(NB) Giáo trình Vật liệu cơ điện cung cấp cho người học những kiến thức như: Những khái niệm cơ bản về kim loại và hợp kim; Gang; Thép và vật liệu dẫn từ; Hợp kim cứng; Kim loại màu và vật liệu dẫn điện; Ăn mòn kim loại; Vật liệu phi kim loại và vật liệu cách điện;...Mời các bạn cùng tham khảo!
Thép 21
1.1 Khái niệm chung về thép
Thép là một hợp kim chủ yếu bao gồm sắt và cacbon, cùng với một số nguyên tố khác như silic (Si), mangan (Mn), photpho (P), lưu huỳnh (S), crom (Cr), niken (Ni), molybden (Mo), magie (Mg) và đồng (Cu) Hàm lượng cacbon trong thép thường nhỏ hơn 2,14%.
Tùy theo thành phần hóa học của các nguyên tố trong thép mà người ta phân thép thành hai nhóm là thép cacbon và thép h ợp kim Trong đó:
Thép cacbon: ngoài sắt và cacbon thì còn một số nguyên tố khác gọi là các tạp chất trong thành phần của thép như: Mn, Si, P, S…
Thép hợp kim là loại thép được cải tiến bằng cách thêm vào các nguyên tố đặc biệt ngoài sắt, cacbon và tạp chất, nhằm thay đổi cấu trúc và tính chất của thép để đáp ứng các yêu cầu sử dụng cụ thể Những nguyên tố này thường được chọn lựa với hàm lượng nhất định để tối ưu hóa hiệu suất của thép.
Cr, Ni, Mn, W, V, Mo, Ti, Cu, Ta, B, N…
1.2 Ảnh hưởng của các nguyên tố đến tính chất chung của thép
1.2.1 Ảnh hưởng của các bon
Cacbon là yếu tố quyết định độ bền của thép, với việc giảm lượng cacbon sẽ tăng độ dẻo của thép cacbon Ngược lại, khi hàm lượng cacbon tăng, độ cứng và độ bền cũng tăng theo, nhưng điều này lại làm giảm tính dễ uốn và khả năng hàn của thép.
Tăng hàm lượng cacbon trong thép sẽ làm giảm nhiệt độ nóng chảy và khả năng chịu nhiệt của nó Độ bền của thép đạt cực đại khi hàm lượng cacbon nằm trong khoảng 0.8% đến 1% Nếu hàm lượng cacbon giảm dưới ngưỡng này, độ bền của thép sẽ bị suy giảm.
1.2.2 Ảnh hưởng của các Mn, Si, P, S
Mangan trong thép cacbon thường chiếm từ 0,5% đến 0,8%, góp phần tăng cường độ bền và độ cứng cho vật liệu Ngoài ra, mangan còn giúp giảm thiểu tác động tiêu cực của lưu huỳnh đối với thép.
Lưu huỳnh khi được đưa vào sẽ kết hợp với mangan và kết tinh ở nhiệt độ cao 1620 độ C, giúp tăng cường độ dẻo của thép Sự kết hợp này đảm bảo thép không bị đứt gãy khi chịu nhiệt độ cao.
Silic trong thép thường có nồng độ từ 0.2% đến 0.4%, mức này khá thấp và không mang lại tác dụng rõ rệt Tuy nhiên, khi silic hòa tan vào ferit, nó sẽ làm tăng độ cứng và độ bền của vật liệu.
