Giáo trình Cơ khí đại cương - Chương 2: Vật liệu dùng trong cơ khí

ố thép gió như 80W18Cr4VMo, 90W9V2, 
75W18V các loại thép gió có độ cứng cao, bền, chịu mài mòn và chịu nhiệt đến 6500C. 
- Thép làm khuôn dập: đối với khuôn dập nguội thường dùng 100CrWMn, 160Cr12Mo, 
40CrSi. Đối với khuôn dập nóng hay dùng các mác thép: 50CrNiMo, 30Cr2W8V, 40Cr5W2VSi. 
- Thép ổ lăn: là loại thép dùng để chế tạo các loại ổ bi hay ổ đũa là loại thép chuyên dùng 
như OL100Cr2, OL100Cr2SiMn. Các ổ lăn làm việc trong môi trường nước biển phải dùng thép 
không gỉ như 90Cr18 và làm việc trong điều kiên nhiệt độ cao phải dùng thép gió loại 
90W9Cr4V2Mo. Các ký hiệu của thép hợp kim dụng cụ cũng được biểu thị như các loại thép hợp 
kim khác trừ thép ổ lăn là có thêm chữ OL ban đầu. 
c/ Thép hợp kim đặc biệt: Trong công nghiệp cần thiết phải có những loại thép đặc biệt 
để đáp ứng yêu cầu của công việc. Có các loại thép: 
- Thép không gỉ: là loại thép có khả năng chống lại môi trường ăn mòn. Thường dùng các 
mác thép: 12Cr13, 20Cr13, 30Cr13, 12Cr18Ni9, 12Cr18Ni9Ti,... 
- Thép bền nóng: là loại thép làm việc ở nhiệt độ cao mà độ bền không giảm, không bị 
ôxy hoá bề mặt. Ví dụ 12CrMo, 04Cr9Si2 chịu được nhiệt độ 300÷5000C; loại bền nóng 
10Cr18Ni12, 04Cr14Ni14W2Mo chịu được nhiệt độ 500÷7000C; hoặc là thép NiCrôm chuyên chế 
tạo dây điện trở 10Cr150Ni60. 
- Thép từ tính: là loại thép có độ nhiễm từ cao. Thép hợp kim từ cứng thường dùng các 
thép Cr, Cr-W, Cr-Co hoặc dùng hợp kim hệ Fe-Ni-Al, Fe-Ni-Al-Co để chế tạo các loại nam châm 
vĩnh cữu bằng phương pháp đúc và qua một quá trình nhiệt luyện đặc biệt trong từ trường. Thép 
và hợp kim từ mềm có lực khử từ nhỏ độ từ thẩm lớn dùng làm lõi máy biến áp, stato máy điện, 
nam châm điện các loại,...Thường dùng: sắt tây nguyên chất kỹ thuật (<0,04% C), thép kỹ thuật 
điện (thép Si) có 0,01÷0,1% C và 2÷4,4% Si; có thể dùng hợp kim permaloi có thành phần 79% 
Ni, 4% Mo còn lại là Fe. 
- Thép không từ tính: là loại vật liệu không nhiễm từ như 55Mn9Ni9Cr3. 
GIÁO TRÌNH: CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG 
14
2.3. GANG 
2.3.1. KHÁI NIỆM CHUNG 
Gang là hợp kim Fe-C, hàm lượng cácbon lớn hơn 2,14% C và cao nhất cũng < 6,67% C. 
Cũng như thép trong gang có chứa các tạp chất Si, Mn, S, P và các nguyên tố khác. Đặc tính 
chung của gang là cứng và dòn, có nhiệt độ nóng chảy thấp, dể đúc. 
2.3.2. PHÂN LOẠI GANG 
a/ Gang trắng: rất cứng và dòn, khó cắt gọt. Nó chỉ dùng để chế tạo gang dẻo hoặc dùng 
để chế tạo các chi tiết máy cần tính chống mài mòn cao như bi nghiền, trục cán...Gang trắng 
không có ký hiệu riêng. 
b/ Gang xám: là loại gang mà hầu hết cácbon ở trạng thái graphit. Gang xám có độ bền nén 
cao, chịu mài mòn, đặc biệt là có tính đúc tốt. 
