây dựng, cán tấm, rèn phôi... Thép cacbon trung bình: Lượng cacbon trong khoảng 0,30%. Có sự cân bằng giữa độ mềm và độ bền và có khả chống bào mòn tốt; phạm vi ứng dụng rộng rãi, là các thép định hình cũng như các chi tiết máy, cơ khí.* Các phân loại điển hình nhất cho thép cacbon như sau:Thép cacbon cao: Lượng cacbon trong khoảng 0,6–0,99%. Rất bền vững, sử dụng để sản xuất nhíp, lò xo, kéo thành sợi dây thép chịu cường độ lớn.Thép cacbon đặc biệt cao: Lượng cacbon trong khoảng 1,0–2,0% . Thép này khi tôi sẽ đạt được độ cứng rất cao. Dùng trong các việc dân dụng: dao cắt, trục xe hoặc đầu búa. Phần lớn thép này với hàm lượng 1,2%C được sử dụng trong công nghệ luyện kim bột và luôn được xếp loại vào với thép cacbon có hợp kim cao. 4.2.4 Thép kết cấu cacbon1/ khái niệm Là loại thép cacbon có chất lượng bình thường và tương đối tốt, được cán ra thành hình dạng nhất địnhnhw tròn hay vuông,.dùng trong chế tạo cơ khí hay xây dựng2/ Thép cacbon chất lượng thường Loại thép này dungtf phổ biến trong xây dựngvới các hình dạng có sẳn, không qua nhiệt luyện. một phần dùng trong chế tạo cơ khí hoặc làm các chi tiết không quan trọng. Thép này chia làm 3 nhóm: 4.2.4 Thép kết cấu cacbona/ Phân nhóm ATiêu chuẩn CHLB Nga kí hiệu bằng2 chư “ CT”với các số thứ tự 0, 1, 2 , 3 , 4 , 5 , 6( số càng lớn thì độ bền và lượng cacbon càng cao)TCVN 1765- 1775 ki hiệu thép cacbon nhóm A bằng hai chữ cai “ CT”và số tếp theo chi giọ han bền ( kG/mm2) c/ Phân loại nhốm CLoại thép này quy định cả cơ tính lẩn thành phần hóa học.Kí hiệu nhốm này giống như nhốm A nhưng đằng trước thêm chữ B đối với mác thép của CHLB Nga và chữ C với mác thép VN. Có các số hiệu BCT1 – BCT5 của CHLB Nga và CCT34 – CCT51 của VN.Về cơ tính nhốm này phân như nhốm A, về thành phần hóa học phân như nhốm B. phân nhốm này dùng rộng rải trong cơ cấu hàn 3/ thép C chất lượng tốt Loại thép này có chất lượng cao do hàm lượng các chất hại nhỏ P ≤ 0,04%, S≤ 0,035%, được cung cấp ở vật cán , rèn và các bán thành phẩm. vì có cơ tính quy định chặt chẽ nên nhốm thép này dùng để da công các chi tiết máy Tiêu chuẩn CHLB Nga kí hiệubằng 2 con số: 08, 10, .. 85 chỉ số phhần vạn cacbỏntung bình trong thép + K∏ cỉ số thép sôi+ ∏C chỉ thép nữa lắng+ không có chữ chỉ thép lắngTCVN 1766- 1775 kí hiệu nhốm thép này bằng chư C và 2 con số: o8, 10, 15, 85 chỉ số phần vạn cacbon trung bình trong thép. Và nếu sau con số có ghi chữ :+ s chỉ thép sôi+ n chỉ thép nữa lắng+ Không có chữ chĩ thép lắngThép sôi không khử ôxy triệt đễ do dó vẩn còn FeO trong thể lỏngThép lắng là thép được khử ôxy triệt để Thép nữa lắng là vị trí trung gian giữa thép sôi và thép lắng. b/ Công dụngThép C10, C15, C20 có tính công nghệ tốt , dễ hàn , dễ rèn và dậpnhưng độ bền không cao lắm dùng đễ làm bulon , đai ốc , bạc ,ống và các chi tiết zchịu lực nhỏ.Thép C40, C50 được sữ dụng rộng rải nhất thường qua tôi ram thép này dùng làm trục khủyu , thanh truyền , cần gạc .. tuy nhiên tính hàn thép này kém.Thép C65, C70, C75 sữ dụng các chi tiết có đọ bền cao như trục cán , lò xo, pittông.Bảng 4-4 công dụng của thép kết cấu cacbon tốtMác thép Công dụng C08, C08s, C10, C10sDùng zcho chi tiết không nhiệt luỵen : các ống , các tấm đệm , đinh tán , các chi tiết đập xâu, chi tiết cần độ dẻo caoC15, C15s, C20, C20sDung cho các chi tiết cần nhiệt luyện sau khi thấm than: các chi tiết cần có độ cứng ở bề mặt ngoài nhưng bên trong lại dẽo như bạc , chốt, cam, đĩa ma sátC25 Dùng cho các chi tiết không nhiệt luyện sau khi thấm than : các chi tiết cần độ cứng ở bề mặt ngoài nhưng bên trong lại dẻo, dai như bạc, chốt , cam , đĩa ma sát.C30, C35Dùng cho các chi tiết không nhiệt luyện : chốt t5ay gạt , mặt bích , vít , dai ốc. sau khi nhiệt luyện và ram thấp đạt độ cứng 30-40HRC đễ làm các chi tiết như: chốt trục , các chi tiết yêu cầu cần có độ bền cao. Sau khi thường hóa hoặc tôi trở lại dùng làm : trục kéo , chốt, trục, xilanh, trục khủyu, các chi tiết bắt chặtC40, C45Dung làm các chi tiết có độ bền cao , làm việc với tốc độ cao và chịu áp lực trung bình như: bánh răng, thanh truyền, cán bittong, trục làm việc trên các ổ đở . sau khi tôi cao tần dung làm các chi tiết có yêu cầu độ bền cao, độ cứng cao nhưng trong lõi vẩn dẽo như: bánh răng, chốt, trục C50, C55 Dung làm các chi tiết có độ bền cao như chốt bánh răng ,  sau khi thường hóa và tôi cải thiện có thể làm trục chính máy công cụ , trục khuỷu, bánh răng C60, C65, C70, C75, C80, C85Dung làm lò xo tròn và lò xo phẳng , đĩa ma sát , cam và các chi tiết làm việt chịu ma sát4.3.3 Thép dụng cụ hợp kim1/ khái niệm Thép dụng cụ hợp kim là loại thép dùmg để làm các dụng cụ gia công kim loại bằng cách cắt gọt hay rèn , dập và để làm dụng cụ do lường do có độ cứng và tính chống mài mòn cao. Theo công dụng . thép dụng cụ hợp kim chia làm 3 loại:+ Thép để làm dụng cụ cắt gọt mnhw dao tiện , dao phay , dao bào + Thép dùng để làm khuôn dập nóng hay nguộin + Thép dùng làm dụng cụ đo lường2/ Đặc điểma/ Thành phần Có thành phần cacbon cao( trên, dưới 1%) , ngoài ra còn chứa các nguyên stố hợp kim chủ yếu là crôm. Crôm là nguyên tố tạo thành cacbit mạnh , nên khi trong thép càng nhiếu crôm thì cacbon tương ứng cũng tăng lên