* Photpho (P) Đây là nguyên tố khi hòa tan với ferit sẽ làm tăng tính giòn của thép Vì thế khi thêm vào chỉ nên ở mức thấp hơn 0.05%
1.2.3 Ảnh hưởng của các tạp chất nitơ
Khi hàm lượng cacbon thấp dưới 0.03% sẽ làm giảm sức bền của thép chuẩn Lúc này nitơ được thêm vào để tăng thêm độ bền cho thép
1.3.1 Phân loại theo thành phần
* Thép cacbon: Hàm lượng cacbon dưới 1,7% không có các thành phần hợp kim khác Tuỳ theo hàm lượng cacbon chia ra:
- Thép cacbon thấp: Lượng cacbon dưới 0,22% Đây là loại thép mềm, dẻo, dễ gia công, được sử dụng trong ngành xây dựng
- Thép cacbon vừa: Lượng cacbon từ 0,22% đến 0,6%
- Thép cacbon cao: Lượng cacbon từ 0,6% đến 1,7%
Thép cacbon vừa và cao được sử dụng trong các ngành công nghiệp khác
Thép hợp kim là loại thép được cải thiện chất lượng bằng cách thêm các thành phần kim loại như Crôm (Cr), Kền (Ni), và Mănggan (Mn) Những thành phần này giúp tăng độ bền và khả năng chống gỉ của thép Tùy thuộc vào hàm lượng của các kim loại bổ sung, thép hợp kim có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau.
- Thép hợp kim thấp: Lượng kim loại thêm vào dưới 2,5% Được sử dụng trong ngành kết cấu xây dựng
- Thép hợp kim vừa và cao: Lượng kim loại thêm vào trên 2,5% 1.3.2 Phân loại theo phương pháp luyện thép
Luyện thép bằng lò Martin mang lại sản phẩm có chất lượng cao nhờ vào cấu trúc thuần nhất Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là năng suất thấp, với thời gian luyện một mẻ kéo dài từ 8 đến 12 giờ, dẫn đến giá thành thép cao.
Luyện bằng lò quay, như lò Bessmer và lò Thomas, mang lại năng suất cao nhưng thường kém chất lượng do sự xuất hiện của tạp chất và bọt khí, với thời gian luyện chỉ khoảng 30 phút, dẫn đến giá thành thép giảm Để khắc phục những nhược điểm này, hiện nay, công nghệ lò quay tiên tiến được áp dụng, cho phép sản xuất thép chất lượng tốt hơn mà vẫn duy trì năng suất cao.
1.3.3 Phân loại theo phương pháp khử ôxy
Thép sôi là loại thép không thể khử hoàn toàn ôxi, trong quá trình sản xuất, khí CO bay lên khiến bề mặt thép lỏng có hiện tượng chuyển động như đang sôi Kết quả là loại thép này vẫn chứa các bọt khí rỗ trong thỏi đúc.
Thép lặng là loại thép được khử ô xi triệt để, với quá trình khử mặt thép lỏng luôn phẳng nặng, vì vậy nó được gọi là thép lặng Đặc điểm nổi bật của thép lặng là không có rỗ khí trong tổ chức, điều này giúp nâng cao cơ tính so với thép sôi.
1.3.4 Phân loại theo công dụng
- Nhóm thép cacbon k ết cấu: Trong nhóm này lại chia ra làm hai loại:
Thép xây dựng là loại vật liệu chủ yếu được sử dụng để tạo nên kết cấu cho các công trình như nhà cửa và cầu cống Loại thép này yêu cầu có cơ tính tổng hợp, mặc dù không cần quá cao, và cần có độ dẻo để dễ dàng uốn nắn trong quá trình thi công.
Thép chế tạo máy yêu cầu cơ tính tổng hợp cao, đặc biệt là độ bền phải vượt trội trong khi vẫn duy trì độ dẻo và độ dai Nhóm thép này được phân thành nhiều loại khác nhau.
- Nhóm thép ch ế 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
Nhóm vật liệu yêu cầu cao về giới hạn chảy và độ dai có thành phần cacbon trung bình từ 0,3% đến 0,5%, cần được tôi bề mặt để đạt độ cứng cao Trong khi đó, nhóm yêu cầu cao về giới hạn đàn hồi có thành phần cacbon tương đối cao, từ 0,55% đến 0,65%.