Ký hiệu gang xám gồm 2 phần các chữ cái chỉ loại gang và nhóm số chỉ thứ tự độ bền kéo 
và bền uốn. Ví dụ: GX 21-40 có σk = 21 kG/mm2; σu = 40 kG/mm2. Hiện nay thường dùng các 
mác gang xám GX 12-28, GX 15-32 để chế tạo võ hộp số, nắp che, GX 28-48 để đúc bánh đà, 
thân máy hoặc GX 36-56, GX 40-60 để chế tạo võ xi lanh. 
c/ Gang cầu: có tổ chức như gang xám nhưng graphit có dạng thu nhỏ thành hình cầu. Gang 
cầu có độ bền rất cao và có độ dẻo bảo đảm dùng để chế tạo các loại trục khuỷu, trục cán. 
Gang cầu được ký hiệu theo TCVN như sau: ví dụ GC 42-12 là loại gang cầu có σk = 42 
kG/mm2, độ dãn dài tương đối δ = 12%. Thường có các loại: GC 45-15, GC 60-2, GC 50-2. 
d/ Gang dẻo: là loại gang được chế tạo từ gang trắng, chúng có độ bền cao, độ dẻo lớn. 
Chúng có ký hiệu như gang cầu và có các mác sau: GZ 33-8, GZ 45-6, GZ 60-3 dùng để chế tạo 
các chi tiết phức tạp và thành mỏng. 
 2.4. KIM LOẠI VÀ HỢP KIM MÀU 
Sắt và hợp kim của nó (thép và gang) gọi là kim loại đen. Kim loại và hợp kim màu là kim 
loại mà trong thành phần của chúng không chứa Fe, hoặc chứa một liều lượng rất nhỏ. Kim loại 
màu có nhiều ưu điểm như tính công nghệ tốt, tính dẻo cao, cơ tính khá cao, có khả năng chống ăn 
mòn và chống mài mòn tốt, có độ dẫn nhiệt, dẫn điện tốt, ...Các kim loại thường gặp là đồng, 
nhôm, manhê và titan. 
2.4.1.ĐỒNG VÀ HỢP KIM ĐỒNG 
a/ Đồng đỏ: Đồng đỏ là một kim loại có nhiều tính chất quý như: độ dẻo cao, khả năng 
chống ăn mòn tốt trong nhiều môi trường, đặc biệt là độ dẫn nhiệt và dẫn đện rất cao. Đồng có 
khối lượng riêng: 8,94 G/cm3; nhiệt độ nóng chảy: 10830C; độ bền: σb= 16 kG/mm2. Theo TCVN 
1659-75 đồng đỏ có 5 loại sau đây: Cu99,99, Cu99,97, Cu99,95 dùng làm dây dẫn điện; Cu99,90, 
Cu99,0 dùng chế tạo brông không Sn. 
b/ Hợp kim đồng Latông: La tông là hợp kim đồng, trong đó kẽm là nguyên tố hợp kim 
chính. La tông có màu sắc đẹp, dẻo, dễ biến dạng, mạ tốt, giá thành thấp hơn đồng đỏ, phổ biến 
nhất trong thực tế. 
GIÁO TRÌNH: CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG 
15
Để nâng cao một số tính chất đặc biệt của latông người ta đưa vào hợp kim một số nguyên 
tố như thiếc để tăng khả năng chống ăn mòn trong nước biển. Latông với thành phần 29%Zn-
1%Sn-70%Cu rất thông dụng trong ngành đóng tàu; hoặc thêm nhôm, Mn và sắt tăng cơ tính và 
khả năng chống ăn mòn của latông. Hợp kim đồng có 17-27%Zn, 8-18%Ni gọi là mayxo dùng 
làm dây điện trở. Có các mác Latông thường dùng: LCuZn30, LCuZn40, LCuZn29Sn1, 
LCuZn27Ni18,... 