- Nhóm thép cacbon d ụng cụ: Là loại chỉ chuyên dùng làm công cụ nên cần có yêu cầu chủ yếu là cứng và chống mài mòn
Trong công nghệ chế tạo máy, khoảng 80% khối lượng là thép cácbon kết cấu
1.4.1 Thép các bon kết cấu chất lượng thường a Thành phần, kí hiệu
Vật liệu dẫn từ 36
2.1 Khái niệm và tính chất của vật liệu dẫn từ
Dòng điện có tác dụng từ, là cơ sở để chế tạo máy điện Để truyền tải năng lượng từ trường, cần sử dụng vật liệu dẫn từ, hay còn gọi là vật liệu sắt từ Các kim loại chủ yếu có từ tính bao gồm sắt cacbon, niken và các hợp kim của chúng, bên cạnh đó, côban cũng được xem là chất sắt từ sau quá trình tinh luyện.
2.1.2 Tính chất của vật liệu dẫn từ
Các nguyên tố có tính chất sắt từ bao gồm sắt cacbon, niken, các hợp kim của chúng và côban Từ tính của vật liệu chủ yếu do các điện tích chuyển động theo quỹ đạo kín, tạo ra dòng điện vòng, bao gồm sự quay của các điện tử quanh trục và sự quay theo quỹ đạo của chúng trong nguyên tử.
Hiện tượng sắt từ xảy ra khi một số vật liệu ở nhiệt độ thấp hơn một mức nhất định phân chia thành các vùng gọi là đômen tử, trong đó các điện tử đều định hướng song song với nhau.
Tính chất đặc trưng của các chất sắt từ là sự tồn tại của độ nhiễm từ tự phát ngay cả khi không có từ trường ngoài Trong chất sắt từ, mặc dù có các vùng từ hóa tự phát, nhưng mômen từ của các đômen lại hướng khác nhau Các chất sắt từ đơn tinh thể cho thấy khả năng từ hóa dị hướng, với mức độ từ hóa khác nhau theo các trục Đối với các chất sắt từ đa tinh thể, tính dị hướng thể hiện rõ rệt, dẫn đến cấu tạo thớ từ tính Việc tạo ra thớ từ theo ý muốn có ý nghĩa quan trọng trong kỹ thuật, giúp nâng cao đặc tính từ của vật liệu theo hướng xác định.
2.1.3 Các đặc tính của vật liệu dẫn từ
Quá trình từ hóa vật liệu sắt từ dưới ảnh hưởng của từ trường bên ngoài gồm có các hiện tượng sau:
Tăng thể tích của các đômen có mômen từ tạo với hướng từ trường góc nhỏ nhất, đồng thời giảm kích thước của các đômen khác, là quá trình chuyển dịch mặt phân cách giữa các đômen.
+ Quay các véc tơ mômen từ hóa theo hướng từ trường ngoàI (quá trình định hướng)
Quá trình từ hóa vật liệu sắt từ có thể đặc trưng bằng đường cong từ hóa B = f(H), có dạng tương tự với tất cả các vật liệu sắt từ
Khi từ hóa chất sắt từ đơn tinh thể thì kích thước của chúng có thay đổi
Quá trình từ hóa lại vật liệu sắt từ trong từ trường biến đổi luôn gây ra tổn hao năng lượng dưới dạng nhiệt, bao gồm tổn hao từ trễ và tổn hao động học.
Tổn hao động học trong vật liệu sắt từ chủ yếu do dòng điện xoáy cảm ứng và hiệu ứng từ hoá Tổn hao này phụ thuộc vào điện trở, với điện trở suất của chất sắt từ càng cao thì tổn hao dòng điện xoáy càng giảm Công suất tổn hao dòng điện xoáy có thể được tính toán bằng một công thức cụ thể.
Hệ số phụ thuộc vào loại chất sắt từ, bao gồm điện trở suất và hình dáng của nó, được ký hiệu là Tần số dòng điện được ký hiệu là f.
Bmax: cảm ứng từ lớn nhất đạt được trong một chu trình
V: thể tích chất sắt từ
Chú ý đến các tổn hao có liên quan tới hậu quả từ hoá khi chất sắt từ làm việc ở chế độ xung
2.2 Vật liệu dẫn từ mềm
Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm cao, lực kháng từ thấp và tổn hao từ trễ nhỏ, thường được sử dụng để chế tạo mạch từ cho các thiết bị và đồ dùng điện Đặc điểm nổi bật của loại vật liệu này là khả năng dẫn từ lớn và tổn hao năng lượng thấp, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của các thiết bị điện.
Các vật liệu chính là: a Sắt (thép cácbon thấp)
Sắt thỏi chứa một lượng nhỏ tạp chất như carbon, sulfur, mangan, và silic, làm suy yếu tính chất từ tính của nó Với điện trở suất thấp, thép thỏi chủ yếu được sử dụng cho các lõi từ Thép này thường được sản xuất từ sắt đúc tinh chế trong các lò luyện kim hoặc lò thổi, với hàm lượng tạp chất từ 0,08% đến 0,1% Vật liệu này còn được biết đến với tên gọi thép armco, được sản xuất với nhiều cấp độ khác nhau.
Thép điện cácbon thấp, hay còn gọi là tấm điện, là một loại thép thỏi có độ dày từ 0,2 đến 4mm, với hàm lượng cácbon không vượt quá 0,04% và các nguyên tố khác không quá 0,6% Độ thẩm từ của loại thép này đạt tối đa từ 3500 đến 4500, trong khi lực kháng từ không vượt quá 100 đến 62 A/m Ngoài ra, sắt tinh khiết đặc biệt được sản xuất qua quá trình điện phân trong dung dịch sulfát sắt hoặc clorua sắt, với mức tạp chất chỉ 0,05%.
Vì có điện trở tương đối thấp nên sắt tinh khiết kỹ thuật được sử dụng tương đối ít, chủ yếu làm mạch từ từ thông không đổi
Bảng 4.1: Các thành phần hóa học và các tính chất từ của một vài loại sắt
Vật liệu Tạp chất (%) Các tính chất từ Độ thẩm từ Lực kháng từ
Sắt điện phân nóng chảy trong chân không
Sắt tinh chế trong hyđrô
Sắt tinh chế cao trong hyđrô - - 20000 340000 2,4
Tinh chế đơn của sắt tinh khiết nhất được ủ ram trong hyđrô
- - - 1430000 0,8 b Thép lá kỹ thuật điện
Từ những lá thép cacbon thấp có thành phần C < 0,04% và các tạp chất khác < 0,6%) có trị số từ thẩm tương đối từ 3500 4500, cường độ từ trường khử từ (6496)A/m
Silic được thêm vào thành phần của lá thép nhằm hạn chế tổn hao do từ trễ và tăng điện trở để giảm tổn hao do dòng điện xoáy Tuy nhiên, nếu hàm lượng silic vượt quá 5%, vật liệu sẽ trở nên giòn hơn và giảm độ dẻo, khiến việc gia công trở nên khó khăn.
Tính chất từ của thép thay đổi tùy thuộc vào hàm lượng silic có trong thành phần Thép có hàm lượng silic cao thường được sử dụng để chế tạo mạch từ cho máy biến áp, trong khi thép với hàm lượng silic rất thấp phù hợp cho mạch từ trong các ứng dụng có từ thông không đổi.
- Theo thành phần ta có: sắt kỹ thuật; thép silic
- Theo công nghệ chế tạo ta có 2 loại: thép cán nóng và thép cán nguội
Trong thép cán nóng và thép cán nguội ta có:
+ Thép đẳng hướng: có tính năng từ tính tốt hơn thường dùng làm lõi thép máy biến áp
+ Thép vô hướng: thường dùng trong máy điện quay
Nếu lá thép kỹ thuật điện có hàm lượng C< 0,4% và tạp chất < 0,6% ta gọi là sắt kỹ thuật
Thép silic: có ký hiệu bằng chữ và các con số
Hàm lượng silíc được biểu thị dưới dạng phần trăm; khi hàm lượng silíc tăng, khối lượng riêng của vật liệu giảm, trong khi điện trở suất lại tăng lên.