Latông được ký hiệu bằng chữ L rồi lần lượt các chữ Cu, Zn, sau đó là các nguyên tố hợp 
kim khác nếu có. Các con số đứng phía sau mỗi nguyên tố chỉ hàm lượng trung bình của nguyên 
tố đó theo phần trăm. 
c/ Hợp kim đồng Brông: Brông là hợp kim của đồng với các nguyên tố hợp kim khác như 
Sn, Al, Pb,...Đồng thanh có một số loại sau: 
- Brông thiếc: Cu-Sn (8-10%Sn) có cơ tính cao và khả năng chống ăn mòn trong nước 
biển tốt. Chúng được sử dụng làm công tắc điện, đĩa ly hợp, lò xo, bánh răng và đôi khi làm bạc 
lót. Có các mác sau: BCuSn5P0,15; BCuSn5Zn5Pb5, ... 
- Brông nhôm: Cu-Al có chứa khoảng <13% Al có tổng hợp cơ tính cao, khả năng chống 
mài mòn và giới hạn mỏi tương đối lớn thường dùng để chế tạo hệ thống trao đổi nhiệt, các chi tiết 
máy bơm. Các mác Brông nhôm như: BCuAl5, BCuAl9Fe4, ... 
- Brông chì: Cu-Pb được sử dụng nhiều để chế tạo ổ trượt, thông dụng nhất là hợp kim 
BCuPb30. 
- Brông berili: là một thế hệ hợp kim mới có độ bền, khả năng chống mòn, chống mỏi, độ 
bền nóng cao. Đặc biệt là giới hạn đàn hồi rất cao. Brông berili thường chứa khoảng 2% Be. Nó 
được sử dụng làm lò xo, màng đàn hồi và các chi tiết đòi hỏi chịu nhiệt, đàn hồi và dẫn điện cao. 
Ví dụ: BCuBe2. 
2.4.2. NHÔM VÀ HỢP KIM NHÔM 
a/ Nhôm nguyên chất: Nhôm nguyên chất có màu trắng bạc, có khối lượng riêng nhẹ 
khoảng 2,7 G/cm3, có tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao, chống ăn mòn tốt do có lớp ôxít nhôm Al203 
bên ngoài. Nhiệt độ nóng chảy 6600, độ bền thấp nhưng dẻo. Nhôm nguyên chất được chia thành 3 
nhóm: 
- Al99,999 - là loại nhôm tinh khiết. 
- Al99,995; Al99,97; Al99,95 - là loại có độ sạch cao. 
- Al99,85; Al99,80; Al99,70,...Al99,00 - là loại nhôm kỹ thuật. 
Nhôm sạch kỹ thuật được dùng chế tạo cáp tải điện trong khí quyển, các ống bức xạ nhiệt, 
các đường ống dẫn và bồn chứa xăng, dầu,... 
b/ Hợp kim nhôm biến dạng: Hợp kim nhôm biến dạng được sản xuất ra dưới dạng tấm 
mỏng, băng dài, các thỏi định hình và các loại ống. Hợp kim nhôm này có thể rèn, dập, cán, ép 
hoặc các phương pháp gia công áp lực khác. Hợp kim nhôm biến dạng có các hệ sau: 
- Hệ Al-Mn: chịu gia công biến dạng nóng và nguội tốt, có tính hàn và chống ăn mòn trong 
khí quyển cao. Chúng được sử dụng thay cho nhôm nguyên chất kỹ thuật khi có yêu cầu cao hơn 
về cơ tính. 
GIÁO TRÌNH: CƠ KHÍ ĐẠI CƯƠNG 
16
- Hệ Al-Mg: có tính hàn tốt, khả năng chống ăn mòn trong khí quyển cao, giới hạn bền mỏi 
cao, bề mặt sau khi gia công đẹp nên được dùng nhiều trong công nghiệp chế tạo ôtô và xây dựng 
công trình. 