Con số thứ hai đặc trưng cho tính chất điện và từ của thép
+ Các con số 1, 2, 3 đảm bảo suất tổn hao xác định khi từ hoá lại ở tần số Pécmaloi50Hz) và cảm ứng từ trong từ trường mạnh
+ Chữ A ký hiệu suất tổn hao rất thấp
+ Số 4 cho biết thép được định mức tổn hao khi từ hóa ở tần số 400Hz và cảm ứng từ trong từ trường trung bình
+ Thép có ký hiệu số 5, 6 dùng trong từ trường yếu từ (0,002 0,008)A/cm và trị số bđ của chúng được đảm bảo
+ Con số 7, 8 chỉ đặc điểm chủ yếu của độ từ thẩm trong cường độ từ trường trung bình từ (0,03 10)A/cm
+ Con số 0 thứ 3 chỉ thép được cán nguội (thép có thớ)
+ Có hai số 0 liên tiếp là thép được cán nguội và ít thớ
Bảng 4.2: Sự phụ thuộc của khối lượng riêng và điện trở suất thép lá kỹ thuật điện vào hàm lượng silíc
Mức hợp kim hóa silíc của thép
Khối lượng riêng, g/cm 3 Điện trở suất
3 Hợp kim hóa tăng cao
- Thép với hàm lượng silic cao chủ yếu dùng để làm lõi thép máy biến áp mà ta thường gọi là tôn silic
Thép có thớ đẳng hướng sở hữu tính năng từ tính vượt trội, thường được sử dụng làm lõi cho máy biến áp Việc áp dụng loại thép này trong chế tạo máy biến áp điện lực giúp giảm trọng lượng và kích thước của thiết bị.
- Thép có thớ vô hướng: thường dùng trong máy điện quay
Các kích thước thường dùng nhất của thép kỹ thuật điện được cho trong bảng
Bảng 4.3: Kích thước thường dùng của thép kỹ thuật điện
Kích thước Đơn vị đo Trị số thường dùng nhất
Các tiêu chuẩn quy định tính chất điện và từ đối với các nhãn hiệu thép kỹ thuật điện là:
- Cảm ứng từ (ký hiệu bằng chữ B với con số chỉ cường độ từ trường tương ứng tính theo A/cm);
Hợp kim cứng 1 Khái niện chung: 48
Kim loại màu và vật liệu dẫn điện 1.Khái niệm và phân loại kim loại 50
Vật liệu dẫn điện có điện dẫn cao 58
3.1.Hợp kim điện trở cao
Các hợp kim điện trở cao có điện trở suất lớn, dẫn đến khả năng cản trở dòng điện cao, từ đó tạo ra nhiệt lượng lớn trên dây điện trở.
- Điện trở suất tương đối lớn nên hạn chế được chiều dài dây dẫn
- Chịu nhiệt độ cao (yếu tố cần thiết đối với điện trở toả nhiệt)
- Có độ bền về cơ cao
- Hệ số nhiệt độ thấp
3.1.2 Một số hợp kim thường sử dụng a) Mai so: (Mailiechort) (60% Cu+ 25% Zn + 15%Ni) Được sử dụng làm dây điện trở các bếp điện và cũng được dùng làm điện trở không toả nhiệt như: Điện trở phòng thí nghiệm, biến trở khởi động, biến trở điều tốc
- Nhiệt độ nóng chảy: 1300 0 C b) Constantan: (60% Cu+ 40%Ni)
Hợp kim maganin và constantan đều có hệ số nhiệt độ thấp, giúp điện trở ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, làm cho chúng trở thành lựa chọn lý tưởng để sử dụng làm điện trở chuẩn trong phòng thí nghiệm mà không tỏa nhiệt.
- Nhiệt độ nóng chảy: 1240 0 C c) Ferro - nickel: ( 74% Fe+ 25% Ni + 1%Cr)
Hợp kim điện trở này được sử dụng để chế tạo điện trở hoặc biến trở, có khả năng chịu nhiệt lên đến 500 độ C Tuy nhiên, so với điện trở tỏa nhiệt loại RNC, hợp kim này không bền và dễ bị giòn gãy khi hoạt động, đặc biệt khi nhiệt độ chỉ đạt đến màu đỏ sậm.
Hợp kim sắt - nickel - crôm (50% Fe, 40% Ni, 10% Cr) có nhiệt độ nóng chảy lên đến 1500 độ C Đây là loại hợp kim điện trở chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị như bàn ủi, bếp điện và mỏ hàn điện Điểm nổi bật của điện trở RNC là khả năng chịu nhiệt cao, có thể hoạt động ở nhiệt độ lên đến 900 độ C.
- Nhiệt độ nóng chảy: 1450 0 C e) Nickel - Crome: ( 80% Ni + 20%Cr)
Hợp kim này có khả năng chịu nhiệt độ lên đến 1100 độ C và được bảo vệ bởi một lớp oxít cách điện, cho phép quấn các vòng dây điện trở hiệu quả.
60 khít lại với điều kiện điện áp giữa các vòng dây không lớn Công suất tiêu tán trên bề mặt của dây điện trở tỏa nhiệt khoảng:
- 2W/cm 2 khi ở nhiệt độ 600 0 C đến 800 0 C
Bảng 3.14: Hợp kim có điện trở cao và chịu nhiệt
Tên hợp kim Thành phần
Nhiệt độ làm việc cho phép
Sản phẩm được làm từ vật liệu lưỡng kim là các sản phẩm kỹ thuật được chế tạo bằng nhiều phương pháp, nhằm tạo ra một khối liên kết chặt chẽ giữa hai kim loại.
3.2.2 Dây dẫn lưỡng kim thép - đồng ở những đường dây thông tin dùng dòng điện có tần số cao (2000 8000Hz) thì hiệu ứng màng ngoài rất rõ Dòng điện chạy qua lớp bề mặt chiều dày (0,5 0,6)mm,
Lõi dây dẫn bằng thép giúp tiết kiệm đồng mà không ảnh hưởng đến điện trở trong dòng điện xoay chiều, đồng thời tăng cường sức bền cơ cho dây dẫn Lớp đồng bên ngoài cũng đóng vai trò bảo vệ hiệu quả chống lại sự ăn mòn từ môi trường.
Dây dẫn lưỡng kim đồng thép được sử dụng cho đường dây thông tin có đường kính từ 1 đến 4mm Chúng được chế tạo để làm thanh góp trong các thiết bị kết nối.
Việc bọc lõi thép có thể thực hiện theo:
- Phương pháp dát mỏng khi nóng
Phương pháp điện phân là một kỹ thuật quan trọng trong công nghiệp Một trong những phương pháp nổi bật là phương pháp bọc khi nóng, trong đó thanh thép được làm sạch lớp oxyt và đặt vào giữa khuôn mẫu Sau đó, đồng nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 1200 độ C được rót xung quanh thanh thép, tạo ra lớp bọc bảo vệ hiệu quả.
Lõi thép có đường kính từ 80 đến 85 mm và chiều dài từ 700 đến 800 mm sẽ được làm nguội và sau đó được dát mỏng hoặc kéo thành sợi theo kích thước mong muốn Phương pháp bọc điện phân sử dụng đồng bám vào dây thép trong dung dịch gabanic sulfat đồng, tạo ra một lớp bọc đồng đồng nhất nhưng không hoàn toàn dính chặt Tuy nhiên, phương pháp này tiêu tốn một lượng điện năng lớn.
Ngoài ra người ta còn dùng dây dẫn lưỡng kim nhôm
Nhiệt lưỡng kim là sự kết hợp của hai dải băng mỏng có cùng độ dày, được làm từ các kim loại hoặc hợp kim có hệ số giãn nở chiều dài khác nhau Quá trình chế tạo diễn ra qua phương pháp dát mỏng khi nóng, với tỉ lệ trọng lượng đạt 1:1.
- Khi nung nóng lưỡng kim loại sẽ cong và tác động lên các chi tiết để mở rơle nhiệt hay những thiết bị tự động
Việc uốn cong của tấm lưỡng kim khi nung nóng phụ thuộc vào chiều dày của thanh và không bị ảnh hưởng bởi chiều rộng Để tránh ứng suất cục bộ, thanh lưỡng kim cần được xử lý nhiệt trước khi tiến hành uốn.