- Hệ Al-Cu và Al-Cu-Mg: chúng có hiệu ứng hoá bền cao được gọi là đuyra. Ví dụ: 
AlCu4,5Mg0,5MnSi - dùng trong ôtô và hàng không. 
- Hệ Al-Mg-Si: được dùng để chế tạo các chi tiết chịu hàn, các cấu kiện tàu thuỷ. Ví dụ: 
AlMgSi1,5Mn. 
- Hợp kim hệ Al-Zn-Mg và Al-Zn-Mg-Cu: được sử dụng trong hàng không, chế tạo vũ 
khí, dụng cụ thể thao, v.v... Ví dụ: AlZn5,5Mg2,5Cu1,5Cr. 
c/ Hợp kim nhôm đúc: Hợp kim nhôm đúc cần tính đúc tốt để dể dàng tạo hình các chi tiết, 
chúng chứa lượng nguyên tố hợp kim lớn hơn. Có các dạng hợp kim nhôm đúc điển hình và thông 
dụng: 
- Hợp kim Al-Si: cho thêm một số nguyên tố khác nữa ta sẽ được một loại hợp kim có tính 
đúc tốt, hệ số dãn nở nhiệt nhỏ, chống mòn tương đối dùng chế tạo pittông động cơ đốt trong như: 
AlSi12CuMg1Mn0,6NiĐ. 
- Hợp kim Al-Cu và một số nguyên tố khác có khả năng bền nóng cao và giới hạn mỏi khá 
lớn rất thích hợp để chế tạo các chi tiết nhẹ, hình dáng phức tạp làm việc ở nhiệt độ cao như: 
AlCu5Mg1Ni3Mn0,2Đ. 
Một số hệ hợp kim nhôm đúc khác như Al-Mg; Al-Zn-Mg được sử dụng nhiều trong nước 
biển và một số môi trường điện ly khác. 
Chú ý: Các ký hiệu của hợp kim nhôm đúc phía sau cùng có chữ Đ để phân biệt với hợp kim 
nhôm biến dạng. 
2.5. HỢP KIM CỨNG 
Bằng phương pháp đặc biệt: nén thành từng bánh hợp kim cứng dạng bột dưới áp suất hàng 
nghìn at rồi thiêu kết ở 15000C người ta tạo ra hợp kim cứng từ các cácbít (cacbit vonfram, cacbit 
titan, cacbit tantan) cùng với một lượng côban làm chất dính kết. Hợp kim cứng là một loại vật 
liệu điển hình với độ cứng nóng rất cao (800÷10000C). Vì vậy hợp kim này được dùng phổ biến 
làm các dụng cụ cắt gọt kim loại và phi kim loại có độ cứng cao. Đặc biệt là không cần nhiệt luyện 
vật liệu này vẫn đạt độ cứng 85÷92 HRC. Có các loại hợp kim cứng thường dùng: 
a/ Nhóm một cacbit: WC + Co gồm các ký hiệu: WCCo2; WCCo4; WCCo6; WCCo8; 
WCCo10; WCCo20; WCCo25. Ví dụ: WCCo8 có 8% Co và 92% WC. Nhóm này có độ dẻo thích 
hợp với gia công vật liệu dòn, các loại khuôn kéo, ép. 
b/ Nhóm 2 cacbit: WC + TiC + Co gồm các ký hiệu: WCTiC30Co4; WCTiC14Co8; 
WCTiC5Co10, ... dùng chế tạo dao tiện và các loại dụng cụ cắt gọt khác. 
c/ Nhóm 3 cacbit: WC + TiC + TaC +Co gồm WCTTC7Co12; WCTTC10Co8 dùng chế 
tạo dụng cụ cắt gọt các loại vật liệu khó gia công như các hợp kim bền nhiệt.