Hợp kim niken với hệ số giản nở theo chiều dài thấp, thường được sử dụng là hợp kim inva (H36), có thành phần chính gồm 36,1% niken, 63,1% sắt, 0,4% mangan và 0,4% đồng Hợp kim này được ưa chuộng trong nhiều ứng dụng nhờ vào tính ổn định và khả năng chịu nhiệt tốt.
- Đối với hợp kim giản nở theo chiều dài nhiều thì người ta dùng hợp kim đồng - kẽm, thép hợp kim crôm - niken, hợp kim với niken và molipđen
4 Một số vật liệu dẫn điện khác:
Là vật liệu chủ yếu làm dây tóc của bóng đèn có tim
- Nhiệt độ nóng chảy: 3380 0 C (cao nhất trong các kim loại)
Là kim loại rắn, rất nặng, có màu xám Vonfram được dùng làm tiếp điểm, làm các điện trở phát nóng cho các lò điện a) ưu điểm:
- ổn định khi làm việc
- Độ mài mòn cơ nhỏ do vật liệu có độ cứng cao
- Có khả năng chống tác dụng của hồ quang, không làm dính tiếp điểm do khó nóng chảy
- Độ ăn mòn bề mặt nhỏ, nghĩa là ăn mòn điện tạo thành những vết rổ và gờ do bị làm nóng cục bộ b) Nhược điểm:
- ở điều kiện khí quyển tạo thành màng oxít
- Cần có áp lực lớn để giảm điện trở tiếp xúc
Hợp kim làm ổ trượt 61
6.1 Khái niệm và yêu cầu kỹ thuật a Khái niệm: Babit là tên gọi của các loại hợp kim làm ổ trượt trên cơ sở của các kim loại dễ chảy như: Sn, Pb Babít là hợp kim được sử dụng nhiều trong chế tạo cơ khí, chủ yếu làm các ổ trượt vì nó có hệ số ma sát nhỏ, khả năng chịu mài mòn cao và giữ dầu tốt b Yêu cầu kỹ thuật
- Có hệ số ma sát nhỏ với bề mặt trực tiếp Đây lầ yêu cầu quan trọng nhất với hợp kim làm ổ trượt
- Chịu được áp lực lớn và lâu mỏi
- Có khả năng tạo màng dầu bôi trơn tốt
- Có khả năng truyền nhiệt tốt
- Có tính công nghệ tốt Đó là dễ đúc, khả năng bám dính cao vào máng thép
6.2 Cấu tạo và phân loại hợp kim babit a Cấu tạo của hợp kim
Hợp kim thường có cấu trúc không đồng nhất, với nền kim loại mềm chứa các hạt cứng Các hạt cứng giúp đỡ trục quay và phân bố đều trên bề mặt tiếp xúc, trong khi phần nền mềm mòn nhanh tạo ra màng dầu bôi trơn cho bề mặt ma sát Hiện nay, các hợp kim dễ nóng chảy chủ yếu được làm từ thiếc và chì, cùng với các nguyên tố khác như niken và canxi.
Khi chế tạo ổ trượt, lớp hợp kim babít được tráng lên bề mặt của gộp thép để tạo thành các ổ đỡ Hiện nay, có nhiều loại babít được sử dụng phổ biến.
- Babit thiếc: Hợp kim gồm hai cấu tử chính là Sn và Sb, ngoài ra nó còn chứa một lượng Cu (3 - 6%)
Theo tiêu chuẩn của Nga (ΓOCT), babít được ký hiệu bằng chữ Б, theo sau là hai con số thể hiện tỷ lệ phần trăm của thiếc Lượng còn lại trong hợp kim này bao gồm đồng (Cu) và ăngtimon (Sb) Chẳng hạn, ký hiệu Б83 chỉ ra rằng trong hợp kim này có 83% thiếc, 11% ăngtimon và 6% đồng.
+ Theo kí hiệu của Hoa kì (UNS) Có các mác hợp kim babit L 13820, L13890 Các mác trên tương ứng với loại Б83 và Б88 của Nga
+ Đặc điểm: Là hợp kim trên cơ sở Pb với các nguyên tố: Sn = 6-16%, Sb = 6-16%,
Theo tiêu chuẩn của Nga (ΓOCT), babít được ký hiệu bằng chữ ư, theo sau là con số thể hiện tỷ lệ phần trăm thiếc Chẳng hạn, mác Б16 có thành phần gồm 66% chì (Pb), 16% thiếc (Sn), 16% antimon (Sb) và 2% đồng (Cu).
+ Babít chì dùng làn ổ trượt các loại có tại trọng tĩnh hoặc tải trọng nhỏ
+ Babít thiếc chịu tải trọng lớn và chịu va đập
B ảng 2 -20 Kí hi ệu, th ành ph ần v à công d ụng một số loại babit thiếc v à chì
Hình 2- 11 Sơ đồ c ấ u trúc c ủ a h ợ p kim babit
Sử dụng để chế tạo ổ trượt cho trục khuỷu và thanh truyền, đặc biệt trong các ứng dụng chịu tải trọng va đập với P x V > 100 kG/cm² x m/s Đối với tải trọng tĩnh, yêu cầu P x V phải lớn hơn 150 kG/cm² x m/s.
Dùng làm các ổ trượt có tải trọng tĩnh P x V < 60kG/cm 2 x m/s БH
Sản phẩm này được sử dụng cho các ổ trượt trong động cơ đốt trong, máy cán thép và hộp giảm tốc Nó có thể thay thế cho Б83 khi làm việc dưới tải trọng tĩnh hoặc va đập với P x V < 60 kG/cm² x m/s БT.
Chì: ≈ 74 Thiếc: 10 Antimon: 15 Đồng: 1 Telu: 0,05 – 0,2
Dùng làm các ổ trượt của ô tô máy kéo, chịu tải trọng tĩnh hoặc va đập với P x V < 60kG/cm 2 x m/s БK2
Chì: 97 Thiếc: 2 Can xi: 0,5 Natri: 0,5
Dùng làm các ổ trượt cho các toa xe, đầu tàu Diezen
Hợp kim nhôm là lựa chọn lý tưởng cho ổ trượt nhờ vào đặc tính ma sát thấp, trọng lượng nhẹ và khả năng dẫn nhiệt cao Nó được sử dụng rộng rãi trong các loại máy móc, nhờ vào khả năng chống ăn mòn tốt trong dầu và cơ tính vượt trội so với babit thiếc và chì Tuy nhiên, tính công nghệ của hợp kim nhôm vẫn còn hạn chế.
+ Tính ch ất: Hiện nay dùng phổ biến hơn cả là hệ Al – Sn Trong đó lượng Sn = 3-
20% Ngoài ra còn có các nguyên tố như Cu, Ni, Si Nhờ vậy chúng tạo nên các pha mềm ngay trong hạt dung dịch rắn của Al
Hợp kim nhôm Babit được ký hiệu theo tiêu chuẩn của Nga (ΓOCT) bằng chữ AO, theo sau là các con số thể hiện tỷ lệ phần trăm của Sn và Cu Chẳng hạn, ký hiệu AO9 - 2 chỉ ra rằng hợp kim này chứa 9% Sn, 2% Cu và 89% Al còn lại.
+ ứng dụng: Trên động cơ ô tô các hợp kim này được dùng làm ổ đỡ của trục cam cơ cấu phối khí
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 5
Câu 1: Trình bày khái niệm về vật liệu dẫn điện? Nêu tính chất của vật liệu dẫn điện?
Câu 2: Nêu tính chất, đặc điểm và công dụng của đồng và hợp kim đồng, nhôm và hợp kim nhôm, chì và hợp kim chì?
Câu 3: Nêu những hợp kim có điện trở cao và chịu nhiệt?
Câu 4: Thế nào là lưỡng kim? Ứng dụng như thế nào?